Observation Site Selection for Physical Model Parameter Estimation toward Process-Driven Seismic Wavefield Reconstruction
针对地震大数据计算成本过高的问题,提出基于D-最优准则与参数灵敏度的观测站点选择方法,用于精准估计物理模型参数以实现过程驱动的地震波场重建,验证了方法有效性。
2023-06-19 eess.SP physics.geo-ph
Deep Preconditioners and their application to seismic wavefield processing
KAUST(阿卜杜拉国王科技大学)
震测资料处理在很大程度上依赖于物理驱动的反问题的求解。在存在不利的数据采集条件(例如,源和/或接收器的规则或不规则粗采样),潜在的逆问题变得非常不适定,并且需要先验信息来获得满意的解。稀疏促进反演,再加上固定基稀疏化变换,代表了许多处理任务的方法,由于其简单的实施和证明成功的应用程序在各种采集方案。利用深度神经网络找到复杂多维向量空间的紧凑表示的能力,我们提出训练AutoEncoder网络来学习输入地震资料和代表性潜在流形之间的直接映射。训练后的解码器随后被用作手头的物理驱动的逆问题的非线性预处理器。合成和现场数据提出了各种地震处理任务和建议的非线性,学习的变换表现优于固定基变换和收敛速度更快的寻求解决方案。
2022-07-20 cs.LG math-ph math.MP
A dual formulation of wavefield reconstruction inversion for large-scale seismic inversion
目前提出的大多数地震反演技术都集中在对背景模型选择或不准确的物理建模假设的鲁棒性上,但不适合大规模的3D应用。另一方面,工业问题的计算可行的方法,如全波形反演,是众所周知的陷入局部最小值,并需要足够的启动模型。我们提出了一种新的解决方案,这是可扩展的和不太敏感的启动模型或不准确的物理相比,全波形反演。该方法是基于经典的波场重建反演,其鲁棒性方面的局部极小值的对偶(拉格朗日)重新制定的文献中有很好的记载。然而,它不适合3D,因为它利用昂贵的频域解算器来求解波动方程式。建议的重新制定允许部署国家的最先进的时域有限差分方法,并计算工业规模的问题是成熟的。
2021-04-21 physics.geo-ph
GlobalTomo: A global dataset for physics-ML seismic wavefield modeling and FWI
本研究推出首个面向全球地震波场建模与FWI的3D合成数据集GlobalTomo,通过建立ML基准验证了ML可突破全球FWI的计算局限,为跨学科研究地球内部提供支撑。
2025-10-02 physics.geo-ph
Migration of a subsurface wavefield in reflection seismics: A mathematical study
在这一教学动机的工作,在反射地震迁移的过程已被认为是从严格的数学观点。具有恒定倾角的倾斜地下反射层已被证明会引起正常时差方程的移动,时差曲线的峰值跟踪椭圆轨迹。由于任何地下反射体实际上都具有不均匀的空间变化,因此通过采用波动方程式,使用更全面的偏移原理被认为是必要的。用这种方法导出了速度垂直变化的地下波场的振幅和相位的表达式。这种处理需要应用WKB近似,其自洽性已经由速度的对数变化在垂直方向上非常慢的事实建立,这是一个在越来越大的地下深度更强烈地支持的特征。最后,它已被证明,对于一个平面的地下波场,有一个等价的恒定速度Stolt迁移算法和固定相位近似方法(通过它的反射地下信号的起源被确定)。
2008-10-15 physics.geo-ph
Seismic Wavefield Reconstruction based on Compressed Sensing using Data-Driven Reduced-Order Model
提出了一种基于数据驱动降阶模型的压缩感知地震波场重构框架,并通过数值实验研究了其特性。数据驱动ROM是使用奇异值分解从波场的数据集生成的。利用稀疏离散观测数据和数据驱动的ROM重构空间连续的地震波场,利用基于贪婪算法的线性反问题传感器优化方法有效地选择用于重构的观测点。将该框架应用于具有水平分层三层地下结构的理论波形模拟数据。基于无噪声观测的重建结果验证了该方法的有效性。由于ROM的波场被用作先验信息,重建误差被降低到本框架的近似误差下限,即使用于重建的传感器的数量是有限的,随机选择的。此外,所提出的框架得到的重建误差是远远小于高斯过程回归得到的。对于具有噪声污染观测的数值实验,重建的波场由于观测噪声而退化,但是由本框架获得的具有所有可用观测点的重建误差接近误差下限,即使使用高斯过程回归的重建波场完全崩溃。虽然重建误差大于使用所有观测点获得的误差,但是通过将其与传感器优化方法相结合,可以减少用于重建的观测点的数量,同时使重建数据的劣化和分散最小化。
