[发明专利]GPU并行三维地震波场生成方法和系统

摘要

本发明公布了一种基于GPU并行加速的三维地震波场的正演模拟方法及其系统，属于数值模拟与高性能计算技术领域。本发明对地震波传播方程进行高阶有限差分，通过数值模拟计算得到高精度的勘探地震波传播数据，在计算过程中，通过GPU并行加速处理，高精度地、高效地生成地面地震记录数据和波场切片结果。通过本发明，能够实现高精度、高效率地求解三维地震波动方程，大大提高计算效率的同时，有效提高计算精度。

主权项

1.一种GPU并行三维地震波场生成方法，对地震波传播方程进行高阶有限差分，通过数值模拟计算得到高精度的勘探地震波传播数据，在计算过程中，通过GPU并行加速处理生成地面地震记录数据和波场切片，由此获得三维地震波正演模拟结果；包括如下步骤：1)获取地震子波及观测系统数据，获取地质参数信息；2)确定地震波传播三维正演模拟模型的初始条件、生成边界条件和算法稳定性条件，对地震波传播方程进行高阶有限差分，通过数值模拟得到高精度的勘探地震波传播数据；3)设计基于GPU并行的正演模拟算法结构，通过分维度数据并行加速处理方法，实现高精度结果的高效输出；所述分维度数据并行加速处理方法具体执行如下操作：31)通过将三维数据数组排列成一维数组的方法，将三维数据体一维化，并从CPU内存导入到GPU的内存中；32)对地震波传播三维正演模拟模型方程进行一维化，将三维数组对应的方程修改成相应一维数组对应的方程；所述三维正演模拟方程为弹性波应力‑速度方程；选择GPU中的处理单元Block和Thread作为两个方向，用于分配地震波场第一维度和第二维度的数据，并储存地震波场第一维度和第二维度的数据的检索坐标用于并行计算；将地震波场数据的第三维度转化成循环状态进行处理；此时，数据为一维数据，检索号保持为三维的检索标准；33)通过内核函数Kernel分配变量的计算顺序，使得变量按照分配的顺序进行迭代计算；34)执行数据一维化GPU并行计算；35)计算结果输出及数据返回：得到一个时间节点的数据后，将结果导回CPU内存中输出；再将当前时间节点的数据返回到GPU中进行下一个时间节点的运算，直到时间循环结束；4)输出波场切片结果和地面地震记录数据，模拟生成勘探地震波场。