【摘 要】
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开展地震波的正演模拟研究,对人们正确认识地震波的传播规律,验证所求地球模型的正确性,进行实际地震资料的地质解释与储层预测以及地球资源开发等,均具有重要的理论和实际意义。在传统地震学和地震勘探中,采用各向同性的地震数据处理方法处理各向异性介质的地震资料会导致地震分辨率降低和成像误差。因此,开展地震各向异性介质正演模拟研究是地震学家认识和研究地下介质的必要环节。在各向异性介质的正演模拟中,由于弹性波的
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开展地震波的正演模拟研究,对人们正确认识地震波的传播规律,验证所求地球模型的正确性,进行实际地震资料的地质解释与储层预测以及地球资源开发等,均具有重要的理论和实际意义。在传统地震学和地震勘探中,采用各向同性的地震数据处理方法处理各向异性介质的地震资料会导致地震分辨率降低和成像误差。因此,开展地震各向异性介质正演模拟研究是地震学家认识和研究地下介质的必要环节。在各向异性介质的正演模拟中,由于弹性波的波场分量参数较为复杂,会导致计算效率降低。同时,考虑到弹性波正演模拟在反射界面处存在转换波场,采用声学近似的拟声波进行正演模拟能更为直观地反映地下介质构造。在正演模拟中,理论的成熟与生产实用化之间还存在巨大的鸿沟——计算效率。在实际生产中,需要进行模拟的区块往往十分庞大,由此定义的网格剖分点数量也特别巨大。但是,有限差分方法具有很高的可并行性,在进行时间步更新时,各个网格点的计算是相互独立的,都只依赖于已经计算出的上一时刻的若干个网格点的波场分量的值,各网格点处的计算可以并行执行。因此,本文使用了CPU/GPU协同加速策略,基于CUDA将高阶差分正演模拟的波场延拓部分由CPU移植到GPU上运行,进一步提高计算速度,从而实现更好的经济效益。论文基于各向异性介质基本理论和交错网格有限差分正演模拟的基本理论,推导了各向同性和VTI介质中的弹性波波动方程,结合声学近似思想推导了VTI介质下拟声波波动方程,通过交错网格下的有限差分方法实现了差分离散,并推导了其吸收边界条件及差分格式。接着,在CPU/GPU协同加速理论基础上,结合有限差分正演模拟中大计算量和高并行化的计算特点,使用CUDAC语言对波场延拓部分进行并行加速。最后,基于CPU/GPU协同加速的原理实现了各向同性介质和VTI介质下弹性波正演模拟,结果显示弹性波正演模拟在界面处产生复杂的转换波场。在此基础上开展VTI介质下二维及三维速度模型的拟声波正演模拟,并利用二维线程块进行三维数据体计算的思想,在正演模拟中提高了对模型大小的宽容度。通过模型测试验证了CPU/GPU协同加速算法的正确性,并分析了并行加速的效果及其生产应用。
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