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Title: Inversão sísmica da forma de onda completa com funcionais baseados no traço analítico
Authors: Dantas, Renato Ramos da Silva
Keywords: Inversão sísmica;Inversão de forma de onda;Transformada de Hilbert
Issue Date: 17-May-2019
Citation: DANTAS, Renato Ramos da Silva. Inversão sísmica da forma de onda completa com funcionais baseados no traço analítico. 2019. 149f. Tese (Doutorado em Geodinâmica e Geofísica) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.
Portuguese Abstract: Atualmente, o maior desafio a superar de modo a aplicar FWI é evitar o cycle-skipping. Cumprir esse objetivo demanda um modelo de velocidade inicial com um conteúdo significativo dos longos comprimentos de onda da distribuição de velocidades em subsuperfície. Para conseguir um modelo inicial adequado e evitar o cycle-skipping, esta tese propõe uma abordagem de inversão composta por três estágios. A saída de cada estágio é a entrada do próximo. No primeiro estágio, Dix-Stage, construímos um modelo derivado de uma análise de velocidades de Dix grosseira. No segundo estágio, K-Stage, nós derivamos modelos de velocidade que honram os tempos de trânsito das primeiras chegadas usando uma abordagem de inversão de transmissão. No terceiro estágio, FWI-Stage, um processo finalizante de inversão de forma de onda composto por três etapas é realizado. Nosso foco é no segundo estágio, onde comparamos a tomografia de tempos de trânsito das primeiras chegadas com a inversão de um funcional ajustante baseado nas primeiras chegadas janeladas do envelope em produção de modelos iniciais para o FWI-Stage, e no terceiro estágio. Nós usamos os modelos Marmousi e Overthrust para mostrar que, no K-Stage, o funcional de envelope das primeiras chegadas produz soluções com, no mínimo, a mesma qualidade daquelas derivadas da tomografia de tempos de trânsito das primeiras chegadas. Como resultado, no FWIStage, modelos de velocidade finais com qualidade similar são obtidos, não importando se este estágio foi iniciado com modelos de envelope de primeiras chegadas ou de tomografia de tempos de trânsito das primeiras chegadas. Contudo, ao contrário da tomografia de tempos de trânsito das primeiras chegadas, a inversão de envelope das primeiras chegadas não requer marcação de tempos, economizando uma quantidade expressiva de tempo. Além disso, o funcional de envelope das primeiras chegadas é robusto a ruído aleatório. Então, concluímos que o funcional de envelope das primeiras chegadas tem um bom potencial para substituir a tomografia de tempos de trânsito das primeiras chegadas no K-Stage. Contudo, nenhum dos funcionais estão livres de problemas, e cabe ao intérprete julgar os modelos de velocidade resultantes e decidir se eles são válidos para iniciar um processo de FWI. Para o FWI-Stage, propomos uma sequência de diferentes funções ajustantes no domínio do tempo. As funções ajustantes empregadas são sensíveis a diferentes comprimentos de onda, mas usam o mesmo algoritmo de modelagem e a mesma malha. A primeira etapa promove uma transição suave entre o K-Stage e a segunda etapa usando o envelope da forma de onda completa. Na segunda etapa de inversão, a componente refletida (chegadas tardias) dos envelopes dos campos de onda é ajustada, em contraste com o K-Stage, que ajusta a componente transmitida (chegadas iniciais). A maior parte das fases das ondas refletidas é ajustada na terceira etapa, que é baseada na função ajustante de forma de onda preservando apenas as chegadas tardias. A segunda e terceira etapas são de crucial importância para ajustar os eventos refletidos. Nós testamos essa abordagem com o modelo Marmousi usando conjuntos de dados com diferentes frequências, obtendo melhores estimativas do campo de velocidade do que as obtidas com a FWI clássica. As soluções obtidas tanto com a FWI clássica como com a abordagem de inversão sequencial degradam à medida que a frequência de pico do conjunto de dados aumenta, mas a solução da FWI clássica degrada mais rapidamente.
Abstract: Currently, the greatest challenge to overcome in order to apply FWI is avoiding cycle-skipping. Accomplishing this goal requires an initial velocity model that has a significant amount of longwavelength information from the subsurface velocity distribution. In order to produce a suitable initial model, this thesis proposes an inversion approach composed of three stages. The output of each stage is the input of the next one. In the first stage, Dix-Stage, we build a model derived from a coarse Dix velocity analysis. In the second stage, K-Stage, we derive velocity models that honor the first-arrival traveltimes using a transmission inversion approach. In the third stage, FWI-Stage, a concluding waveform inversion process composed by three steps is carried out. The focus here is on the second stage, where we compare first-arrival traveltime tomography with the inversion of a misfit functional based on the windowed early arrivals of the envelope in producing starting models for the FWI-Stage, and on the third stage. We use the Marmousi and Overthrust models to show that, in the K-Stage, the early-arrival envelope functional produces solutions with at least the same quality as those derived from first-arrival traveltime tomography. As a result, in the FWI-Stage, final velocity models with similar quality are obtained not mattering whether this stage was initialized with early-arrival envelope or with first-arrival traveltime tomography models. However, unlike the first-arrival traveltime tomography, the early-arrival envelope inversion does not require time picking, which could save an expressive amount of time. In addition, the early-arrival envelope functional is robust to random noise. We conclude then that the earlyarrival envelope functional has good potential to substitute first-arrival traveltime tomography in the K-Stage. However, neither early-arrival envelope or traveltime functionals are free from problems and, as a result, the interpreter ultimately must judge the resulting velocity models to decide whether they are valid to initialize an FWI process. For the FWI-Stage, we propose a sequence of different misfit functions in the time domain. The employed misfit functions are sensitive to different wavelengths but use the same modeling algorithm and the same model grid. The first step promotes a smooth transition between the K-Stage and the second step, by using the envelope of the complete waveform. In the first inversion step the reflected (late arrivals) component of the wavefield envelopes is fitted, in contrast with the K-Stage that fits the transmitted (early arrivals) component. The phases of the reflected waves are mostly fitted in the third step, which is based on the waveform misfit function preserving only the late arrivals. The second and third steps are of crucial importance to fit the reflected events. We test this approach with the Marmousi model using datasets with different frequencies, obtaining better estimates of the velocity field than those obtained with the classic FWI. The solutions obtained with both classic FWI and sequential inversion approach degrade with a progressively higher peak frequency dataset, but the classic FWI solution degrades more rapidly.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27371
Appears in Collections:PPGG - Doutorado em Geodinâmica e Geofísica

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