2022-11-26 eess.SP physics.geo-ph
Coherent Source Subsampling: A Data-Driven Strategy for Restoring Causal-Acausal Symmetry in Ambient Seismic Wavefield Correlations
Centre for Earth Sciences, Indian Institute of Science(印度科学研究所地球科学中心)
本文提出相干源子采样方法,通过数据驱动策略恢复环境地震波场相关性中的因果-非因果对称性,提高短时被动调查的成像稳定性。
2026-02-15 physics.geo-ph
Coherence-based approaches for estimating the composition of the seismic wavefield
随着开发和应用利用地球环境地震噪声场的新技术,例如用于观测地震速度结构的时间变化,关键是量化可以进行波型测量的精度。这项工作使用阵列数据在Homestake矿铅,南达科他州和得克萨斯州的Sweetwater阵列考虑两个方面,控制这种精度:类型的地震波有助于在微震频率和阵列几何形状的影响的环境噪声场。两者都是量化使用测量站之间的波场相干性结合维纳滤波器。我们发现一个强大的体波和表面波的内容之间的季节性变化。关于包括地下车站,我们量化了环境噪声场可以表征和再现的下限;当地下站包括在阵列中时,维纳滤波器的应用在再现环境噪声波形方面成功约4倍,导致具有小于1%残差的地震时间序列的预测,并且最终受到阵列的几何形状和孔径以及地震场中的时间变化的限制。我们讨论了这些结果的影响,为地球物理社区进行环境地震噪声的研究,以及取消地震牛顿重力噪声在地面为基础的,亚赫兹,重力波探测器。
2019-11-27 gr-qc physics.geo-ph
AstroSeis -- A 3D Boundary element modeling code for seismic wavefields in irregular asteroids and bodies
我们开发了一个三维弹性边界元法(BEM)的计算机代码,称为AstroSeis,模拟地震波场在一个机构与任意形状,如小行星。除了AstroSeis可以处理任意表面地形外,它还可以处理小行星模型中的液体核心。在我们目前的代码中,固体和液体域都是同质的。对于震源,我们可以使用单个力或力矩张量。AstroSeis是在频域中实现的,并且可以容易地并入与频率相关的Q。代码在MATLAB中,可以直接设置模型来运行我们的代码。频域计算有利于研究天体在周期性力(如引潮力)作用下的长期弹性响应,且不存在其他许多需要体网格划分的方法所存在的数值频散问题。我们的AstroSeis已经通过了其他方法的基准测试,例如正交模求和和直接解方法(DSM)。这个开源的AstroSeis将是研究小行星内部和表面过程的有用工具。
2020-07-02 astro-ph.EP physics.comp-ph physics.geo-ph
Toward Regional Characterizations of the Oceanic Internal Wavefield
为了描述深海内波场的变化特征,重新分析了过去40年来许多主要的海洋内波观测计划。的意见进行了讨论的背景下,由加勒特和芒克提出的通用谱模型。加勒特和芒克模型很好地描述了湾流北部大陆隆起D站的冬季条件。在其他地方和其他时间,注意到振幅、2-D垂直波数-频谱的可分性以及与模型函数形式的偏离方面的显着偏差。微妙的地理模式是明显的偏离高频率和高垂直波数幂定律的加勒特和芒克频谱。此外,这种偏差往往是共同变化的:白色的频谱与红色的垂直波数谱。尝试解释的变化,在生成,传播和非线性之间的相互作用,使用统计辐射平衡方程。这一过程框架的主要问题,为未来的研究与洞察力,这种综合性的研究可能会限制观察和理论为基础的解释。
2011-10-27 physics.ao-ph physics.geo-ph
Reducing Frequency Bias of Fourier Neural Operators in 3D Seismic Wavefield Simulations Through Multi-Stage Training
本文针对三维地震波场模拟中FNO模型偏向低频的问题,提出多阶段FNO训练策略,通过第二阶段残差学习显著降低高频误差,从而提升地面运动模拟的精度与真实感。
2025-03-10 physics.geo-ph
Transcending Classical Neural Network Boundaries: A Quantum-Classical Synergistic Paradigm for Seismic Data Processing
