集群系統(tǒng)在地震資料處理中的應(yīng)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(lǐng)域之一，隨著地震數(shù)據(jù)采集量的持續(xù)增長和地震資料處理技術(shù)的不斷發(fā)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(fù)雜海量的地震數(shù)據(jù)成了一大難題。并行計算技術(shù)通過配置計算機集群，能實現(xiàn)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(jìn)行處理運算，能充分利用現(xiàn)有計算機資源，大大提高了地震資料處理速度和效率。

【關(guān)鍵詞】集群系統(tǒng) 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(fā)的地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行去燥、過濾、校正和轉(zhuǎn)換，并通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算將其轉(zhuǎn)換為可用的地質(zhì)數(shù)據(jù)的過程，其處理成果作為地質(zhì)研究人員的第一手研究資料，在認(rèn)知地質(zhì)構(gòu)造和石油勘探領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著地震資料處理技術(shù)的飛速發(fā)展，一些大型復(fù)雜的處理軟件被廣泛應(yīng)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(jìn)入深水區(qū)域，為了研究深海的地質(zhì)構(gòu)造，尋找埋藏在深海地層的油氣資源，對采集的地震數(shù)據(jù)資料提出了更高的要求：地震數(shù)據(jù)采樣間隔成倍縮小，采樣時間不斷加長，三維采集區(qū)域大幅擴(kuò)大，這些都使得采集的原始數(shù)據(jù)量和中間處理結(jié)果以及最后成果的數(shù)據(jù)量以幾何級數(shù)增長，而要處理如此復(fù)雜的數(shù)據(jù)，需要容量更大的存儲設(shè)備，運算速度更快的計算機，IO性能更高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，才能滿足處理需求。

計算機集群技術(shù)通過各節(jié)點協(xié)同工作，能有效整合各節(jié)點計算資源，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，主要運用在大規(guī)模的科學(xué)計算環(huán)境中，如天氣預(yù)報、基因測序、航空航天、石油勘探與油藏數(shù)模等。在地震資料處理系統(tǒng)中，通過利用計算機集群技術(shù)進(jìn)行并行運算，能處理更大容量的數(shù)據(jù)，得到更精確的處理成果，從而實現(xiàn)過去單一機器不能完成的復(fù)雜地震資料的處理。

3 集群系統(tǒng)的安裝

3.1 集群系統(tǒng)硬件資源

集群系統(tǒng)硬件配置以一臺IBMBladeCenter H刀片機為主，內(nèi)含5片刀片服務(wù)器，每臺刀片配置處理器為兩個四核IntelXeon X5672 3.2GHzCPU，32G內(nèi)存，外加一臺IBM X440刀片服務(wù)器，配置處理器為四個八核Intel Xeon E5-4650 2.7 GHz CPU， 128G內(nèi)存，總共6個計算節(jié)點，所有機器都是利用現(xiàn)有資源加以整合，通過千兆網(wǎng)絡(luò)連接，再通過NFS協(xié)議連接NAS存儲設(shè)備，用于存放數(shù)據(jù)。

3.2 集群系統(tǒng)軟件安裝

各節(jié)點安裝的操作系統(tǒng)為RedhatEnterprise 6.8，安裝的地震資料處理軟件為Paradigm 17軟件包，各節(jié)點需要在BIOS打開超線程：Hyperthreading設(shè)為Enable。

3.3 集群系統(tǒng)的配置

（1）在所有節(jié)點上，關(guān)掉服務(wù)：iptables，sendmail;啟動服務(wù)：rsh，rlogin，rexec，ssh。

（2）設(shè)置最大共享內(nèi)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(nèi)容：

MaxSessions 1024

MaxStartups 1024

UseDNS no

（4）設(shè)置系統(tǒng)用戶可打開的最大文件數(shù)：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(shè)置：/etc/servlces

echos_servicesd 9123/tcp

#Paradigm Server Daemon

（6）所有節(jié)點建立rsh信任關(guān)系：/etc/hosts.equiv

szltd-ibmblade14

szltd-ibmblade15

szltd-ibmblade18

szltd-ibmblade20

szltd-ibmblade21

ibmx440a

4 集群系統(tǒng)在Paradigm處理軟件中的應(yīng)用

帕拉代姆（ Paradigm）地球物理公司作為全球知名的地學(xué)軟件開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)服務(wù)公司之一，其開發(fā)的軟件覆蓋了地質(zhì)勘探和石油開發(fā)的各個領(lǐng)域，包括常規(guī)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(wěn)定性和豐富的應(yīng)用模塊成為最常用的處理軟件平臺之一。

隨著勘探技術(shù)的不斷發(fā)展，勘探精度不斷提高，復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)與地震巖性研究己成為現(xiàn)實需要解決的問題，這使得疊前深度偏移處理技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。GeoDepth是帕拉代姆公司開發(fā)的疊前深度偏移處理模塊，利用集群系統(tǒng)運行該模塊進(jìn)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(qū)進(jìn)行測試的結(jié)果和圖1、圖2的系統(tǒng)CPU資源使用情況圖。

本次測試選取工區(qū)數(shù)據(jù)量不算很大，集群系統(tǒng)資源還沒有充分利用，同樣大小的數(shù)據(jù)利用單一服務(wù)器進(jìn)行處理通常需要數(shù)天的時間，而利用集群系統(tǒng)進(jìn)行處理只用了不到一天的時間，可見集群系統(tǒng)大大提高了處理速度，縮短了處理周期，充分發(fā)揮了其優(yōu)越性能。

5 集群系統(tǒng)在地震資料處理中的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的Unix服務(wù)器相比，并行集群系統(tǒng)在地震資料處理中具有以下優(yōu)勢：

5.1 勘探精度提高

高性能并行集群的出現(xiàn)使三維波動方程疊前深度偏移成像技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并逐漸成為地震資料處理的常規(guī)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(jìn)行儲層預(yù)測的效果也更好。

5.2 處理周期縮短

三維疊前偏移技術(shù)涉及到的數(shù)據(jù)量與計算規(guī)模是巨大的，集群系統(tǒng)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(tǒng)可用性高

集群系統(tǒng)通過多個節(jié)點并行運算，當(dāng)其中某個節(jié)點出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)仍然能夠正常工作，從而避免了過去單一服務(wù)器出現(xiàn)故障導(dǎo)致無法運算的情況。

5.4 系統(tǒng)可擴(kuò)展性強

集群系統(tǒng)具有靈活的擴(kuò)展性，當(dāng)系統(tǒng)硬件資源無法滿足處理業(yè)務(wù)的增長需求時，可以增加節(jié)點提高系統(tǒng)整體性能，利用較少的投入即可適應(yīng)業(yè)務(wù)的增長需求。

6 結(jié)束語

隨著石油勘探技術(shù)的發(fā)展，地震資料處理和解釋新方法和新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，必將帶來數(shù)據(jù)量和運算量的飛速增長，這對計算機硬件和軟件的發(fā)展都提出了更高的要求。通過對現(xiàn)有計算機資源進(jìn)行整合優(yōu)化，配置集群系統(tǒng)，能充分發(fā)揮計算機硬件資源的性能，通過利用Paradigm處理軟件進(jìn)行測試和實際應(yīng)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(shù)和地震資料處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，并行集群系統(tǒng)在地震資料處理領(lǐng)域?qū)⒌玫皆絹碓綇V泛的應(yīng)用。

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