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
Properties of three seismic events in September 2017 in the northern Korean Peninsula from moment tensor inversion
对2017年9月3日朝鲜核试验场6. 3级、9月3日4. 6级和9月23日3. 4级震波迹象的震源特征进行了矩张量反演。为了克服比较中的困难,反演使用相同的台站、相同的结构模型、相同的算法、以及在波形处理中几乎相同的滤波器。结果表明,M6.3事件以爆炸成分为主,M4.6事件以内爆成分为主,M3.4事件以双力偶成分为主(约74%),其次为爆炸成分(约25%)。这三个震波迹象具有相似的质心深度。M3.4地震的双力偶分量显示出一条走向北东的正断层。
2017-10-04 physics.geo-ph
Plug-and-Play regularized 3D seismic inversion with 2D pre-trained denoisers
提出利用二维预训练深度去噪器进行即插即用正则化,并推广至多智能体共识均衡,实现三维叠后地震反演,在SEAM和Sleipner数据上验证有效。
2024-01-01 physics.geo-ph
Seismic Inversion by Multi-dimensional Newtonian Machine
牛顿机器学习(NML)是一种波动方程反演方法,其反演地震资料的一维潜在空间(LS)特征以用于检索地下背景速度模型。一维LS特征主要包含了地震资料的运动学信息,它是利用自编码器网络从地震信号中自动提取的。由于其LS特征维数太小,不能很好地保留地震资料的波形变化等动态信息。因此,NML反演不能恢复高波数的速度细节。为了解决这个问题,我们提出了多维LS特征的反演,它可以充分代表整个地震资料的特点。我们将这种方法称为多维牛顿机器学习(MNML)。在MNML中,我们定义了一个新的多变量连接函数,它与多变量隐函数定理一起将速度扰动连接到多维LS特征扰动。数值试验表明:(1)多维LS特征比一维LS特征能保留更多的数据信息,(2)多维LS特征反演能恢复更高分辨率的速度模型,反演质量与FWI相当;(3)MNML方法需要的存储空间比传统的FWI小得多,因为只有高维的低维表示,需要存储多维地震资料。与NML方法相比,MNML的缺点是它更容易陷入局部极小值。因此,我们提出了一种多尺度反演方法,该方法随着迭代次数的增加而反演高维LS特征。
2021-12-16 physics.geo-ph
Seeing through the CO2 plume: joint inversion-segmentation of the Sleipner 4D Seismic Dataset
提出一种集成全变分和分割先验的联合反演-分割算法,用于处理Sleipner 4D地震数据集,有效克服了数据噪声和缺失频率问题,实现了高分辨率声学模型构建与时间推移变化的体积分类。
2023-03-21 physics.geo-ph
Seismic full waveform inversion via a physics-guided Fourier representation neural network
School of Petroleum, China University of Petroleum-Beijing at Karamay(中国石油大学(北京)克拉玛依校区石油学院)
提出一种物理引导的傅里叶表示神经网络(PGFRNN),通过嵌入傅里叶变换地震数据、使用softplus近似log-cosh损失和物理引导优化器,实现无监督声学全波形反演,有效克服周期跳跃和噪声敏感性,在Overthrust模型上取得更高精度和鲁棒性。
2026-06-29 physics.geo-ph
Acoustic Impedance Prediction Using an Attention-Based Dual-Branch Double-Inversion Network
针对单分支半监督阻抗反演难以提取高频弱信号且受地震子波不确定性限制的问题,提出融合注意力、双分支双重反演与自适应子波拟合正演算子的 ADDIN-I,并在合成及实际数据中验证其优越性能。
2024-08-05 physics.geo-ph
A Joint Inversion-Segmentation approach to Assisted Seismic Interpretation
构造震波揭示和定量表征是历史上相互交织的过程。后者提供地下性质的估计,其可用于辅助与原始地震资料和许多其它地震属性一起的结构解释。在这项工作中,我们将这个过程重新定义为一个逆问题,它试图联合估计地下性质(即,声阻抗)和基于用户定义的宏类的地下的分段表示。通过同时对量进行反演,反演由关于感兴趣区域的先验知识准备,同时它用实际地震测量来约束这种信念。由于所提出的功能是可分离的两个数量,这些优化的交替方式,其中每个子问题是使用原始对偶算法解决。随后,每个类被用作工作流的输入,该工作流旨在提取检测到的形状的周长并产生独特的视野。通过对合成数据集和野外数据集的数值算例说明了该方法的有效性。
2021-02-07 physics.geo-ph
Encoder-Inverter Framework for Seismic Acoustic Impedance Inversion