College of Instrumentation and Electrical Engineering, Jilin University(吉林大学仪器电子学院)
本文提出量子-经典协同生成对抗网络QC-GAN,通过量子路径和卷积路径协同处理地震数据,突破经典GAN的表示瓶颈,提升复杂噪声下的波场连续性和振幅相位信息保留能力。
2026-03-25 cs.LG physics.geo-ph
Learned frequency-domain scattered wavefield solutions using neural operators
提出一种基于神经算子的频域散射波场建模方法,通过嵌入震源位置和频率信息并利用单一参考频率,在OpenFWI数据集上验证了其作为替代模型解决亥姆霍兹方程计算和内存挑战的潜力。
2025-03-30 physics.geo-ph
On extracting coherent seismic wavefield using variational symmetric autoencoders
本文提出变分对称自编码器SymAE,通过在潜空间中解耦相干震源信息与波形特定干扰信息,在不依赖反卷积的情况下从远震P波数据中提取高信噪比相干波场,并成功识别稳健震源信息、生成高分辨率虚拟地震图,适用于分析多次破裂的复杂地震。
2024-11-23 physics.geo-ph
Modelling strong seismic ground motion: three-dimensional loading path versus wavefield polarization
强震引起的地震波在地表土层中传播,既会降低土体刚度,又会增加进入土体的能量耗散。为了研究这种情况下的地震波放大,过去的研究一直致力于单向剪切波传播在土柱(一维传播),考虑一个运动分量(1C极化)。可以执行三个独立的纯1C计算(“1D-1C”方法),并且在弱运动(线性行为)的情况下直接叠加。本研究的目的是通过考虑地震波传播在一个1-D土壤剖面占的影响,3-D加载路径和土壤的非线性滞回特性的本地网站的影响进行研究。在所提出的“1D-3C”方法中,入射波的三个分量(3C偏振)同时传播到水平多层土壤中。一个三维非线性本构关系的土壤中实现的有限元法在时域的框架。土的复杂流变性是由Masing-Prandtl-Ishlinskiii-Iwan型的多表面循环塑性模型来模拟的。这种选择的最大优点是描述模型所需的唯一数据是模量降低曲线。进行参数研究,以表征由于入射波场特性和土壤非线性的地震运动的表层的变化。数值模拟表明,地震响应取决于几个参数,如极化的地震波,材料的弹性和动态性能,以及对层之间的阻抗对比度和频率的内容和输入运动的振荡特性。由于3C极化导致的3-D加载路径导致多轴应力相互作用,从而降低土壤强度并增加非线性效应。土壤的非线性特性可能对自由表面处的地震响应产生有利或不利影响,这取决于能量耗散率。自由表面的时间历程,应力-应变滞后环和八面体应力和应变的深度配置文件估计每个土柱。三个单独的1D…
2013-08-08 physics.class-ph physics.geo-ph
Physics-informed Neural Networks with Fourier Features for Seismic Wavefield Simulation in Time-Domain Nonsmooth Complex Media
针对坐标神经网络频谱偏差限制高频地震波模拟的问题,提出结合傅里叶特征与随机梯度下降及波速替代模型的FF-PINNs框架,通过吸收边界条件约束,在非光滑复杂介质中实现高精度波场模拟。
2025-06-18 physics.geo-ph
Deep learning velocity filtering for seismic data
针对传统地震速度滤波方法的局限,提出基于上行波和下行波分离的深度学习算法,通过线性变换处理任意速度差问题,在多种地震数据处理任务中展现出与传统方法相当甚至更优的通用性和实用性。
2025-04-27 physics.geo-ph
Upside down Rayleigh-Marchenko: a practical, yet exact redatuming scheme for seabed seismic acquisitions
本文提出倒置的Rayleigh-Marchenko方法,将空间积分改在采样更好的震源面上进行,从而在稀疏接收器条件下实现理论上精确的海底地震基准面重建,并通过合成数据验证其在成像质量和振幅保真方面的优势。
2024-01-11 physics.geo-ph
Seismic wave propagation in icy ocean worlds
