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(jì)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(zhǎng)和地震資料處理技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)所使用的計(jì)算機(jī)硬件資源的要求也越來(lái)越高，如何利用有限的計(jì)算機(jī)資源來(lái)處理復(fù)雜海量的地震數(shù)據(jù)成了一大難題。并行計(jì)算技術(shù)通過(guò)配置計(jì)算機(jī)集群，能實(shí)現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算機(jī)并行運(yùn)算，有效解決了這一難題。以Paradigm17Echos地震資料處理平臺(tái)為例，通過(guò)配置計(jì)算機(jī)集群進(jìn)行處理運(yùn)算，能充分利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)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(yùn)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(jì)算機(jī)對(duì)采集的人工激發(fā)的地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行去燥、過(guò)濾、校正和轉(zhuǎn)換，并通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算將其轉(zhuǎn)換為可用的地質(zhì)數(shù)據(jù)的過(guò)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(duì)計(jì)算機(jī)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(duì)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(shí)間不斷加長(zhǎng)，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(jí)數(shù)增長(zhǎng)，而要處理如此復(fù)雜的數(shù)據(jù)，需要容量更大的存儲(chǔ)設(shè)備，運(yùn)算速度更快的計(jì)算機(jī)，IO性能更高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，才能滿(mǎn)足處理需求。

計(jì)算機(jī)集群技術(shù)通過(guò)各節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作，能有效整合各節(jié)點(diǎn)計(jì)算資源，進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，主要運(yùn)用在大規(guī)模的科學(xué)計(jì)算環(huán)境中，如天氣預(yù)報(bào)、基因測(cè)序、航空航天、石油勘探與油藏?cái)?shù)模等。在地震資料處理系統(tǒng)中，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)集群技術(shù)進(jìn)行并行運(yùn)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(shí)現(xiàn)過(guò)去單一機(jī)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(tái)IBMBladeCenter H刀片機(jī)為主，內(nèi)含5片刀片服務(wù)器，每臺(tái)刀片配置處理器為兩個(gè)四核IntelXeon X5672 3.2GHzCPU，32G內(nèi)存，外加一臺(tái)IBM X440刀片服務(wù)器，配置處理器為四個(gè)八核Intel Xeon E5-4650 2.7 GHz CPU， 128G內(nèi)存，總共6個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，所有機(jī)器都是利用現(xiàn)有資源加以整合，通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò)連接，再通過(guò)NFS協(xié)議連接NAS存儲(chǔ)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(diǎn)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(diǎn)需要在BIOS打開(kāi)超線(xiàn)程：Hyperthreading設(shè)為Enable。

3.3 集群系統(tǒng)的配置

（1）在所有節(jié)點(diǎn)上，關(guān)掉服務(wù)：iptables，sendmail;啟動(dòng)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(hù)可打開(kāi)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(hào)設(shè)置：/etc/servlces

echos_servicesd 9123/tcp

#Paradigm Server Daemon

（6）所有節(jié)點(diǎn)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(kāi)發(fā)和應(yīng)用技術(shù)服務(wù)公司之一，其開(kāi)發(fā)的軟件覆蓋了地質(zhì)勘探和石油開(kāi)發(fā)的各個(gè)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?zhuān)瑢傩苑治龊蜏y(cè)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(tái)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(shí)需要解決的問(wèn)題，這使得疊前深度偏移處理技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。GeoDepth是帕拉代姆公司開(kāi)發(fā)的疊前深度偏移處理模塊，利用集群系統(tǒng)運(yùn)行該模塊進(jìn)行疊前深度偏移運(yùn)算，能大大提高運(yùn)算速度和效率，表1是選取某工區(qū)進(jìn)行測(cè)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(cè)試選取工區(qū)數(shù)據(jù)量不算很大，集群系統(tǒng)資源還沒(méi)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(shí)間，而利用集群系統(tǒng)進(jìn)行處理只用了不到一天的時(shí)間，可見(jiàn)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(shì)

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(shì)：

5.1 勘探精度提高

高性能并行集群的出現(xiàn)使三維波動(dòng)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(shí)利用疊前時(shí)間偏移的CRP道集進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)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(jì)算規(guī)模是巨大的，集群系統(tǒng)通過(guò)并行運(yùn)算，能大大提高運(yùn)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(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)并行運(yùn)算，當(dāng)其中某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)仍然能夠正常工作，從而避免了過(guò)去單一服務(wù)器出現(xiàn)故障導(dǎo)致無(wú)法運(yùn)算的情況。

5.4 系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)

集群系統(tǒng)具有靈活的擴(kuò)展性，當(dāng)系統(tǒng)硬件資源無(wú)法滿(mǎn)足處理業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)需求時(shí)，可以增加節(jié)點(diǎn)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(zhǎng)需求。

6 結(jié)束語(yǔ)

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(lái)數(shù)據(jù)量和運(yùn)算量的飛速增長(zhǎng)，這對(duì)計(jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展都提出了更高的要求。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行整合優(yōu)化，配置集群系統(tǒng)，能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)硬件資源的性能，通過(guò)利用Paradigm處理軟件進(jìn)行測(cè)試和實(shí)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(jì)算機(jī)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?lái)越廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]黃易，師學(xué)明，范建柯等.并行計(jì)算技術(shù)及其在勘探地球物理學(xué)中的現(xiàn)狀與展望[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2010，25 （02）： 642-649。

[2]付慶華等.InfiniBand網(wǎng)絡(luò)下的地震資料處理系統(tǒng)性能分析[J].信息系統(tǒng)工程，2016（01）：93-95.

[3]姜游，陳軍，黃駿.高性能計(jì)算機(jī)在地震資料處理中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2009 （31）： 328-330.

[4]尹龍等.大規(guī)模計(jì)算機(jī)集群在地震勘探資料處理中的應(yīng)用探討[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2016 （08）：1-3.

[5]張軍華等.高性能計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].石油地球物理勘探，2010，45 （06）： 919-925.