[发明专利]用于生成地下构造的图像的系统和方法

说明书

本申请基于并请求2010年9月20日提交的美国临时申请61/384,596的权益，该申请的全部内容在此通过引入而并入。

技术领域

本发明总体上涉及用于生成代表地下构造的图像的系统和方法，更具体而言，涉及用于执行地震波场数据的逆时迁移以便确定感兴趣地下区域的地下特性的改进系统和方法。

背景技术

常规的迁移和反演方法涉及关联正向和反向传播的波场以获得代表地下特性的图像。此类方法的例子包括逆时迁移、差分外表速度分析和波形反演。这些方法需要以相反的次序访问正向传播的波场，在每个时间步长与伴随的反向传播的波场步调一致。

关于逆时迁移，例如，正向和反向传播的波场在每个时间步长同时可用的要求对大数据集提出了显著的计算挑战。这些挑战部分是由于以相反次序访问正向传播的波场，同时以相反次序访问反向传播的波场以与正向传播的波场关联的需要。解决计算挑战策略的常规解决方案包括重复波场的正向传播到第n个时间步长，通过最佳波场存储策略和内插最小化重新计算率，反向传播已经正向传播的源波场。见例如Eric Dussaud等人在2008年美国拉斯维加斯(Las Vegas)举办的美国勘探地球物理学(SEG)的年度会议上所发表的“Computational strategies for reverse-time migration”及Symes、William W.在2007年Geophysics第5期第72卷SM213-SM221上发表的“Reverse Time Migration with Optimal Checkpointing”。

通过存储并随后检索正向波场，当前工作中实现的RTM算法解决了这种要求。数据量而且尤其是产生这种数据的速率(及存储/检索的需求)使用必要的数据压缩技术。适当的数据压缩方案强加了附加的计算负担，因此降低了整个应用的性能。通过把RTM应用的核心计算工作负荷移到协处理器，使CPU资源可用于压缩/解压缩，应用成像条件和磁盘I/O，使这种方案计算有效并且整体上可靠。

对于这些限制，尤其是加速器平台上的限制，常规方法常常折衷波场的计算和/或重新计算以及记录的波场数据在存储器层次结构中的存储，包括RAM、本地硬驱和网络连接的存储器。这种折衷既是硬件也是算法考虑的功能。在计算速度优秀的平台上，即，在例如GPU和FPGA的加速器上，代替(慢速)存储引入重新计算从整体上看是一种有利的方法。然而，任何附加的计算都会对应用的整体性能有不利的影响。因此，最佳实现将消除波场存储&检索的性能限制，而不增加计算负荷。

伴随状态问题(例如逆时迁移)对大数据集造成严重的计算问题，并且在计算和存储之间的典型折衷当中表现出来。实现特定折衷的算法将会让它们的计算性能受到该特定折衷的限制。例如，在许多算法中，储存器可能是一个限制因素，而且对于给定应用，硬件储存器访问速率可能变成事实上的计算速率。其它算法可被设计成以这样一种方式来平衡计算和存储的折衷，其中系统的计算和存储能力被最佳地加压。为了最好的性能，算法应当适应性地被设计成最佳地使用给定新硬件，例如图形处理单元(GPU)或现场可编程门阵列(FPGA)的计算和存储器结构。

如此，存在更有效地处理地震波场数据以便以更加及时和成本有效的方式来生成感兴趣地下区域的图像的需求。特别地，执行所需计算操作的速率还需要被进一步提高。同时，该方法的辅助组件(数据存储/检索、所涉及的组件之间的数据传输)需要相应地优化和改进，以避免造成可能限制应用的整体效率的瓶颈。

发明内容

本发明提供了用于生成地下构造的图像的系统和方法，所述系统和方法在最小化计算内存和波场数据存储器要求的同时提高了计算速度。此外，通过利用协处理器资源，所提议的方法允许实现提高结果地下图像的质量的附加地球物理特征，而不增加执行计算所需的时间帧。与常规的非加速方法相比，该方法提供了性价比的显著改进。