地震学是在地球上发展起来的,并在20世纪塑造了我们对地球内部的模型。除了菲莱着陆器,迄今为止所有的地外地震学研究都局限于其他类地行星。它们都有一个共同点,在坚硬的地幔之上有一个坚硬的地壳。未来几年可能会在木卫二、土卫六和土卫二上安装地震仪,因此有必要使地震学概念适应全球海洋被冰覆盖的世界。在这里,我们使用波形分析来识别和分类波的类型,开发一个词汇的冰冷的海洋世界地震学的目的是有用的地震学家和行星科学家。我们使用宽带地震波场的谱元模拟的结果,以适应地震学的概念,冰冷的海洋世界。我们提出了一个简明的地震波命名方案,并概述了木卫二,土卫六,木卫三和土卫二的地震波场的特点。与地球物理内部模型密切相关,我们分析了木卫二和土卫六的模拟地震测量,这些测量可能用于约束控制冰下海洋可居住性的地球化学参数。
2017-11-17 astro-ph.EP physics.geo-ph
A simulation-free seismic survey design by maximizing the spectral gap
针对地震数据采集成本高的问题,提出一种无模拟勘探设计方法,利用模拟退火算法迭代增大随机子采样掩码的谱间隙,在固定采样率下提升波场重建质量。
2022-04-05 math.SP physics.geo-ph
PINNslope: seismic data interpolation and local slope estimation with physics informed neural networks
King Abdullah University of Science and Technology (KAUST)(阿卜杜拉国王科技大学(KAUST))
本文提出PINNslope,通过联合训练主重建网络与辅助局部斜率估计网络并引入位置编码,实现混叠及大缺口地震数据的高精度插值。
2023-12-09 cs.LG eess.SP physics.geo-ph
WaRIance: wavefield reconstruction inversion with stochastic variable projection
我们提出了一种变化的波场重建反演地震反演,它利用随机线性代数作为一种方式,以克服传统的反演技术的典型局限性。因此,我们可以同时针对收敛停滞和大型3D应用的鲁棒性。其中心思想在于通过对波动方程误差协方差的低秩随机逼近来近似波场重建反演中所涉及的最佳松弛变量。其结果是,我们得到了一个家庭的反演方法参数化的一个给定的模型协方差(适合手头的问题)和相关的随机逼近草图的秩。我们的建议的挑战和优势,证明了一些数值实验。
2021-12-20 cs.NA math.NA physics.geo-ph
GaborPINN: Efficient physics informed neural networks using multiplicative filtered networks
King Abdullah University of Science and Technology(阿卜杜拉国王科技大学)
针对求解Helmholtz方程的物理信息神经网络收敛慢的问题,提出基于Gabor基函数的乘法滤波网络GaborPINN,通过嵌入波场频率等先验信息,实现了高达两个数量级的收敛速度提升。
2023-08-10 cs.LG physics.geo-ph
Methods for Large Scale Hydraulic Fracture Monitoring
在本文中,我们提出了计算效率和鲁棒性的方法来估计矩张量和位置的微震波迹象(s)的大搜索量。我们的贡献是双重的。首先,我们提出了一种新的联合复杂性的措施,即核规范的总和,同时施加稀疏的裂缝(位置)的数量在一个大的空间体积,也捕捉到的秩1性质的诱导波场图案。该波场模式被建模为源特征与来自震源的跨接收器的振幅模式的外积。因此,在每个位置处的估计的波场图案的秩-1因式分解可以用于使用阵列几何形状的知识来估计地震矩张量。与现有的工作相比,这种方法允许我们放弃任何其他假设的源签名。其次,我们利用最近提出的一阶增量投影算法的快速和有效的实施所产生的优化问题,并开发一个混合随机和确定性算法,从而导致显着的计算节省。
2013-09-09 cs.CE physics.geo-ph
SubsurfaceGen: Procedural Generation of Field-Scale Earth Models and Seismic Data
Stanford University(斯坦福大学)
提出SubsurfaceGen,一个GPU加速的3D速度模型与地震数据生成器,并发布包含4276个2D速度切片、5秒波场和8秒炮集记录的数据集,用于评估机器学习在全波形反演中的表现。
2026-05-28 cs.LG physics.geo-ph
Robust data driven discovery of a seismic wave equation
本文提出 D-WE 方法,通过预训练神经网络、遗传算法和物理信息准则,从时空波场数据中自动发现波动方程结构及系数,并在含噪稀疏数据上验证了其鲁棒性。
2023-09-24 physics.geo-ph
