Métodos otimizados para inversão completa das formas de onda em 3D

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Duarte, Edwin Humberto Fagua
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/45471
Resumo: A inversão de forma de onda completa (FWI) é uma das técnicas mais estudadas na atualidade para recuperarparâmetros do subsolo que afetam a propagação da onda. Uma das principais dificuldades da aplicação da FWI em levantamentossísmicos 3D é o alto custo computacional desta. Este problema tem sido contornado com o avanço da tecnologia computacionalmas ainda existem dificuldades para aplicar a FWI em dados reais 3D. Neste trabalho são estudadas estratégias para otimizar aFWI, as quais são baseadas nas propriedades físicas das ondas. Com este fim, este trabalho foi feito em duas partes. Na primeiraparte foi usada a técnica de fontes simultâneas codificadas, na qual o cálculo do gradiente da FWI é feito propagandosimultaneamente a informação de várias fontes agrupadas em um ou vários subgrupos aproveitando o princípio de superposiçãoda equação da onda. Para reduzir o ruído de conversa cruzada ou ”crosstalk" que aparece no cálculo do gradiente usando fontessimultâneas, foram propostos dois esquemas de codificação, por rotação de fase e por estática limitada a um período da frequênciadominante. Na codificação por rotação de fase é aplicada uma rotação de fase em cada tiro onde o ângulo de rotação é escolhidoaleatoriamente para cada tiro. No caso da codificação por estática os traços de cada tiro são deslocados temporalmente e o valordeste deslocamento é escolhido aleatoriamente para cada tiro tendo um valor máximo de um período da frequência dominantedo dado. Com ajuda de testes numéricos em dados sintéticos 2D foi demonstrado que os esquemas propostos apresentam umaconvergência mais rápida que as codificações por polarização (multiplicar por +1 ou -1 aleatoriamente cada tiro) e por estáticasem ser limitada. Na segunda parte foi desenvolvido um fluxograma para aplicar a FWI em um dado real adquirido na região dopré-sal brasileiro. Este dado foi obtido com aquisição tipo OBN 3D, onde os receptores são espalhados no assoalho oceânico.No fluxograma desenvolvido, são combinadas várias técnicas existentes para otimizar o uso de memória e de processamento, asquais aproveitam propriedades da propagação das ondas. Sobre o dado OBN foram feitas inversões usando estratégias dedizimação de fontes e receptores para reduzir o custo computacional. Também foram testados os esquemas de fontes codificadasestudadas na primeira parte. Esses testes foram feitos também usando várias funções objetivo com a intenção de melhor aresolução das inversões. Foi verificado que as inversões recuperaram informação relacionada ao reservatório pré-sal e que tantoas estratégias de dizimação como de codificação de fontes reduziram o custo computacional da FWI sem comprometer aqualidade da inversão.
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Este problema tem sido contornado com o avanço da tecnologia computacionalmas ainda existem dificuldades para aplicar a FWI em dados reais 3D. Neste trabalho são estudadas estratégias para otimizar aFWI, as quais são baseadas nas propriedades físicas das ondas. Com este fim, este trabalho foi feito em duas partes. Na primeiraparte foi usada a técnica de fontes simultâneas codificadas, na qual o cálculo do gradiente da FWI é feito propagandosimultaneamente a informação de várias fontes agrupadas em um ou vários subgrupos aproveitando o princípio de superposiçãoda equação da onda. Para reduzir o ruído de conversa cruzada ou ”crosstalk" que aparece no cálculo do gradiente usando fontessimultâneas, foram propostos dois esquemas de codificação, por rotação de fase e por estática limitada a um período da frequênciadominante. Na codificação por rotação de fase é aplicada uma rotação de fase em cada tiro onde o ângulo de rotação é escolhidoaleatoriamente para cada tiro. No caso da codificação por estática os traços de cada tiro são deslocados temporalmente e o valordeste deslocamento é escolhido aleatoriamente para cada tiro tendo um valor máximo de um período da frequência dominantedo dado. Com ajuda de testes numéricos em dados sintéticos 2D foi demonstrado que os esquemas propostos apresentam umaconvergência mais rápida que as codificações por polarização (multiplicar por +1 ou -1 aleatoriamente cada tiro) e por estáticasem ser limitada. Na segunda parte foi desenvolvido um fluxograma para aplicar a FWI em um dado real adquirido na região dopré-sal brasileiro. Este dado foi obtido com aquisição tipo OBN 3D, onde os receptores são espalhados no assoalho oceânico.No fluxograma desenvolvido, são combinadas várias técnicas existentes para otimizar o uso de memória e de processamento, asquais aproveitam propriedades da propagação das ondas. Sobre o dado OBN foram feitas inversões usando estratégias dedizimação de fontes e receptores para reduzir o custo computacional. Também foram testados os esquemas de fontes codificadasestudadas na primeira parte. Esses testes foram feitos também usando várias funções objetivo com a intenção de melhor aresolução das inversões. Foi verificado que as inversões recuperaram informação relacionada ao reservatório pré-sal e que tantoas estratégias de dizimação como de codificação de fontes reduziram o custo computacional da FWI sem comprometer aqualidade da inversão.Full waveform inversion (FWI) is one of the most studied techniques today to recover subsurface parameters that affect wave propagation. One of the main difficulties in applying FWI in 3D seismic surveys is its high computational cost. This problem has been solved with the advancement of computational technology, but there are still difficulties to apply FWI to real 3D data. In this work are studied strategies to optimize FWI, which are based on the physical properties of waves. To this end, this work was done in two parts. In the first part, the encoded simultaneous sources technique was used, in which the FWI gradient is calculated by simultaneously propagating information from several sources grouped in one or several subgroups, taking advantage of the superposition principle of the wave equation. In order to reduce the crosstalk noise that appears in the gradient calculation using simultaneous sources, two encoding schemes have been proposed, by phase rotation and by static limited to a period of the dominant frequency. In phase rotation encoding a phase rotation is applied to each shot where the rotation angle is chosen randomly for each shot. In static coding the traces of each shot are temporally shifted and the value of this shift is chosen randomly for each shot having a maximum value of one period of the dominant frequency of the data. With the help of numerical tests on synthetic 2D data to demonstrate that the proposed schemes have a faster convergence than encodings by polarization (multiply by +1 or -1 randomly each shot) and by static without being limited. In the second part, a workflow was developed to apply a FWI to real data acquired in the Brazilian pre-salt region. This data was obtained with an Ocean Bottom Node (OBN) 3D acquisition, where the receivers are placed on the ocean bottom. In the developed workflow, several existing techniques are combined to optimize the use of memory and processing, which take advantage of wave propagation properties. On the OBN data inversions were made using source and receiver decimation strategies to reduce computational cost. The encoded source schemes studied in the first part were also tested. These tests also use various objective functions to try to improve the resolution of the inversions. It was verified that the inversions retrieved information related to the pre-salt reservoir and that both decimation and source coding strategies reduced the computational cost of FWI without compromising the quality of the inversion.Universidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICAUFRNBrasilFísicaInversão de forma de onda completaEstratégias de codificaçãoInversão de dado real 3DMétodos otimizados para inversão completa das formas de onda em 3Dinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALMetodosotimizadosinversao_Duarte_2021.pdfapplication/pdf9877022https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/45471/1/Metodosotimizadosinversao_Duarte_2021.pdfe20f978762ca2f913a42c9cf5dcbea01MD51123456789/454712022-05-02 12:41:36.442oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/45471Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2022-05-02T15:41:36Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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