[发明专利]用于优化三维地震波场模拟和成像的方法、装置及系统

说明书

本发明公开了用于优化三维地震波场模拟和成像的方法、装置和系统。该方法包括获取地震数据，所述地震数据包括多个质点的振动位移u以及每个质点的三维空间位置信息；针对每个时刻的波动方程，针对每个质点，调用三个GPU线程分别计算该质点的振动位移u在三维空间的x、y、z三个方向的拉普拉斯算子。应用本发明，能够充分发掘GPU的多线程潜力，显著提高三维地震波场模拟和成像的计算效率。

技术领域

本发明涉及地震资料成像领域，更具体地，涉及用于优化三维地震波场模拟和成像的方法、用于优化三维地震波场模拟和成像的装置以及优化三维地震波场模拟和成像的系统。

背景技术

三维地震波场模拟计算方法是地震波成像技术的基石，地震波场的快速模拟计算技术是现代地震波成像技术的核心。高性能中央处理器CPU，以及由成千上万个CPU(Central Processing Unit，中央处理器)组成的高性能计算机集群，是近年来人们用来实现地震波场模拟的主要工具。最近，采用新型的高性能计算机硬件——图形处理器GPU(Graphic Processing Unit，图形处理器)协同CPU来实现地震波场模拟和成像，是当前提高三维地震波场模拟和成像计算效率的发展主题方向。与传统的CPU硬件结构不同，图形处理器GPU具有更多的计算单元(例如高达三位数甚至更多的核)，以及更为复杂的内存体系结构和有限的内存资源。

地震波场的模拟和成像方法的实现基础，都是波动方程的数值模拟算法：

上述波动方程的数值模拟方法的关键在于波场在三维空间的拉普拉斯算子(即二阶偏导数)的技术实现。图1示出了现有三维地震波场模拟和成像的原理示意图，其利用CPU控制和逻辑功能强大以及GPU线程多的特点，由CPU调用多个GPU同时计算多个质点的波动方程，大大提高了计算效率。但本发明的发明人通过深入研究发现，图1所示的系统未能充分发掘GPU多核的优势，仍然不能令人满意。

发明内容

本发明提出了一种方法，其能够充分发掘GPU多核并行运算优势以实现三维地震波场模拟和成像。本发明还提出了相应的装置和系统。

根据本发明的一方面，提出了一种用于优化三维地震波场模拟和成像的方法，该方法包括：获取地震数据，所述地震数据包括多个质点的振动位移u以及每个质点的三维空间位置信息；针对每个时刻的波动方程，针对每个质点，调用三个GPU线程分别计算该质点的振动位移u在三维空间的x、y、z三个方向的拉普拉斯算子。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于优化三维地震波场模拟和成像的方法，该方法包括：

步骤201，开始计算，初始化i＝0，然后进入步骤202；

步骤202，判断i<n是否成立，如果成立，进入步骤203，否则，结束计算；

步骤203，准备t_i时刻的地震数据，所述地震数据包括多个质点的振动位移u以及每个质点的三维空间位置信息，然后进入步骤204；

步骤204，针对每个质点，调用三个GPU线程分别计算该质点在t_i时刻的振动位移u在三维空间的x、y、z三个方向的拉普拉斯算子，然后进入步骤205；

步骤205，存储GPU返回的计算结果，然后进入步骤206；

步骤206，设置i＝i+1，然后返回步骤202。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于优化三维地震波场模拟和成像的装置，该装置包括：地震数据获取单元，用于获取地震数据，所述地震数据包括多个质点的振动位移u以及每个质点的三维空间位置信息；GPU调用单元，针对每个时刻的波动方程，针对每个质点，用于调用三个GPU线程分别计算该质点的振动位移u在三维空间的x、y、z三个方向的拉普拉斯算子。