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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/40427
Tipo: Tese
Título: Imageamento sísmico: aplicação eficiente da RTM causal, FLSRTM com algoritmos SVD estocásticos e WEM baseado na aproximação de Jacobi-Anger.
Título(s) alternativo(s): Seismic imaging: efficient application of causal RTM, FLSRTM with stochastic SVD algorithms, and WEM based on the Jacobi-Anger approximation.
Autor(es): Apraez, Daniel Esteban Revelo
Primeiro Orientador: Pestana, Reynam da Cruz
metadata.dc.contributor.referee1: Pestana, Reynam da Cruz
metadata.dc.contributor.referee2: Araújo, Edvaldo Suzarthe de
metadata.dc.contributor.referee3: Costa, Jessé Carvalho
metadata.dc.contributor.referee4: Maciel, Jonatas da Silva
metadata.dc.contributor.referee5: Silva, Michelângelo Gomes da
Resumo: Esta tese aborda o desenvolvimento de técnicas relacionadas à migração sísmica, com o objetivo de superar limitações e desafios presentes em metodologias tradicionais. Nos três capítulos que compõem este trabalho, são apresentadas soluções que aprimoram a eficiência computacional, a precisão na formação de imagens sísmicas e a capacidade de lidar com modelos complexos de subsuperfície. No capítulo 1, abordamos a separação do campo de ondas em componentes ascendentes e descendentes, uma etapa crucial no processamento de dados multicomponente, na propagação de campos de ondas e no imageamento sísmico. Propomos um método alternativo para calcular o campo de ondas analítico utilizando a equação parcial de primeira ordem no tempo e resolvendo a equação de onda uma única vez. Essa abordagem permite a separação dos campos de ondas de forma explícita a cada passo de tempo, sendo mais eficiente em termos computacionais e viabilizando a aplicação da condição de imagem causal na migração reversa no tempo (RTM). Resultados em modelos sintéticos mostram que o método proposto possibilita uma decomposição semelhante à obtida pelo método convencional, que requer duas propagações, com potencial aplicação em casos 3D. Além disso, o método é eficaz na remoção do ruído de baixa frequência presente nas imagens RTM que utilizam a condição de imagem por correlação cruzada. No capítulo 2, investigamos a migração reversa no tempo em mínimos quadrados no domínio da frequência (FLSRTM), que é capaz de produzir modelos de refletividade de alta resolução. No entanto, o armazenamento das funções de Green necessárias para o cálculo do gradiente e do campo espalhado via modelagem Born pode ser inviável devido ao tamanho dessas funções. Propomos um esquema FLSRTM utilizando funções de Green de baixo posto, obtidas por meio de algoritmos de decomposição de valores singulares randômico (rSVD) e comprimido (cSVD). Esses algoritmos permitem o armazenamento eficiente das funções de Green em memória, utilizando pouco espaço e reduzindo o tempo computacional. Avaliações realizadas em modelos sintéticos demonstram que o esquema proposto gera seções migradas idênticas com aquelas geradas pelo esquema FLSRTM usando as funções de Green originais, utilizando menos memória e tempo computacional. No capítulo 3, abordamos as limitações dos operadores convencionais de migração em profundidade por continuação descendente do campo de ondas, tais como a geração indesejada de ondas evanescentes, o imageamento em meios com fortes contrastes de velocidade e refletores com mergulhos acentuados, além da estabilidade do propagador unidirecional. Propomos um algoritmo de migração em profundidade baseado em uma equação de onda unidirecional que é, ao mesmo tempo, estável e eficiente. Para isso, utilizamos o projetor espectral para suprimir modos evanescentes do operador de Helmholtz e aplicamos o esquema iterativo de Schulz acoplado para calcular a raiz quadrada desse operador filtrado. Finalmente, introduzimos a expansão de Jacobi-Anger para aproximar o operador exponencial de matriz, permitindo a construção do propagador de forma estável. Testes de resposta ao impulso, assim como a aplicação em dados de campo, demonstram que nosso algoritmo é mais preciso e eficaz para imagens em meios com fortes variações laterais de velocidade, superando a qualidade das imagens obtidas por métodos tradicionais.
Abstract: This thesis addresses the development of techniques related to seismic migration, aiming overcome the limitations and challenges present in traditional methodologies. The three chapters of this work present solutions that enhance computational efficiency, accuracy in seismic imaging, and the ability to handle complex subsurface models. In chapter 1, we focus on the separation of the wavefield into upgoing and downgoing components, a crucial step in the processing of multicomponent data, wavefield propagation, and seismic imaging. We propose an alternative method for computing the analytical wavefield using the first-order partial equation in time, solving the wave equation only once. This approach allows for the explicit separation of wavefields at each time step, making it more computationally efficient and enabling the application of the causal imaging condition in reverse time migration (RTM). Results from synthetic models indicate that the proposed method achieves a decomposition similar to that obtained by the conventional method, which requires two \-propagations, with potential applications in 3D cases. Moreover, the method effectively removes low-frequency noise present in RTM images that use the cross-correlation imaging condition. In chapter 2, we investigate frequency-domain least-squares RTM (FLSRTM), which is capable of producing high-resolution reflectivity models. However, storing the Green's functions needed for gradient computation and the scattered wavefield via Born modeling may be unfeasible due to their size. We propose a FLSRTM scheme using low-rank Green's functions obtained through randomized (rSVD) and compressed (cSVD) singular value decomposition algorithms. These algorithms allow for efficient storage of Green's functions in memory, using less space and reducing computational time. Evaluations on synthetic models demonstrate that the proposed scheme generates migrated sections identical to those produced by the FLSRTM scheme using the original Green's functions while utilizing less memory and computational time. In chapter 3, we address the limitations of conventional depth migration operators based on downward continuation of the acoustic wavefield, such as the undesired generation of evanescent waves, imaging in media with strong velocity contrasts and steeply dipping reflectors, and the stability of the one-way propagator. We propose a depth migration algorithm based on an one-way wave equation that is both stable and efficient. To achieve this, we use a spectral projector to suppress evanescent modes from the Helmholtz operator and apply the coupled Schulz iterative scheme to compute the square root of this filtered operator. Finally, we introduce the Jacobi-Anger expansion to approximate the exponential matrix operator, enabling the stable construction of the propagator. Impulse response tests, as well as field data applications, demonstrate that our algorithm is more accurate and effective for imaging in media with strong lateral velocity variations, surpassing the quality of images obtained by conventional methods.
Palavras-chave: Imageamento sísmico
Campo de ondas acústico
Geofísica
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::GEOFISICA::GEOFISICA APLICADA
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: APRAEZ, Daniel Esteban Revelo. Imageamento sísmico: aplicação eficiente da RTM causal, FLSRTM com algoritmos SVD estocásticos e WEM baseado na aproximação de Jacobi-Anger. 2024. 140 f. Tese (Doutorado em Geofísica) - Instituto de Geociências, Universidade Federal da Bahia, Salvador (Bahia), 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/40427
Data do documento: 3-Out-2024
Aparece nas coleções:Tese (PGGEOFISICA)

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