SeparationPINN: Physics-Informed Neural Networks for Seismic P- and S-Wave Mode Separation
本文提出基于物理信息神经网络的无监督波场分离方法SeparationPINN,无需标签数据即可在均匀和非均匀介质中高效准确分离地震P波和S波。
2025-04-10 physics.geo-ph
Evaluating the performance of machine-learning-based phase pickers when applied to ocean bottom seismic data: Blanco oceanic transform fault as a case study
该研究以布兰科洋脊转换断层为例,系统评估EQTransformer、Pickblue和OBSTansformer三种机器学习震相拾取器在海底地震数据中的性能,发现Pickblue目录事件更多且定位更优,并揭示地震活动空区与深部地震丛集机制,强调自动目录需审慎检验以避免误释。
2024-10-23 physics.geo-ph
Vertical-slice ocean tomography with seismic waves
本文利用苏门答腊地震产生的T波在东印度洋的传播时间变化,通过多频率测量约束温度异常的垂直结构,揭示赤道波、中尺度涡旋和年代际变暖趋势,为盆地尺度海洋温度监测提供了新手段。
2023-04-05 physics.ao-ph physics.geo-ph
Gas trap prediction from 3D seismic and well test data using machine learning
本文提出一种结合三维地震数据与试井资料、通过集成机器学习预测天然气圈闭的方法,并在三口盲井上取得f1 score为0.893846的高精度验证。
2024-01-23 cs.LG physics.geo-ph
Generative wave propagator
Division of Physical Science and Engineering(物理科学与工程学院);King Abdullah University of Science and Technology(国王阿卜杜勒-阿齐兹大学科学与技术学院)
研究针对地震波场模拟,传统有限差分法受限,提出基于条件扩散的波场传播器,利用波场历史等条件训练网络直接预测下一快照,引入因果时间加权损失提升稳定性,实验表明该方法能准确再现波场并加速。
2026-07-07 cs.AI physics.geo-ph
Multi-frequency wavefield solutions for variable velocity models using meta-learning enhanced low-rank physics-informed neural network
King Abdullah University of Science and Technology(阿卜杜拉国王科技大学)
针对PINNs在复杂速度模型多频波场建模中收敛慢、泛化差的问题,提出结合SVD低秩分解、频率嵌入超网络与元学习的Meta-LRPINN框架,实现高效频率自适应波场表示,显著提升收敛速度、精度及对分布外频率的泛化能力。
2025-02-02 cs.LG physics.geo-ph
Gabor-Enhanced Physics-Informed Neural Networks for Fast Simulations of Acoustic Wavefields
Basque Center for Applied Mathematics(巴斯克应用数学中心);University of the Basque Country(巴斯克大学);Ikerbasque, Basque Foundation for Science(伊克巴斯克基金会(巴斯克科学基金会));King Abdullah University of Science and Technology(阿卜杜拉国王科技大学)
针对PINN低频偏差问题,提出Gabor增强的简化PINN框架,通过自定义Gabor坐标映射,在复杂模型上实现更快收敛、更高精度,并集成PML提升边界效果。
2026-10-19 cs.LG physics.geo-ph
Numerical Fréchet derivatives of the displacement tensor for 2.5-D frequency-domain seismic full-waveform inversion in viscoelastic TTI media
