GPU 加速油气勘探，打造新一代地震数据分析平台

国内一家从事油气勘探的领先企业承接了大量的国内外石油天然气勘探项目，每年的地震数据分析处理的任务量非常大，传统的 HPC 计算方法无法大幅提升数据处理效率。

在传统的地震数据处理和解释过程中，有一些操作需要人工来完成，或使用传统的特征提取的方法，如去噪、初至拾取、速度拾取、断层检测、地质体识别等。传统方法不仅工作效率低下，而且对专业经验要求非常高，成为提高地震处理和解释效率的瓶颈。

传统 HPC 计算方法

无法大幅提升数据处理效率

地震数据处理通常会遇到以下两个挑战：

• 随机噪声会严重影响地震资料的处理工作，如何高效地从含噪数据中提取有效信息，是地震资料处理领域的一个重要难题。传统去噪方法需要从数据的先验分布出发，建立并求解数学模型，还需要进行大量傅里叶变换的计算。传统地震数据去噪方法对于不同噪声条件下的去噪具有一定的效果，但地震数据的噪声产生因素多，噪声分布复杂，仅仅根据数据先验知识，人工建立的模型只能提取浅层特征，表达能力较弱，无法描述复杂的噪声分布，严重影响了模型假设和参数设置的准确性。更重要的是，野外数据的噪声分布是未知的，缺乏足够的先验信息，因此传统方法去噪效果并不太理想。

• 初至拾取是地震数据处理过程中极为基础且重要的一项工作，传统采用人工拾取方式，工作量大，拾取效率低，且容易引入系统的人为误差。而且初至拾取的准确性，在很大程度上会影响后续处理步骤的精度。

地震数据解释也会遇到以下两个挑战：

• 传统的地震断裂解释主要是一种人机交互方式，这导致断层解释效率低、人为不确定性大，增加了油气勘探开发的成本和风险。而常规的断层识别方法通常需要专业人员设置多个参数来控制断层识别效果，这导致识别的断层结果严重依赖参数设置的准确性。

• 地震层位解释是油气勘探中的关键环节，也是地震解释中最耗时的一项工作。目前层位解释和标定更多的是依靠人工或机器辅助的方式进行。目前，地震层位追踪方法偏重于三维层位追踪和剖面自动追踪算法，存在效率低、需要人为指定种子点、训练追踪时间长等缺陷。

AI 加持下地震处理和解释

效率提升 60～200 倍

针对地震数据处理方面遇到的挑战，该物探企业在其地震数据处理解释一体化软件中开发了相应的人工智能计算模块，来加速数据的处理。NVIDIA 负责石油领域的技术专家，支持其在 NVIDIA Tensor Core GPU 和 CUDA-X AI 平台上进行模型训练和不断的模型优化，使得用 AI 模型进行随机噪声去噪，相比曲波迭代阈值法，去噪效率提高了近 200 倍；且智能去噪方法不再像曲波迭代阈值法那样需要复杂的参数调试，可以自动识别并分离出噪声；同时去噪计算的 AI 模型只学习随机噪声的特征，因此在去噪过程中不会损害有效信息，去噪后的数据保幅性好，可以满足地震处理保幅性要求。

对于初至拾取任务的 AI 模型，在单 GPU 上运行推理任务，可实现 30 多分钟预测 3 亿多道的初至拾取，通常一个工区任务利用多 GPU 服务器并发运行，即可在约一小时左右完成全部初至拾取任务；经测试对比，对于 5 万炮中等信噪比数据，AI 模型推理预测速度相对于人工拾取方式快 80 多倍。

针对地震解释方面遇到的挑战，该企业该在解释软件中开发了相应的人工智能计算模块，来加速数据的解释。在 NVIDIA Tensor Core GPU 和 CUDA-X AI 平台上，使用混合精度训练和对 AI 模型进行优化，大幅缩短了模型的训练时间，提升了模型的推理速度。经过对比测试，使用 AI 模型对某三维工区 687 平方公里约 12500 个 CMP 点高信噪比数据进行处理需要约 8 小时，对于某复杂三维工区 432 平方公里约 11600 个 CMP 点低信噪比数据进行处理需要约 10 小时，人工解释均需约 20 个以上工作日，效率提升 60 多倍。

AI 助力油气勘探工作效率大幅提升

随着石油、天然气物探任务已全面进入高密度勘探阶段，物探采集数据呈现指数级增长的趋势，新采集的大面积三维地震数据，其数据规模已由 TB 级进入 PB 级时代，巨大的数据计算量依靠人工和计算机交互完成已经很难满足任务要求。通过使用 NVIDIA GPU 和 AI 技术，充分利用海量的地震数据来训练 AI 模型，替代或部分替代传统的地震数据处理和解释计算的方式方法，从而实现地震数据处理和解释的自动化和智能化，以满足日益增长的物探任务需求。在该企业地震数据处理和解释软件研发过程中，NVIDIA 石油技术专家持续地提供相关的技术支持，使其能够顺利地在 NVIDIA GPU 和 CUDA-X AI 平台上进行模型的训练和推理加速，让 AI 计算运用到更多的石油天然气勘探领域的场景。

石油和天然气资源的勘探任务繁重，意义重大，通过 AI 技术提升地震处理和解释的能力，非常有助于提升油气勘探的工作效率。NVIDIA GPU 作为强大的 AI 算力平台，匹配高效的 AI 训练和推理加速库，让技术专家可以更快得获得处理结果，大大提高了地震处理、解释的效率和准确性。

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