[发明专利]一种基于三维观测系统排列片数据分割的正演模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于油气勘探地震数值正演模拟领域，是一种高效的基于三维观测系统排列片数据分割的正演模拟方法。

背景技术

二维溶洞模型的数值正演模拟方法已有很多学者做过相关研究。如闵小刚等(2006年)在非均匀介质条件下，导出二维弹性波波动方程交错网格有限差分格式，并进行了塔河油田缝洞模型的正演模拟计算；董良国等(2010年)采用空间网格大小和时间步长均可任意变化的高阶有限差分地震波传播数值模拟方法，对不同大小和埋深的溶洞系列模型进行了不同主频的地震波数值模拟；刘春园等(2010年)利用随机介质建模技术,设计并建立了一系列碳酸盐岩储层规则孔洞和随机孔洞模型,并应用变网格有限差分法对地震波在孔洞模型中的传播进行了正演计算。另外，撒利明、姚逢昌、狄帮让、姚姚(2010年)较系统地研究了缝洞型储层地震识别理论与方法，撰写了专著，但其研究以物理模型模拟为主。

总的来看，前人的研究以二维数值模拟为主，三维正演数值模拟由于数据量大、计算量大、并行环境要求高等多种因素，还很少有人涉足。至于根据三维观测系统特点，模拟实际野外地震资料采集过程，按照排列片进行数据分割，并借助MPI大数组传递的高效、实用并行方法，目前国内外尚未有相关研究报道。随着三维高精度地震勘探的推进，根据储层特点进行灵活多样的三维正演数值模拟，优化采集与处理方案，节约勘探成本，提高地震勘探的性价比，三维数值模拟将发挥实际地震数据不可替代的指导性作用。

对地震波场进行数值模拟有着十分广泛的应用，它可以很好地研究地震波传播的运动学和动力学特征。数值模拟技术几乎贯穿整个物探工作始终，包括观测系统优化设计、反演和解释结果检验，等等。现今，三维高精度地震勘探已是地震勘探的主要发展方向，它的特点是道距小，施工密度大，采集成本高。如果施工前，先根据储层的特点进行数值模拟，研究出储层特征对采集参数的实际要求(如道距、覆盖次数、排列长度等)，进而对观测系统和资料处理进行优化设计，就可以提高勘探效率，大大节约生产成本。三维数值模拟很重要，但实现起来很困难，主要是数据量大、计算量大，一次施工要成千上万炮，每炮要成千上万道，每道还有几千个数据点。单台计算机，因为模型数据量大无法实现。多节点计算机，如果是简单地按炮并行，也无法模拟实际生产过程。数据输入输出既不易管理，也极耗时。所以，有必要根据地震采集的特点，研发出基于排列片数据分割并行的三维建模技术，以提高计算效率。

发明内容

本发明的任务在于提供一种基于三维观测系统排列片数据分割的正演模拟方法；其是在基于波动方程单炮三维高阶交错网格有限差分正演模拟的基础上研发出的，是一种基于排列片数据分割的三维MPI并行正演模拟方法。

其技术解决方案是：

一种基于三维观测系统排列片数据分割的正演模拟方法，在各节点上进行排列片的放炮和数据接收；首先设计模型及三维观测系统，然后在主节点传送束线号和排列片号，其他节点接收到束线号和排列片号后，先调用模型数据切割函数得到该排列片所对应的模型数据，再调用三维有限差分正演函数，进行波场计算，在该函数内加入炮排及炮点号的循环以实现单个排列片内多炮或多炮线的正演。

上述基于三维观测系统排列片数据分割的正演模拟方法，还包括如下具体步骤：

a设计模型时，应根据实际地质问题，设计地质体，地质体包括地层界面、断层或溶洞、裂缝，并设置这些地质体的速度，建立起对应的三维速度模型；进一步地，对于一些特殊地质问题还可以进一步设计对应的密度数据体；

b设计三维观测系统，确定参数，参数包括接收线数、道间距、炮线数、炮点数、炮检距、纵向及横向滚动次数，并根据这些参数确定单个排列片数据和整个正演模型数据的大小；

c调用MPI_Init并行语句启动MPI，形成通信集MPI_Comm_World，调用MPI_Comm_size和MPI_Comm_rank获取进程总数和进程序号；

d读取参数文件，包括模型文件名、单个排列片大小、网格大小、第一炮点位置、采样点、采样间隔、炮线数、炮点数、束线号、炮排号、道距、炮距、接收线距、炮线距与束间距；

e在进程号为0的节点上发送束线号、炮排号，在其他进程号的节点上接收束线号、炮排号，调用数据切割子程序，得到该节点上正演的排列片的模型数据；

f调用单个排列片的正演子程序，通过炮线号和炮点号的循环确定炮点位置，施加震源，完成单个排列片内所有炮点的正演；

g确定采样点数，进行时间循环，做单炮的波场正演计算，各进程输出信息，信息包括炮记录与波场快照；