位移张量相对于地下的独立模型参数的导数,也称为Fréchet导数(或灵敏度核),是利用局部搜索优化算法进行地震全波形反演的关键成分。它们提供了由于给定勘测几何结构的地下模型参数的扰动而引起的地震图的预期变化的定量测量。由于2.5-D波场模拟涉及具有3D(球面)波特性的2-D地质模型中的真实点源,所以它产生的合成数据比通常使用的2-D波模拟更接近实际的实际场数据,2-D波模拟使用不现实的线源,其中波以圆柱形传播。基于我们最近发展的一般2.5-D波场模拟方案,我们应用摄动方法获得了一般粘弹性各向异性介质中2.5-D/2-D频率域地震全波形反演位移张量导数的显式解析表达式。然后,我们证明了所有这些衍生物在两种常见情况下的数值计算:(i)粘弹性各向同性和(ii)粘弹性倾斜横观各向同性(TTI)固体。不同的敏感性模式的各种衍生物的例子进行了研究,并比较了四个不同的同质模型,涉及2-D和2.5-D建模。
2022-12-15 physics.geo-ph
A Semblance-based Microseismic Event Detector for DAS Data
针对DAS高空间采样数据,提出一种基于相似性的微地震事件检测器,通过计算波形相干性识别事件,无需速度模型,在FORGE数据上检测事件数约为标准方法两倍。
2023-12-29 physics.geo-ph
Representations for multidimensional down-down deconvolution of ocean-bottom seismic data: theory and practical implications
Delft University of Technology(代尔夫特理工大学);Shearwater GeoServices;SLB(斯伦贝谢)
本文利用互易理论推导了接收端和源端的多维下行-下行反褶积表示,克服了水平层状介质假设,并分析了各自的数据驱动性及采样要求。
2026-05-29 physics.geo-ph
3D seismic survey design by maximizing the spectral gap
针对3D地震采集成本高的问题,提出一种无需模拟的方法,通过模拟退火算法最大化欠采样掩码的谱间隙生成最优3D采集方案,实验证明其效果优于抖动采样方法。
2023-11-04 physics.geo-ph
The Roles of Low-Noise Stations, Arrays and Ocean-Bottom Seismometers in Monitoring UK Offshore Seismicity associated with Subsurface Storage of Carbon Dioxide
School of Geosciences, University of Edinburgh(爱丁堡大学地球科学学院)
针对英国近海二氧化碳地下封存场地地震监测的难题,本研究采用贝叶斯实验设计框架评估多类台站与台阵的升级效果,发现海底地震仪(OBS)能显著提升定位精度,是优化近海微地震监测的最优策略。
2025-06-10 physics.geo-ph
Variational Bayesian experimental design for geophysical applications: seismic source location, amplitude versus offset inversion, and estimating CO2 saturations in a subsurface reservoir
本文将变分贝叶斯实验设计引入地球物理,通过震源定位、AVO 反演和 CO2 储层饱和度估计验证其可同步计算并优化实验价值、降低计算成本。
2024-01-23 physics.geo-ph
Impacts of the Cryosphere and Atmosphere on Observed Microseisms Generated in the Southern Ocean
南大洋(位于$^\circ$ E 60-180 °区域),位于印度洋、澳大利亚和西太平洋以南,以其风暴的频繁发生和严重性而闻名。这些风暴引起高振幅的次生微震的来源,包括深海地区,和主要的微震的涌浪冲击海底地形特征。更好地了解不断变化的微震波场,使改进震波成像和代理观测的发展,以补充稀疏的现场波观测和全球海浪气候的后报模型。我们分析了11个地震台的12-26年的地震资料,这些地震台位于东南极海岸或位于印度洋、澳大利亚和新西兰。计算了地震波场的功率谱密度,探讨了时变微震强度随南极洲周围海冰覆盖率和南半球环形模(SAM)气候指数的变化规律。海冰范围的变化被认为是在南极站,表现出4-5个月相比,在其他大陆的台站相移的季节性模式的微震强度的主要控制。东南极站的极端强度峰值出现在3月至4月,次级微震的最高峰出现在负SAM事件期间。这种微震强度与SAM指数的关系与南极半岛观测到的情况相反。这项工作通知在南半球的微震振幅的复杂性,并协助正在进行的跨学科研究的年际变化和长期趋势。
2021-08-19 physics.geo-ph
