地震勘探频率域二维正演并行算法研究

【摘要】随着地球物理勘探理论和技术的发展，地震勘探的目标逐渐转向复杂的地下构造。全波形反演方法能够利用地震波场的全部信息，是一种能够揭示复杂地质背景下构造与储层物性的方法。但是由于其庞大的数据量和计算量限制，目前还难以得到广泛应用。所以，开发出高性能的计算方法很有意义。地震正演模拟是研究地下波场传播的主要方法。高效、精确的正演模拟能给反演带来很好的效果。本文在频率域二维波形正演理论基础上，采用混合网格中的9点差分格式，对频率域黏-声波方程进行离散化处理，构造出一个大型稀疏矩阵方程组，对方程组采取压缩存储，并用直接法求解正演模拟方程。在边界条件方面，本文采用PML(最佳匹配层)和/或45°旁轴吸收边界条件进行处理。由于频率域正演中各频率和炮点的计算都是独立的，很适合使用MPI并行加速。因此，本文采用粗细粒度结合的两重MPI并行计算，将正演需要的频率分组放入不同的MPI通讯域内，使得各个通讯域内的频率实现互不干扰的并行计算。每个通讯域内的单个频率的求解方程过程采用基于MPI的MUMPS(多波前大规模并行稀疏直接解法器)软件包进行并行加速，实现了MPI多通讯域的频率域二维波形正演并行算法。在模型测试方面，本文建立不同网格大小的模型进行单机、多机、单炮、多炮的测试，并且划分了不同的通讯域个数与未经修改的单通讯域代码计算时间作对比。从中可以得出，MPI多通讯域并行算法计算结果正确，计算效率提高，不管是在单炮还是在多炮点的计算中加速效果都很稳定。在硬件条件允许的情况下，划分的通讯域越多计算效率越高。
【作者】李祎昕；
【导师】谭捍东；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），地质工程，2014，硕士
【关键词】地震正演；并行算法；MPI通讯域；

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