22 октября 2025. Доклад А.В. Вершинина (мехмат МГУ) и Ю.П. Ампилова (геофак МГУ) "Полноволновое сейсмическое моделирование с использованием метода спектральных элементов и его массивно-параллельная реализация на суперкомпьютере МГУ-270"

В докладе рассматривается постановка и решение трехмерной задачи динамической теории упругости в контексте полномасштабного моделирования сейсморазведочных работ на примере нефтяного месторождения Западной Сибири площадью около 200 квадратных километров. Алгоритм решения задачи основан на методе спектральных элементов (МСЭ) и явной схеме интегрирования по времени и разработан для численного моделирования волновых процессов в неоднородных трехмерных средах с резко меняющимися свойствами горных пород. В докладе рассмотрены технические аспекты реализации данного алгоритма на массивно-параллельной MultiGPU-системе с использованием технологии CUDA. Проведена верификация разработанного алгоритма на аналитическом решении задачи Лэмба, а также выполнен анализ p-сходимости полученных результатов моделирования для различных порядков МСЭ. Проанализирована эффективность распараллеливания МСЭ на гибридном суперкомпьютере МГУ-270 для различных порядков пространственной дискретизации и параметров численной схемы интегрирования по времени. В результате проведенных в течение двух месяцев расчетов на суперкомпьютере МГУ-270 было осуществлено полноволновое моделирование сейсмического поля, состоящего из 12 285 источников для детальной геофизической модели, содержащей около 5,6 млн. ячеек и почти 3 млрд. узлов МСЭ (около 9 млрд. степеней свободы). Волновая картина получена для каждого из источников максимально полной: рассчитаны как поверхностные волны Рэлея, так и полный набор объемных, отраженных, преломленных и рефрагированных волн, а также продольные, поперечные и обменные волны. Учтены все виды дифракции и многократных отражений - все, что происходит в реальной геологической среде при проведении сейсморазведки. В дополнение к этой, по сути, прямой задаче в докладе обсуждаются проблемы постановки обратных задач сейсморазведки, которые могли бы иметь не только теоретическое, но и практическое значение для исследования недр. Данное полноценное моделирование волновой картины актуально для изучения возможностей современных методов обработки и интерпретации сейсмических данных, которые основаны в настоящее время на упрощенных предположениях о структуре среды. Мы ожидаем, что разработанная технология будет широко внедрена в повседневную практику сейсморазведки.