PickBlue: Seismic phase picking for ocean bottom seismometers with deep learning
本文提出PickBlue,通过适配EQTransformer和PhaseNet并结合水听器数据与迁移学习,构建了大规模海底地震仪标注数据集,显著提升了海底地震震相拾取精度。
2023-04-13 physics.geo-ph
Integral equation method for microseismic wavefield modelling in anisotropic elastic media
本文提出了一种非均匀各向异性弹性介质中微地震波场的频域体积积分方法。弹性波动方程式被写成Lippmann-Schwinger型积分方程,而震源被表示为一般的矩张量。由于力矩张量源的位移场可以使用弹性动力学格林函数的空间导数来计算。现有的积分方程的基于矩阵的实现方式对于在三维地球中对波场进行建模在计算上是低效的。因此,通过应用傅立叶变换,以无矩阵的方式制定了颗粒位移的积分方程。利用双共轭梯度稳定化方法迭代求解该方程。我们将数值格式应用于三种不同的模型,以增加地质复杂性,并获得对应于不同类型的矩张量源的弹性位移场。体积积分方法在增加多个源方面优于时域方法,因为它可以逐个地与离散频率一起工作,并且限制了计算成本。所生成的合成数据可用于反演微地震源和模型参数。
2023-01-30 physics.geo-ph
Seismic wave propagation and inversion with Neural Operators
California Institute of Technology(加州理工学院);Purdue University(普渡大学)
地震波传播是地震学研究的基础,然而求解波动方程式是阻碍研究进展的主要计算负担。当速度结构或源位置被扰动时,必须进行新的模拟,这一事实加剧了这种情况。在这里,我们探索了一个使用最近开发的机器学习范式(称为神经运算符)学习一般解决方案的原型框架。经过训练的神经运算符可以在可忽略的时间内计算出任何速度结构或源位置的解。我们制定了一个计划,训练神经操作员的合奏与随机速度模型和源位置进行模拟。由于神经运算符是无网格的,因此可以在比训练更高分辨率的速度模型上评估解决方案,从而提供额外的计算效率。我们说明的方法与二维声波波动方程式和证明该方法的适用性地震层析成像,使用反向模式自动微分计算梯度的波场相对于速度结构。所开发的程序是近一个数量级的速度比使用传统的数值方法进行全波形反演。
2021-10-13 cs.LG physics.geo-ph
SeisBind: Physics-Aware Tri-Modal Representation Binding for Seismic Data via Contrastive Learning
The University of Tokyo Graduate School of Frontier Sciences(东京大学前沿科学研究生院)
SeisBind通过对比学习将地震数据与物理描述符结合,实现更可解释的地下速度模型构建。
2026-01-21 physics.geo-ph
Accelerating Time-Reversal Imaging with Neural Operators for Real-time Earthquake Locations
地震震源是一系列地震学分析的基础。基于拾取的地震定位工作流程依赖于相位拾取器的准确性,并且在处理非均匀介质中的复杂地震序列时可能会有偏差。被动震源的互相关时间反演成像具有高精度、高分辨率的地震定位潜力,但计算量大。在这里,我们提出了一种用于地震定位的替代深度学习方法,该方法将神经运算符用于波传播和时间反演成像的优势与多站波形记录相结合。训练一个U形神经算子来传播具有各种源时间函数的地震波,从而可以在可忽略的时间内预测每个台站的反向传播波场。这些波场可以被叠加或相关,以根据所产生的震源图像定位地震。与其他基于波形的深度学习定位方法相比,时间反演成像考虑了波传播的物理规律,有望实现精确的地震定位。我们证明了方法与二维声波波动方程式的合成和现场数据。结果表明,该方法可以有效地获得高分辨率、高精度的震源相关时反成像。此外,我们的方法是适应的数量和几何的地震台,这开辟了新的战略,实时地震定位和监测密集的地震网络。
2022-10-13 physics.geo-ph
Optimized time-lapse acquisition design via spectral gap ratio minimization
针对时移地震采集成本高的问题,提出基于图论和谱隙比最小化的算法,自动设计稀疏非重复采集几何,以利于波场恢复。
2023-02-03 physics.geo-ph
GPU Accelerated 3D P-wave Source Free Adaptive Wavefield Reconstruction Inversion with an application to experimental VSP physical modeling data
