Tổng quan về đảo ngược toàn bộ dạng sóng trong địa vật lý thăm dò
Tóm tắt
Đảo ngược toàn bộ dạng sóng (FWI) là một quy trình điều chỉnh dữ liệu đầy thử thách dựa trên mô hình hóa toàn bộ trường sóng để trích xuất thông tin định lượng từ các sóng địa chấn. Hình ảnh độ phân giải cao tại nửa bước sóng được kỳ vọng. Những tiến bộ gần đây trong tính toán hiệu suất cao và việc thu thập dữ liệu đa chiều/đa thành phần với góc hẹp và góc rộng đã biến FWI âm thanh 3D thành khả thi ngày nay. Các thành phần chính của FWI bao gồm một động cơ mô hình hóa tiến hiệu quả và một phương pháp vi phân địa phương, trong đó gradient và các toán tử Hessian được ước lượng một cách hiệu quả. Tuy nhiên, tối ưu hóa địa phương không ngăn cản sự hội tụ của hàm sai lệch về các cực tiểu cục bộ do độ chính xác hạn chế của mô hình khởi đầu, sự thiếu hụt tần số thấp, sự hiện diện của tiếng ồn và mô hình hóa gần đúng về tính phức tạp của vật lý sóng. Các chiến lược đa quy mô phân cấp khác nhau đã được thiết kế để giảm thiểu tính phi tuyến và tính không ổn định của FWI bằng cách đưa vào dần các bước sóng ngắn hơn trong không gian tham số. Các nghiên cứu trường hợp dự liệu và thực tế giải quyết việc tái tạo nhiều tham số khác nhau, từ tốc độ [Công thức: xem văn bản] và [Công thức: xem văn bản] đến mật độ, độ dị thường và độ suy yếu. Bài đánh giá này cố gắng làm sáng tỏ tình trạng hiện tại của FWI. Tuy nhiên, những bước nhảy quan trọng vẫn cần thiết để FWI trở nên phổ biến như các kỹ thuật di chuyền. Các thách thức có thể được phân loại thành (1) xây dựng các mô hình khởi đầu chính xác với các quy trình tự động và/hoặc ghi lại tần số thấp, (2) xác định các tiêu chí tối thiểu hóa mới để giảm thiểu độ nhạy của FWI trước các lỗi biên độ và tăng cường tính bền vững của FWI khi ước lượng nhiều lớp tham số, và (3) cải thiện hiệu suất tính toán bằng các kỹ thuật nén dữ liệu để làm cho FWI đàn hồi 3D trở nên khả thi.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Abubakar, A., W. Hu, T. Habashy, and P. van den Berg, 2009, A finite-difference contrast source inversion algorithm for full-waveform seismic applications: GeophysicsGPYSA70016-8033, this issue.
Akcelik, V., 2002, Multiscale Newton-Krylov methods for inverse acoustic wave propagation: Ph.D. thesis, Carnegie Mellon University.
Aki, K., and P. Richards, 1980, Quantitative seismology: Theory and methods: W.H. Freeman & Co.
Alerini, M., S. Le Bégat, G. Lambaré, and R. Baina, 2002, 2D PP- and PS-stereotomography for a multicomponent datset: 72nd Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 838–841.
Askan, A., 2006, Full waveform inversion for seismic velocity and anelastic losses in heterogeneous structures: Ph.D. thesis, Carnegie Mellon University.
Barnes, C., and M. Charara, 2008, Full-waveform inversion results when using acoustic approximation instead of elastic medium: 78th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 1895–1899.
Ben Hadj Ali, H., S. Operto, J. Virieux, and F. Sourbier, 2008b, 3D frequency-domain full-waveform tomography based on a domain decomposition forward problem: 78th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 1945–1949.
Ben Hadj Ali, H., S. Operto, J. Virieux, and F. Sourbier, 2009a, Efficient 3D frequency-domain full waveform inversion with phase encoding: 71st Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, 5812.
Ben Hadj Ali, H., S. Operto, J. Virieux, and F. Sourbier, 2009b, Three-dimensional frequency-domain full-waveform inversion with phase encoding: 79th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 2288–2292.
Brenders, A. J. , and R. G. Pratt, 2007c, Waveform tomography of marine seismic data: What can limited offset offer? 75th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 3024–3029.
Brossier, R., S. Operto, and J. Virieux, 2009a, Seismic imaging of complex structures by 2D elastic frequency-domain full-waveform inversion: GeophysicsGPYSA70016-8033, this issue.
Brossier, R., S. Operto, and J. Virieux, 2009b, Two-dimensional seismic imaging of the Valhall model from synthetic OBC data by frequency-domain elastic full-waveform inversion: 79th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 2293–2297.
