集群计算机处理地震资料技术应用研究

何劼

摘 要 在集群系统引入前，由于用于处理地震资料的计算机存储容量小、运算速度慢，影响处理的效果和质量。本文介绍了集群系统引入前地震资料处理存在的问题和集群计算机在处理地震资料的特点，分析了集群计算机处理地震资料的优势，阐述了应用集群计算机处理地震资料的步骤。

关键词 集群计算机 地震资料 应用研究

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A

1集群系统引入前地震资料处理存在的问题

在集群系统引入前，当时用于处理地震资料的计算机存储容量小、运算速度慢，这便使地震资料处理工作一直处于在常规叠后时间域中进行的状态，常规叠后时间域处理就是假设地下介质是均匀或水平层状，它仅适于处理简单地质或缓变介质所构造出的资料，其优点是操作方法简单、运算量小。但在构造复杂、横向速度变化较为剧烈的地区，常规叠后时间域处理方法已不能准确反映出地下组织构造形态，轻者会造成构造高点漂移，重者则使构造变得面目全非。这主要因为在这些地区所得的CMP道集记录中的反射波旅行时，已不再是双曲线的形式。常规的CMP叠加原则已失效，叠加结果不完全等同于自激自收的零炮检距剖面。这期间虽做出许多努力，但地震资料处理的质量却一直得不到大幅提高。

2集群计算机在处理地震资料的特点

2.1集群计算机在处理地震资料时具有较高的稳定性

由于集群计算机内部有数据共享措施，在某台服务器发生故障时，能够有其他服务器立即替代，所以不会出现经常中断任务的情况。每台服务器的容量和任务都是定义好的，所以提供的服务是充分的、稳定的。

2.2集群计算机在处理地震资料时具有规模可控性

由于集群计算机是网状结构，因此可以通过增减节点数目来控制集群计算机的规模，使集群计算机能够完成计算量、存储量越来越大的任务。在做地震资料处理时，需要集群计算机的服务器数量较多，有100多台计算机同时工作。

2.3集群计算机在处理地震资料时具有较强的经济性

完成同样的计算任务，集群计算机的投入比超计算机的投入少，而且在有故障发生的时候，可以通过替换发生故障的计算机继续工作，维修更换费用少。

3 集群计算机处理地震资料的优势

3.1处理地震资料的必要性

中国位于世界两大地震带-环太平洋地震带与欧亚地震带的交汇部位，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。大地构造位置决定，地震频繁震灾严重。统计数字表明，我国陆地面积占全球陆地面积的1/15，即6%左右；然而我国的陆地地震竟占全球陆地地震的1/3，即33%左右，而造成地震死亡的人数竟达到全球的1/2以上。人们的生产生活安全受到地震的影响、威胁很大。

3.2处理地震资料的重要性

目前在地震预报方面存在着很多问题。其次，地震还严重影响石油勘探工作，地质工程队勘探石油、天然气时，必须要采集该地区的地震数据、图像资料。为了保证人民的生命财产安全，必须要搜集、整理地震数据、图像资料；为了加大油气资源的开发、利用，保证我国的能源供给安全，必须要搜集、整理地震数据、图像资料。

3.3计算机可以做大量的运算、分析工作

地质勘探出来的地震数据、图像资料越来越大。随着地震数据、图像资料采集技術的升级，人们获得到的图像、数据越来越真实、准确，从二维技术到三维技术，又从三维技术到四维技术，图像分辨率越来越高，数据越来越精、准，数据、图像资料的容量也越来越大。地震采集上来的数据、图像资料量是非常巨大的，而且在处理这些图像、数据时，又要引入大量的中间过程数据、图像资料。得到高质量的可靠的地震资料处理结果，要求计算机有超大的存储量和计算能力。

3.4地震数据、图像资料具有兼容并行的特点

地震数据、图像资料的采集具有一定的分类特征，按“束、炮、线、道”等方式分成若干类，这样的资料分类非常适合多台计算机并行计算分析。对于数据之间的共性点结合，也可以按照“线、道”划分成类。地震资料的内部数据之间不是孤立的、静止的，而是经常需要做傅里叶转换、FK转换，实际上，这些数据经过转换之后要比原来的数据更适合多台计算机并行计算分析。

3.5能做大规模的地震资料处理任务

计算机技术的快速发展，为精确、快速处理地震资料提供了可能。单机处理地震资料是早期人们处理地震资料的手段，但是随着对地震认识的加深；研究、统计数据、图像资料的广泛开展，地震资料越来越多，而且越来越深遂。虽然单台计算机在数据、图像资料处理的速度上有了很大提高，散热性能也有了很大飞跃，但是仍然满足不了现代地震资料处理要求。

4应用集群计算机处理地震资料的步骤

由于地震资料存储、运算量很大，所以在制定方案的时候要充分分析任务的工作量，合理选择服务器架构体系，目前市场上主要的两种服务器架构分别是机架式和刀片式，扩展性都比较好，而且能够在有限的空间内集成70个以上的处理器，实现6GHz以上配置和4GB以上内存处理，能够满足地震资料处理要求。

存储设备采用光纤，传输能力在2GB/s的，加大光纤通道能力。安装恢复软件，能够保证在发生故障时，数据存储备份。这样，数据在光线中传输、储存变得稳定可靠，网络存储还有一个好处就是能够存储越来越多的资料。

输入/输出采用4U以上的机架式服务器，方便扩展和数据交换，数据在交换过程中，会因为消耗一定的空间，因此需要4G以上内存。采用应用软件完成输入/输出的批量作业和交互作业，同时还能管理整个系统的调度、运行工作。

应用秉性文件系统，该系统能够把数据条带化和多行化，实行双向的输入/输出操作，提高数据存取速度。高分辨率的图像处理设备和磁带备份工具库，是集群计算机处理地震资料中必备的设施。对数据的处理最重要通过图像表达出来，直观分析，因此要有好的图像处理设备。确保数据的安全可靠，对计算过程和计算结果中的关键数据进行磁带库备份。

5结束语

由于集群计算机具有处理数据的高效率、高稳定性、高可控性和经济性，因此在处理地震资料领域具有广泛的应用空间和前景。随着高频处理器和大容量内存的出现，集群计算机的软硬件不断升级改造，处理数据、图像资料的能力不断提升，但是在利用集群计算机处理地震资料的技术道路上还有许多工作要做。要不断的进行数据更新，加大科研投入，提高数据分析的准确性，为地震资料监测、分析和定位做出更多的贡献。

参考文献

[1] 姜游，陈军，黄骏.高性能计算机在地震资料处理中的应用[J].计算机科学与工程，2009.