[发明专利]一种地震数据的地震道集并行抽取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地球勘探中海量地震数据存储技术和设备，尤其涉及一种地震数据的地震道集并行抽取方法。

背景技术

随着地震勘探技术的不断进步和多道多分量地震勘探采集技术的应用，使得地震勘探的数据量巨大，这给地震数据的存储和处理带来了一定的困难。在地震数据存储过程中，地震数据一般以地震道为单位记录组成一种特殊的文件格式(如SEG-Y、SEG-D文件格式等)，其存储的地震数据信息结构如图1所示，它是由文件卷头信息和地震道信息组成，其中地震道信息包括地震道头信息和地震道数据两部分。根据卷头和道头信息可从地震数据文件中获取多种地震道集，地震道集是地震数据中具有某一共同属性的地震道的集合，它是地震数据处理中的基本模块，比如常用的地震道集有共炮点道集(CSG)、共接收点道集(CRG)、共中心点道集(CMP)和共偏移距道集(COG)。通常地震数据文件根据某一种地震道集按顺序方式记录，故该地震道集中的地震道在地震数据文件中是连续的(简称为连续式地震道集)，此时其它几种地震道集中的地震道就无法保持连续，在地震数据文件中呈离散分布(简称为非连续式地震道集)。根据地震道的不同属性，从图1中的M个地震道获取不同的地震道集组合，称为道集抽取。

当地震数据存储介质为磁盘时，在抽取非连续式地震道集过程中，由于待抽取的地震道位置不连续，故磁盘读取完一个地震道数据后，磁头需要机械移动到下一个地震道数据的位置，才能重新开始读数据操作，即磁盘的访问过程属于随机访问。访问数据时，磁盘的响应时间由磁头的寻道时间、旋转延时时间和传送时间三部分组成。目前市场上主流磁盘的寻道时间典型值是4.6ms，旋转延时则取决于磁盘的转速：普通7200RPM硬盘的转动延迟是4.2ms，而高端10000RPM的是3ms。传送时间包括内部数据传送时间和外部数据传送时间，其中内部数据传送时间是指当磁盘存储器的寻址工作完成之后，磁头至硬盘缓存之间的数据时间；外部数据传送时间为电脑通过数据总线从磁盘内部缓存区中所读取数据的时间。目前主流磁盘的内部数据传送速率在70～90MB/s，而外部数据传输速率在100MB/s以上。对于地震道而言，一般单个地震道数据量都不大，约为30KB，其传送时间为0.3～0.4ms。因此，磁盘在小数据读写过程中，寻道时间和旋转延时远大 于传送时间。可见大量的随机小数据访问，致使机械磁盘的性能大大下降，成为抽取非连续式地震道集的I/O瓶颈。

在实际地震数据处理方面，地震数据处理动辄需要处理数以TB的海量数据，在对地震数据进行数理方法如静校正、叠加、DMO、滤波等处理时，处理过程中需要反复抽取不同的地震道集数据。故地震数据处理具有处理的数据量大、处理过程多和反复处理等特征，这些特征带来了巨大的磁盘I/O访问量问题，因此，存储设备的I/O性能成为海量地震数据处理时间的一个关键因素。

综上分析，从地震数据存储和处理的特征反映了地震勘探数据处理系统中将面临的一个关键问题：磁盘I/O所花费的时间占总处理的时间比例越来越大。在地震勘探数据处理系统中，提供一种专门快速地实现地震数据的存储系统显得尤为重要。磁盘阵列技术由于其自身所具有的诸多优点正在得到越来越广泛的应用，它是由多块磁盘构成的一种超大容量存储系统，已成为地震数据存储中常用的存储设备。但目前基于磁盘阵列设计的地震数据存储系统无法克服随机小数据访问I/O效率低的问题。

常规的基于磁盘阵列抽取地震道集的流程如图2所示，地震数据处理软件将地震道集请求根据索引转换成一系列的读地震道的读请求，即标准的seek和read函数调用。当操作系统接收到这些函数调用后，会将其发送给磁盘阵列控制器，控制器再根据具体情况指挥相应的磁盘进行地震道数据的读取操作。地震数据处理软件在接收到地震道数据后，将发送执行下一个地震道数据读取过程。最后循环直至所有的地震道都正确执行完后，地震数据处理软件可获得地震道集数据。从常规的地震道集抽取流程可以看出，因为read函数一般为阻塞调用，所以只有在当前地震道数据访问结束后，才能发起下一地震道指令数据读取，即是以串行方式来读取地震道集中的各个地震道数据。

根据上述流程，分析抽取连续式地震道集的性能：在磁盘上读取一块数据所需要的时间T_total可描述为

T_total＝t_seek+t_delay+t_s (1)

式中，t_seek为寻道时间，t_dclay为旋转延时，t_s为传送时间。