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Tipo: Dissertação
Título: Inversão da forma de onda completa com abordagem multiescala usando redes neurais recorrentes
Título(s) alternativo(s): Full waveform inversion with multiscale approach using recurrent neural networks
Autor(es): Santana, Jorge Luís dos Santos
Primeiro Orientador: Pestana, Reynam da Cruz
metadata.dc.contributor.referee1: Pestana, Reynam da Cruz
metadata.dc.contributor.referee2: Cerqueira, Alexsandro Guerra
metadata.dc.contributor.referee3: Ladino, Oscar Fabian Mojica
Resumo: Vista como parâmetro fundamental para uma confiável imagem geológica da subsuperfície, e consequente sucesso exploratório, a velocidade sísmica é um dos pré-requisitos na cadeia da exploração sísmica. Tal velocidade tem relação direta na qualidade da construção de imagens sísmicas através de algoritmos robustos como o da migração reversa no tempo (em inglês, Reverse Time Migration - RTM) ou outras técnicas de imageamento sísmico. Neste trabalho, recorremos aos ambientes de aprendizado de máquina para obtermos uma velocidade sísmica de alta resolução por meio da técnica de inversão da forma de onda completa (em inglês, Full Waveform Inversion - FWI). Em síntese, a técnica FWI visa comparar dados de observações reais com dados calcu- lados obtidos através da modelagem sísmica a partir da solução de uma equação de onda específica. O resíduo dessa comparação é minimizado e, o gradiente, é utilizado para atu- alizar, com um algoritmo de otimização iterativa, o modelo de velocidades que no final do processo será capaz de corresponder aos dados reais. Aqui utilizaremos uma rede neural re- corrente (Recurrent Neural Network - RNN), baseada na física governante (equação da onda acústica), para derivar os dados reais e os dados calculados no que tange a etapa de mo- delagem sísmica direta, visto que trataremos de dados puramente sintéticos. Além disso os ambientes de aprendizagem, como o Pytorch, nos proporcionam ferramentas para o cálculo do gradiente (diferenciação automática) e estratégia de mini-lote (em inglês, mini-batches) importante na questão de redução de memória e maior velocidade de processamento. Como a FWI se baseia na minizimação iterativa de uma função custo entre dados ob- servados e calculados, no intuito de evitar a convergência a mínimos locais utilizamos a abordagem multiescala na frequência. Além disso, testamos a resposta da FWI quando sub- metida a dados de observações ruidosos e a modelos iniciais menos precisos e comparamos com a resposta da inversão somada à técnica multiescala na frequência, para demonstrar a atuação desta abordagem na mitigação destas limitações. Os resultados obtidos em três conjuntos de dados demostram a eficiência e aplicabilidade da técnica usada na tentativa de obter campos de velocidades sísmica de alta resolução.
Abstract: Seen as a fundamental parameter for a reliable geological image of the subsurface, and consequent exploratory success, seismic velocity is one of the prerequisites in the seismic exploration chain. Such velocity relates directly to the construction quality of seismic images through robust algorithms such as reverse time migration (RTM) or other seismic imaging techniques. In this work, we use machine learning environments to obtain high resolution seismic velocity through the full waveform inversion (FWI) technique. In summary, the FWI technique aims to compare data from real observations with calculated data obtained through seismic modeling from the solution of a specific wave equation. The residual of this comparison is minimized and the gradient is used to update, with an iterative optimization algorithm, the velocity model that at the end of the process will be able to correspond to the real data. Here we will use a Recurrent Neural Network (RNN), based on the governing physics (acoustic wave equation), to derive the real data and the calculated data regarding the direct seismic modeling step, since we will deal with purely synthetic data. In addition, learning environments, such as Pytorch, provide us with tools for calculating the gradient (automatic differentiation) and the mini-batch strategy important in terms of reduction memory and higher processing velocity. As the FWI is based on the iterative minimization of a cost function between observed and calculated data, in order to avoid convergence to local minima, we use the multiscale approach of frequency. In addition, we tested the FWI response when subjected to noisy observation data and less accurate initial models, and compared it with the inversion response added to the multiscale approach of frequency technique, to demonstrate the performance of this approach when it comes to mitigating these limitations. The results obtained in three sets of data demonstrate the efficiency and applicability of the technique used in the attempt to obtain high resolution seismic velocity fields.
Palavras-chave: Inversão geofísica
Inversão sísmica
Velocidade sísmica
Redes neurais
Inteligência artificial
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::GEOFISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Geociências
metadata.dc.publisher.program: Pós-Graduação em Geofísica (PGEOF) 
Citação: SANTANA, Jorge Luís dos Santos. Inversão da forma de onda completa com abordagem multiescala usando redes neurais recorrentes. 2022. 94 f. Dissertação (Mestrado em Geofísica) Instituto de Geociências, Universidade Federal da Bahia, Salvador, Ba, 2022.
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/36246
Data do documento: 19-Ago-2022
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