集群系統在地震資料處理中的應用

葉虹余 陳升義

摘要 石油勘探研究中地震資料處理一直是并行計算的主要領域之一，隨著地震數據采集量的持續增長和地震資料處理技術的不斷發展，對所使用的計算機硬件資源的要求也越來越高，如何利用有限的計算機資源來處理復雜海量的地震數據成了一大難題。并行計算技術通過配置計算機集群，能實現多臺計算機并行運算，有效解決了這一難題。以Paradigm17Echos地震資料處理平臺為例，通過配置計算機集群進行處理運算，能充分利用現有計算機資源，大大提高了地震資料處理速度和效率。

【關鍵詞】集群系統 并行運算 地震資料處理疊前 深度偏移

1 引言

地震資料處理是指利用計算機對采集的人工激發的地震波數據進行去燥、過濾、校正和轉換，并通過復雜的數學運算將其轉換為可用的地質數據的過程，其處理成果作為地質研究人員的第一手研究資料，在認知地質構造和石油勘探領域發揮著重要作用。隨著地震資料處理技術的飛速發展，一些大型復雜的處理軟件被廣泛應用，這對計算機硬件資源提出了更高的要求。

2 地震資料處理需求分析

隨著南海東部海域石油勘探逐漸進入深水區域，為了研究深海的地質構造，尋找埋藏在深海地層的油氣資源，對采集的地震數據資料提出了更高的要求：地震數據采樣間隔成倍縮小，采樣時間不斷加長，三維采集區域大幅擴大，這些都使得采集的原始數據量和中間處理結果以及最后成果的數據量以幾何級數增長，而要處理如此復雜的數據，需要容量更大的存儲設備，運算速度更快的計算機，IO性能更高的網絡環境，才能滿足處理需求。

計算機集群技術通過各節點協同工作，能有效整合各節點計算資源，進行復雜的數學運算，主要運用在大規模的科學計算環境中，如天氣預報、基因測序、航空航天、石油勘探與油藏數模等。在地震資料處理系統中，通過利用計算機集群技術進行并行運算，能處理更大容量的數據，得到更精確的處理成果，從而實現過去單一機器不能完成的復雜地震資料的處理。

3 集群系統的安裝

3.1 集群系統硬件資源

集群系統硬件配置以一臺IBMBladeCenter H刀片機為主，內含5片刀片服務器，每臺刀片配置處理器為兩個四核IntelXeon X5672 3.2GHzCPU，32G內存，外加一臺IBM X440刀片服務器，配置處理器為四個八核Intel Xeon E5-4650 2.7 GHz CPU， 128G內存，總共6個計算節點，所有機器都是利用現有資源加以整合，通過千兆網絡連接，再通過NFS協議連接NAS存儲設備，用于存放數據。

3.2 集群系統軟件安裝

各節點安裝的操作系統為RedhatEnterprise 6.8，安裝的地震資料處理軟件為Paradigm 17軟件包，各節點需要在BIOS打開超線程：Hyperthreading設為Enable。

3.3 集群系統的配置

（1）在所有節點上，關掉服務：iptables，sendmail;啟動服務：rsh，rlogin，rexec，ssh。

（2）設置最大共享內存：/etc/sysctl.conf

kemel.shmmax= 33792925696

kemel.shmall= 8250226

kemel.pid_max = 65536

（3）修改/etc/ssh/sshd_config文件，加入以下內容：

MaxSessions 1024

MaxStartups 1024

UseDNS no

（4）設置系統用戶可打開的最大文件數：max srack size。

/etc/security/limits.conf

* sofinofile 65536

* hard nofile 65536

* soft stack 10240

* hard stack 65536

/erc/pam.d/login

Session required pam_limits.so

/erc/security/limits.d/

*

- nproc 32768

（5） Paradigm軟件端口號設置：/etc/servlces

echos_servicesd 9123/tcp

#Paradigm Server Daemon

（6）所有節點建立rsh信任關系：/etc/hosts.equiv

szltd-ibmblade14

szltd-ibmblade15

szltd-ibmblade18

szltd-ibmblade20

szltd-ibmblade21

ibmx440a

4 集群系統在Paradigm處理軟件中的應用

帕拉代姆（ Paradigm）地球物理公司作為全球知名的地學軟件開發和應用技術服務公司之一，其開發的軟件覆蓋了地質勘探和石油開發的各個領域，包括常規的地震資料處理，建模及疊前成像，三維可視化解釋，屬性分析和測井解釋等模塊。其中地震資料處理模塊（ Echos）因其成熟性及穩定性和豐富的應用模塊成為最常用的處理軟件平臺之一。

隨著勘探技術的不斷發展，勘探精度不斷提高，復雜地質構與地震巖性研究己成為現實需要解決的問題，這使得疊前深度偏移處理技術應用越來越廣泛。GeoDepth是帕拉代姆公司開發的疊前深度偏移處理模塊，利用集群系統運行該模塊進行疊前深度偏移運算，能大大提高運算速度和效率，表1是選取某工區進行測試的結果和圖1、圖2的系統CPU資源使用情況圖。

本次測試選取工區數據量不算很大，集群系統資源還沒有充分利用，同樣大小的數據利用單一服務器進行處理通常需要數天的時間，而利用集群系統進行處理只用了不到一天的時間，可見集群系統大大提高了處理速度，縮短了處理周期，充分發揮了其優越性能。

5 集群系統在地震資料處理中的優勢

與傳統的Unix服務器相比，并行集群系統在地震資料處理中具有以下優勢：

5.1 勘探精度提高

高性能并行集群的出現使三維波動方程疊前深度偏移成像技術得到了廣泛應用，并逐漸成為地震資料處理的常規手段，使成像精度得到了很大提高，同時利用疊前時間偏移的CRP道集進行儲層預測的效果也更好。

5.2 處理周期縮短

三維疊前偏移技術涉及到的數據量與計算規模是巨大的，集群系統通過并行運算，能大大提高運算速度，縮短處理周期。

5.3 系統可用性高

集群系統通過多個節點并行運算，當其中某個節點出現故障時，系統仍然能夠正常工作，從而避免了過去單一服務器出現故障導致無法運算的情況。

5.4 系統可擴展性強

集群系統具有靈活的擴展性，當系統硬件資源無法滿足處理業務的增長需求時，可以增加節點提高系統整體性能，利用較少的投入即可適應業務的增長需求。

6 結束語

隨著石油勘探技術的發展，地震資料處理和解釋新方法和新技術的不斷出現，必將帶來數據量和運算量的飛速增長，這對計算機硬件和軟件的發展都提出了更高的要求。通過對現有計算機資源進行整合優化，配置集群系統，能充分發揮計算機硬件資源的性能，通過利用Paradigm處理軟件進行測試和實際應用，大大提高了地震資料處理的速度和效率，取得了良好的效果。隨著計算機技術和地震資料處理技術的進一步發展，并行集群系統在地震資料處理領域將得到越來越廣泛的應用。

參考文獻

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