莫斯科大学全波地震建模研究成果

莫斯科国立大学力学数学系与地质系的科研团队利用MSU-270超级计算机资源,成功构建了西西伯利亚乌连戈伊油气田的典型地质模型并完成全波地震数值模拟。相关成果已发表在俄罗斯权威地球物理期刊《地质与地球物理学》上,同时将被收录至正在编纂的16卷《计算机模拟手册》系列出版物。

随着西西伯利亚油气区"常规"油气藏勘探程度日趋饱和,寻找新型勘探目标成为当务之急。在传统储量已充分开发的情况下,难采储量(TRIZ)的开发利用成为拓展资源基础的重要途径。虽然地震勘探仍是油气藏探测的主要手段,但其对西西伯利亚含油气盆地白垩系粉砂质储层中TRIZ的研究效能存在明显局限。相较于简化的射线追踪法(当前地震勘探常用但易导致错误结论的技术),全波场模拟能完整考虑各类面波和体波,尽管其计算成本和资源消耗显著增加。

该模型基于俄罗斯北极地区真实地质剖面构建,相关区域已通过三维地震勘探和深部钻探获得详实数据。模拟剖面包含多个已证实具工业价值的含油气层系,并特别设计了两个含油气层段与下部含水层的组合结构。岩性建模依据深钻井取芯资料、测井解释成果及实验室分析数据,上部还模拟了永冻层岩石的风化带及动力变质作用。

模拟区域尺寸(水平面16×12公里,垂向0-4100米)的设计旨在获得符合实际勘探需求的三维地震数据体。采用俄罗斯CAE Fidesys工程软件构建的数学模型包含约600万核心网格单元,运用谱元法(空间近似阶数达10阶)进行弹性波传播数值模拟,模型自由度高达150亿。这种全波模拟方法能完整呈现三维环境中所有波场现象(纵波、横波、面波、转换波、绕射波等),显著优于现行简化模拟方案。

为实现数字孪生框架下的油田地震勘探模拟,需完成约1.2万个震源点计算,这带来了巨大的计算挑战。为此,研究团队与Fidesys专家联合开发了基于GPU混合计算平台的并行算法模块,使计算效率实现数量级提升。借助莫斯科国立大学MSU-270超级计算机,1.2万次三维震源模拟在两个月内得以完成。

项目负责人指出:"过去五年我们主要基于GPU工作站开展地球物理数值模拟,但MSU-270使我们首次实现了如此大规模的全波场计算。这种建模对于评估现代地震数据处理技术的极限至关重要,我们期待通过与Fidesys软件的深度整合推动该技术走向工业化应用。"

该技术体系具有广阔应用前景,包括:建立俄罗斯主要油气区标准波场模型以研究波场传播规律;评估地震数据处理解释技术的实际效能;构建人工智能训练专用合成数据库;在招标阶段为地震处理服务商提供客观技术预评估;以及开展四维地震信号模拟(适用于已开发油田、地下储气库和二氧化碳封存监测等领域)。