Chapman C., 1985, Journal of Geophysics, 58, 27
Chavent, G., 1974, Identification of parameter distributed systems,inR. Goodson and M. Polis, eds. Identification of function parameters in partial differential equations: American Society of Mechanical EngineersAMDVAS0160-8835, 31–48.
Claerbout, J. F. , 1976, Fundamentals of geophysical data processing: McGraw-Hill Book Co., Inc.
Danecek, P., and G. Seriani, 2008, An efficient parallel Chebyshev pseudo-spectral method for large-scale 3D seismic forward modelling: 70th Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, P046.
Ellefsen, K., 2009, A comparison of phase inversion and traveltime tomography for processing of near-surface refraction traveltimes: GeophysicsGPYSA70016-8033, this issue.
Erlangga, Y. A. , and F. J. Herrmann, 2008, An iterative multilevel method for computing wavefields in frequency-domain seismic inversion: 78th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 1956–1960.
Forgues E., 1997, Journal of Seismic Exploration, 6, 253
Gutenberg, B., 1914, Über erdbenwellen viia. beobachtungen an registrierungen von fernbeben in göttingen und folgerungen über die konstitution des erdkörpers: Nachrichten von der Könglichen Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttinge, Mathematisch-Physikalische Klasse, 125–176.
Hak, B., and W. Mulder, 2008, Preconditioning for linearized inversion of attenuation and velocity perturbations: 78th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 2036–2040.
Hansen, C., ed. 1998, Rank-defficient and discrete ill-posed problems — Numerical aspects of linear inversion: Society for Industrial and Applied Mathematics.
Herrmann, F. J. , Y. Erlangga, and T. T. Y. Lin, 2009, Compressive sensing applied to full-wave form inversion: 71st Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, S016.
Jaiswal, P., C. Zelt, R. Dasgupta, and K. Nath, 2009, Seismic imaging of the Naga thrust using multiscale waveform inversion: GeophysicsGPYSA70016-8033, this issue.
Kamei, R., and R. G. Pratt, 2008, Waveform tomography strategies for imaging attenuation structure for cross-hole data: 70th Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, F019.
Kennett, B. L. N. , 1983, Seismic wave propagation in stratified media: Cambridge University Press.
Klem-Musatov K. D., 1985, Journal of Geophysics, 57, 90
Kolb P., F. Collino, and P. Lailly, 1986, Prestack inversion of 1-D medium: Proceedings of the IEEE, 498–508.
Komatitsch D., 1998, Bulletin of the Seismological Society of America, 88, 368, 10.1785/BSSA0880020368
Krebs, J., J. Anderson, D. Hinkley, R. Neelamani, A. Baumstein, M. D. Lacasse, and S. Lee, 2009, Fast full-wavefield seismic inversion using encoded sources: GeophysicsGPYSA70016-8033, this issue.
Lailly, P., 1983, The seismic inverse problem as a sequence of before stack migrations: Conference on Inverse Scattering, Theory and Application, Society for Industrial and Applied Mathematics, Expanded Abstracts, 206–220.
Lambaré, G., and M. Alérini, 2005, Semi-automatic picking PP-PS stereotomography: Application to the synthetic Valhall data set: 75th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 943–946.
Lehmann, I., 1936, P′ : Publications du Bureau Central Séismologique International, A14, 87–115.
Malinowsky, M., A. Ribodetti, and S. Operto, 2007, Multiparameter full-waveform inversion for velocity and attenuation — Refining the imaging of a sedimentary basin: 69th Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, P276.
Menke, W., 1984, Geophysical data analysis: Discrete inverse theory: Academic Press, Inc.
Mulder, W. A. , and B. Hak, 2009, Simultaneous imaging of velocity and attenuation perturbations from seismic data is nearly impossible: 71st Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, S043.
Nolet, G., 1987, Seismic tomography with applications in global seismology and exploration geophysics: D. Reidel Publ. Co.
Plessix, R.E., 2009, 3D frequency-domain full-waveform inversion with an iterative solver: GeophysicsGPYSA70016-8033, this issue.
Polak E., 1969, Revue Française d’Informatique et de Recherche Opérationnelle, 16, 35
Pratt, R. G. , F. Hou, K. Bauer, and M. Weber, 2005, Waveform tomography images of velocity and inelastic attenuation from the Mallik 2002 crosshole seismic surveys,inS. R. Dallimore, and T. S. Collett, eds. Scientific results from the Mallik 2002 gas hydrate production research well program, Mackenzie Delta, Northwest Territories, Canada: Geological Survey of Canada.
