三维弹性波正演模拟GPU实现

发布时间：2021-12-18 07:01

　　地震正演模拟技术作为地震学和地震勘探技术的一种基础工具,能够确定矿产储层与地震属性的关系,揭示不同物理性质介质的地震响应特征,所以在各个领域,地震正演模拟技术得到了广泛的实际应用。在地震勘探中,完全各向同性介质和横向各向异性介质是最普遍的对称模型。本文以弹性波波动理论为基础,采用有限差分方法进行实现了完全各向同性介质和横向各向异性介质的正演模拟算法,并实现了完全各向同性介质正演结果的纵横波分量。本文主要研究内容有下面几个方面。(1)实现了弹性波方程的数值模拟的GPU并行计算算法,探讨了GPU并行算法的一般优化方法。针对本文算法,借助P2P技术使算法可以进行多GPU扩展,能够计算更大的模型并且进一步提高的计算效率,并且针对反复计算位移导数会遭遇访存受限的问题,引入了使用共享内存的方法来提高算法性能。(2)研究了各向同性介质和横向各向异性介质的模拟方法。通过介质的Lame参数,能够正演模拟各向同性介质的波场传播情况;通过介质的Thomson参数表征,能够计算得到介质的刚度矩阵系数,进而可以对VTI介质和HTI介质中地震波的传播进行正演模拟。(3)在各向同性介质的条件下,对正演结果做旋度和散...

【文章来源】： 中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：71 页

【文章目录】：
摘要
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1.引言
    1.1 选题背景和研究意义
    1.2 国内外研究现状与趋势
        1.2.1 弹性波有限差分正演模拟研究现状
        1.2.2 纵横波分离的研究现状
        1.2.3 GPU加速计算研究现状
    1.3 论文研究内容与章节安排
2.波动方程理论
    2.1 弹性波动方程基础理论
        2.1.1 本构方程
        2.1.2 运动微分方程
        2.1.3 几何方程
        2.1.4 弹性波方程的thomsen参数表征
    2.2 波动方程有限差分数值解
        2.2.1 波动方程的差分近似
        2.2.2 差分稳定性条件
        2.2.3 吸收边界
    2.3 亥姆霍兹分解理论
3.GPU并行计算
    3.1 GPU编程模型
    3.2 GPU执行模型
    3.3 GPU性能优化
    3.4 多GPU编程
4.算法实现
    4.1 三维弹性波正演GPU算法
    4.2 波场分离和矫正
    4.3 模型试验
    4.4 二维正演程序GUI设计
5.结论与建议
    5.1 工作总结
    5.2 研究展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]地震波震源加载方式对波场特征的影响 [J]. 全红娟,朱光明,王晋国,李桂花.  西北大学学报(自然科学版). 2012(06)
[2]三维交错网格有限差分地震波模拟的GPU集群实现 [J]. 龙桂华,赵宇波,李小凡,高琴,王周.  地球物理学进展. 2011(06)
[3]地震叠前逆时偏移算法的CPU/GPU实施对策 [J]. 李博,刘红伟,刘国峰,佟小龙,刘洪,郭建,裴江云.  地球物理学报. 2010(12)
[4]准噶尔车排子地区沙湾组含油砂岩地震正演模拟 [J]. 张云银,张建宁.  石油勘探与开发. 2010(01)
[5]山地地震资料叠前时间偏移方法及其GPU实现 [J]. 刘国峰,刘洪,李博,刘钦,佟小龙.  地球物理学报. 2009(12)
[6]波动方程有限差分法中的频散与假频分析 [J]. 孙成禹,宫同举,张玉亮,张文颖.  石油地球物理勘探. 2009(01)
[7]地震叠前时间偏移的一种图形处理器提速实现方法 [J]. 李博,刘国峰,刘洪.  地球物理学报. 2009(01)
[8]完全匹配层吸收边界条件的研究 [J]. 王永刚,邢文军,谢万学,朱兆林.  中国石油大学学报(自然科学版). 2007(01)
[9]波场模拟中的数值频散分析与校正策略 [J]. 吴国忱,王华忠.  地球物理学进展. 2005(01)
[10]非规则三角网格有限差分法地震正演模拟 [J]. 褚春雷,王修田.  中国海洋大学学报(自然科学版). 2005(01)

硕士论文
[1]交错网格高阶差分数值模拟及叠前逆时偏移[D]. 周学明.长安大学. 2010



本文编号：3541874