集群系统在地震资料处理中的应用

叶虹余 陈升义

摘要 石油勘探研究中地震资料处理一直是并行计算的主要领域之一，随着地震数据采集量的持续增长和地震资料处理技术的不断发展，对所使用的计算机硬件资源的要求也越来越高，如何利用有限的计算机资源来处理复杂海量的地震数据成了一大难题。并行计算技术通过配置计算机集群，能实现多台计算机并行运算，有效解决了这一难题。以Paradigm17Echos地震资料处理平台为例，通过配置计算机集群进行处理运算，能充分利用现有计算机资源，大大提高了地震资料处理速度和效率。

【关键词】集群系统 并行运算 地震资料处理叠前 深度偏移

1 引言

地震资料处理是指利用计算机对采集的人工激发的地震波数据进行去燥、过滤、校正和转换，并通过复杂的数学运算将其转换为可用的地质数据的过程，其处理成果作为地质研究人员的第一手研究资料，在认知地质构造和石油勘探领域发挥着重要作用。随着地震资料处理技术的飞速发展，一些大型复杂的处理软件被广泛应用，这对计算机硬件资源提出了更高的要求。

2 地震资料处理需求分析

随着南海东部海域石油勘探逐渐进入深水区域，为了研究深海的地质构造，寻找埋藏在深海地层的油气资源，对采集的地震数据资料提出了更高的要求：地震数据采样间隔成倍缩小，采样时间不断加长，三维采集区域大幅扩大，这些都使得采集的原始数据量和中间处理结果以及最后成果的数据量以几何级数增长，而要处理如此复杂的数据，需要容量更大的存储设备，运算速度更快的计算机，IO性能更高的网络环境，才能满足处理需求。

计算机集群技术通过各节点协同工作，能有效整合各节点计算资源，进行复杂的数学运算，主要运用在大规模的科学计算环境中，如天气预报、基因测序、航空航天、石油勘探与油藏数模等。在地震资料处理系统中，通过利用计算机集群技术进行并行运算，能处理更大容量的数据，得到更精确的处理成果，从而实现过去单一机器不能完成的复杂地震资料的处理。

3 集群系统的安装

3.1 集群系统硬件资源

集群系统硬件配置以一台IBMBladeCenter H刀片机为主，内含5片刀片服务器，每台刀片配置处理器为两个四核IntelXeon X5672 3.2GHzCPU，32G内存，外加一台IBM X440刀片服务器，配置处理器为四个八核Intel Xeon E5-4650 2.7 GHz CPU， 128G内存，总共6个计算节点，所有机器都是利用现有资源加以整合，通过千兆网络连接，再通过NFS协议连接NAS存储设备，用于存放数据。

3.2 集群系统软件安装

各节点安装的操作系统为RedhatEnterprise 6.8，安装的地震资料处理软件为Paradigm 17软件包，各节点需要在BIOS打开超线程：Hyperthreading设为Enable。

3.3 集群系统的配置

（1）在所有节点上，关掉服务：iptables，sendmail;启动服务：rsh，rlogin，rexec，ssh。

（2）设置最大共享内存：/etc/sysctl.conf

kemel.shmmax= 33792925696

kemel.shmall= 8250226

kemel.pid_max = 65536

（3）修改/etc/ssh/sshd_config文件，加入以下内容：

MaxSessions 1024

MaxStartups 1024

UseDNS no

（4）设置系统用户可打开的最大文件数：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软件端口号设置：/etc/servlces

echos_servicesd 9123/tcp

#Paradigm Server Daemon

（6）所有节点建立rsh信任关系：/etc/hosts.equiv

szltd-ibmblade14

szltd-ibmblade15

szltd-ibmblade18

szltd-ibmblade20

szltd-ibmblade21

ibmx440a

4 集群系统在Paradigm处理软件中的应用

帕拉代姆（ Paradigm）地球物理公司作为全球知名的地学软件开发和应用技术服务公司之一，其开发的软件覆盖了地质勘探和石油开发的各个领域，包括常规的地震资料处理，建模及叠前成像，三维可视化解释，属性分析和测井解释等模块。其中地震资料处理模块（ Echos）因其成熟性及稳定性和丰富的应用模块成为最常用的处理软件平台之一。

随着勘探技术的不断发展，勘探精度不断提高，复杂地质构与地震岩性研究己成為现实需要解决的问题，这使得叠前深度偏移处理技术应用越来越广泛。GeoDepth是帕拉代姆公司开发的叠前深度偏移处理模块，利用集群系统运行该模块进行叠前深度偏移运算，能大大提高运算速度和效率，表1是选取某工区进行测试的结果和图1、图2的系统CPU资源使用情况图。

本次测试选取工区数据量不算很大，集群系统资源还没有充分利用，同样大小的数据利用单一服务器进行处理通常需要数天的时间，而利用集群系统进行处理只用了不到一天的时间，可见集群系统大大提高了处理速度，缩短了处理周期，充分发挥了其优越性能。

5 集群系统在地震资料处理中的优势

与传统的Unix服务器相比，并行集群系统在地震资料处理中具有以下优势：

5.1 勘探精度提高

高性能并行集群的出现使三维波动方程叠前深度偏移成像技术得到了广泛应用，并逐渐成为地震资料处理的常规手段，使成像精度得到了很大提高，同时利用叠前时间偏移的CRP道集进行储层预测的效果也更好。

5.2 处理周期缩短

三维叠前偏移技术涉及到的数据量与计算规模是巨大的，集群系统通过并行运算，能大大提高运算速度，缩短处理周期。

5.3 系统可用性高

集群系统通过多个节点并行运算，当其中某个节点出现故障时，系统仍然能够正常工作，从而避免了过去单一服务器出现故障导致无法运算的情况。

5.4 系统可扩展性强

集群系统具有灵活的扩展性，当系统硬件资源无法满足处理业务的增长需求时，可以增加节点提高系统整体性能，利用较少的投入即可适应业务的增长需求。

6 结束语

随着石油勘探技术的发展，地震资料处理和解释新方法和新技术的不断出现，必将带来数据量和运算量的飞速增长，这对计算机硬件和软件的发展都提出了更高的要求。通过对现有计算机资源进行整合优化，配置集群系统，能充分发挥计算机硬件资源的性能，通过利用Paradigm处理软件进行测试和实际应用，大大提高了地震资料处理的速度和效率，取得了良好的效果。随着计算机技术和地震资料处理技术的进一步发展，并行集群系统在地震资料处理领域将得到越来越广泛的应用。

参考文献

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