Pratt, R. G. , R. E. Plessix, and W. A. Mulder, 2001, Seismic waveform tomography: The effect of layering and anisotropy: 63rd Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, P092.
Pratt, R. G. , L. Sirgue, B. Hornby, and J. Wolfe, 2008, Cross-well waveform tomography in fine-layered sediments — Meeting the challenges of anisotropy: 70th Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, F020.
Pratt, R. G. , and W. Symes, 2002, Semblance and differential semblance optimisation for waveform tomography: A frequency domain implementation: Sub-basalt imaging conference, Expanded Abstracts, 183–184.
Press, W. H. , B. P. Flannery, S. A. Teukolsky, and W. T. Veltering, 1986, Numerical recipes: The art of scientific computing: Cambridge University Press.
Prieux, V., S. Operto, R. Brossier, and J. Virieux, 2009, Application of acoustic full waveform inversion to the synthetic Valhall model: 77th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 2268–2272.
Ribodetti, A., and J. Virieux, 1996, Asymptotic theory for imaging the attenuation factors Qp and Qs : Conference of Aixe-les-Bains, INRIA — French National Institute for Research in Computer Science and Control, Expanded Abstracts, 334–353.
Saad, Y., 2003, Iterative methods for sparse linear systems, 2nd ed.: Society for Industrial and Applied Mathematics.
Scales, J. A. , and M. L. Smith, 1994, Introductory geophysical inverse theory: Samizdat Press.
Sen, M. K. , and P. L. Stoffa, 1995, Global optimization methods in geophysical inversion: Elsevier Science Publ. Co., Inc.
Sirgue, L., 2003, Inversion de la forme d’onde dans le domaine fréquentiel de données sismiques grand offset: Ph.D. thesis, Université Paris and Queen’s University.
Sirgue, L., 2006, The importance of low frequency and large offset in waveform inversion: 68th Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, A037.
Sirgue, L., O. I. Barkved, J. P. V. Gestel, O. J. Askim, and J. H. Kommedal, 2009, 2D waveform inversion on Valhall wide-azimuth OBS: 71st Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, U038.
Sirgue, L., J. Etgen, and U. Albertin, 2007, 3D full waveform inversion: Wide versus narrow azimuth acquisitions: 77th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 1760–1764.
Sirgue, L., J. T. Etgen, and U. Albertin, 2008, 3D frequency domain waveform inversion using time domain finite difference methods: 70th Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, F022.
Smithyman, B. R. , R. G. Pratt, J. G. Hayles, and R. J. Wittebolle, 2008, Near surface void detection using seismic Q-factor waveform tomography: 70th Annual International Meeting, EAGE, Expanded Abstracts, F018.
Song Z., 1995, Geophysics, 60, 786
Sourbier, F., A. Haiddar, L. Giraud, S. Operto, and J. Virieux, 2008, Frequency-domain full-waveform modeling using a hybrid direct-iterative solver based on a parallel domain decomposition method: A tool for 3D full-waveform inversion? 78th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 2147–2151.
Taillandier, C., M. Noble, H. Chauris, and H. Calandra, 2009, First-arrival travel time tomography based on the adjoint state method: GeophysicsGPYSA70016-8033, this issue.
Tarantola, A., 1987, Inverse problem theory: Methods for data fitting and model parameter estimation: Elsevier Science Publ. Co., Inc.
Toksöz, M. N. , and D. H. Johnston, 1981, Seismic wave attenuation: SEG.
Tsvankin, I., 2001, Seismic signature and analysis of reflection data in anisotropic media: Elsevier Scientific Publ. Co., Inc.
Vigh, D., and E. W. Starr, 2008b, Comparisons for waveform inversion, time domain or frequency domain? 78th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 1890–1894.
Vogel, C., 2002, Computational methods for inverse problems: Society of Industrial and Applied Mathematics.
Warner, M., I. Stekl, and A. Umpleby, 2007, Full wavefield seismic tomography — Iterative forward modeling in 3D: 69th Conference & Technical Exhibition, EAGE, Extended Abstracts, C025.
Warner, M., I. Stekl, and A. Umpleby, 2008, 3D wavefield tomography: synthetic and field data examples: 78th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, 3330–3334.
Yilmaz, O., 2001, Seismic data analysis: processing, inversion and interpretation of seismic data: SEG.
Zelt, C. A. , R. G. Pratt, A. J. Brenders, S. Hanson-Hedgecock, and J. A. Hole, 2005, Advancements in long-offset seismic imaging: A blind test of traveltime and waveform tomography: Eos, Transactions of the American Geophysical UnionTAGUAT0002-8606, 86, Abstract S52A-04.