提出GPU加速的三维无源自适应波场重建反演方法GPU-SF-AWRI,结合自适应精度、全变分正则化与在线震源估计,实现最高195倍加速并在VSP P波数据中验证有效。
2024-10-24 eess.SP math.OC physics.geo-ph
Comparing the Nano-Resolution Depth Sensor to the Co-located Ocean Bottom Seismometer at MARS
比较和分析了使用纳米分辨率压力传感器和共置海底地震仪测量地震的数据。结果表明,纳米分辨率的压力传感器可以作为一个垂直的OBS。此外,使用压力传感器与地震仪有助于分离海洋和地震信号。
2013-12-31 physics.geo-ph
Characterization of the seismic environment at the Sanford Underground Laboratory, South Dakota
位于南达科他州的桑福德地下实验室(Sanford Underground Laboratory)(前霍姆斯特克矿)正在开发地震仪阵列,以研究地下地震场和牛顿噪声的特性,并调查在地下建造第三代重力波探测器的可能优势。对地震数据进行了分析,以确定地震噪声和干扰的特征。外部数据库用于确定地震波的来源:海浪数据用于确定海洋微地震的来源,表面风速数据用于调查地震运动与深度的关系。此外,在更高频率的频谱的事件源的特征在于通过研究在一天的过程中的事件率的变化。对频谱变化的长期观测提供了对地震源性质的进一步了解。在三个不同深度的地震频谱进行了比较,建立4100英尺的水平作为一个世界级的低地震噪声环境。
2010-06-03 gr-qc physics.geo-ph
Reduced-order modeling for complex 3D seismic wave propagation
本文提出一种降阶模型方法,用于快速近似复杂三维地震波传播中的格林函数,并在大洛杉矶地区验证其能以极低计算成本高精度重现0.5 Hz地表速度波场和地震图。
2024-09-09 physics.geo-ph
Unveiling magma plumbing systems for volcanic eruptions and crustal accretion via active-seismic matrix imaging
Institut Langevin, ESPCI, PSL University, CNRS(朗之万研究所,ESPCI巴黎高等物理化工学院,PSL大学,法国国家科学研究中心);Institut de Physique du Globe de Paris, Université Paris Cité, CNRS UMR 7154(巴黎地球物理研究所,巴黎西岱大学,法国国家科学研究中心)
应用主动源地震矩阵成像技术,绘制了东太平洋海隆9°50'N的岩浆储层内部结构,发现锥形轴部储层和相互连接的富岩浆带,结合蛇绿岩证据解决了下地壳形成机制中岩浆通道与原位结晶的长期争议。
2026-05-26 eess.IV physics.app-ph physics.geo-ph
Robust elastic full-waveform inversion using an alternating direction method of multipliers with reconstructed wavefields
本研究针对弹性全波形反演问题,采用带重构波场的交替方向乘子法构建迭代算法,利用分块海森矩阵提升更新效率,并通过数值实验验证了算法各组件的性能与鲁棒性。
2024-04-11 cs.NA math.NA physics.geo-ph
Meta-PINN: Meta learning for improved neural network wavefield solutions
针对 PINN 地震波场求解精度不足且训练成本高的问题,提出基于元学习的双循环初始化方法,显著加快收敛并提升精度,且可结合现有优化技术。
2024-01-21 physics.geo-ph
Mapping The Layers of The Ocean Floor With a Convolutional Neural Network
Instituto Superior Técnico(高等技术学院);Federal University of Espírito Santo(圣埃斯皮里图联邦大学);Federal University of São Carlos(圣卡洛斯联邦大学)
针对石油行业海底地层绘制现有地震反演方法复杂且计算成本高的问题,本研究验证两种神经网络架构用于速度模型反演的效果,证实该方案可行,Sørensen-Dice系数超70%。
2024-12-04 cs.AI cs.CV cs.LG