本文提出了一种编码器-反向器框架,通过将地震迹映射到高维线性特征空间,提升地震声阻抗反演的准确性和鲁棒性。
2025-11-22 physics.geo-ph
High-resolution closed-loop seismic inversion network in time-frequency phase mixed domain
针对时域地震反演频带捕获有限、薄层与弱反射储层分辨率不足的问题,提出TFP-CSIN,融合Bi-GRU、CNN及频域、相位域约束,实现高分辨率闭环双向反演。
2024-08-09 physics.geo-ph
Direction-Aware Masked Pretraining on 3D Seismic Data with Transfer to Cross-Area Acoustic Impedance Inversion
State Key Laboratory of Deep Oil and Gas, China University of Petroleum (East China)(中国石油大学(华东)油气藏地质与开发国家重点实验室);College of Computer Science and Technology, China University of Petroleum (East China)(中国石油大学(华东)计算机科学与技术学院)
针对三维地震数据,提出方向感知掩码自编码器,通过各向异性分块与沿道掩码提升表示学习,在跨区域声波阻抗反演中较传统方法降低归一化均方根误差20.8%。
2026-09-29 physics.geo-ph
Seis2Rock: A Data-Driven Approach to Direct Petrophysical Inversion of Pre-Stack Seismic Data
提出数据驱动方法Seis2Rock,通过从测井信息学习最优基函数,将叠前地震数据直接与带限岩石物理反射率关联,经训练与推理两阶段实现岩石物理参数反演,在合成与真实数据集上准确恢复了孔隙度等属性并成功应用于储层监测。
2023-09-05 physics.geo-ph
Physics-Informed Cross-Learning for Seismic Acoustic Impedance Inversion and Wavelet Extraction
Chengdu University of Technology(成都理工大学);School of Geophysics(地球物理学院)
本研究提出一种物理约束的交叉学习方法,用于改进地震声学阻抗反演和波形提取的性能。
2025-12-12 physics.geo-ph
Neural machine translation of seismic waves for petrophysical inversion
本文提出一种基于语言模型的确定性岩石物理反演方法,将地震波速度测量解码为地下土壤参数文本描述,实现三维结构刻画与水位预测,精度接近常规方法且速度提升2000倍。
2024-11-20 physics.geo-ph
Quantification of Uncertainty and Its Propagation in Seismic Velocity Structure and Earthquake Source Inversion
本文提出定量评估速度结构模型不确定性并考虑其传播的贝叶斯多模型震源反演与PINN走时层析成像方法,应用于南海海槽震中测定,展望了SciML的前景。
2025-01-30 physics.geo-ph
Seismic Inversion by Hybrid Machine Learning
我们提出了一种新的地震反演方法,该方法使用深度学习(DL)特征进行地下速度模型估计。DL特征是高维地震资料的低维表示,由卷积自动编码器(CAE)自动生成并保存在潜在空间中。低维DL特征包含输入地震资料的关键信息。因此,代替直接比较观测数据和预测数据之间的波形差异,例如全波形反演(FWI)。我们衡量他们的DL功能差异的潜在空间的CAE。这种低维比较的优点是,与FWI相比,它不太容易出现循环跳跃问题。这是因为当潜在空间维数较小时,DL特征主要包含输入地震资料的运动学信息,如走时。然而,更多的动态信息,如波形的变化,可以保留在DL功能时,潜在的空间维度变得更大。因此,我们提出了一种多尺度反演方法,从反演地下模型的低波数信息的低维DL功能。然后通过对高维DL特征进行反演,恢复其高波数细节。然而,不存在在同一方程中包含速度和DL特征项的控制方程。因此,我们使用的自动微分(AD)数字连接的DL功能的扰动的速度扰动。换句话说,我们通过使用AD将深度学习网络与波动方程反演连接起来。我们将这种混合连接称为混合机器学习(HML)反演。在这里,AD用一个黑盒子取代了梯度的复杂数学推导,因此任何人都可以在没有深刻的地球物理背景的情况下进行HML。
2020-09-15 physics.geo-ph
Generative Adversarial Networks for Model Order Reduction in Seismic Full-Waveform Inversion
我训练一个生成对抗网络来生成逼真的地震波速度模型。我将发电机网络集成到地震全波形反演中,以减少模型参数的数量,并将反演模型限制为仅合理的模型。应用该方法的SEAM模型的2D部分,我证明了它可以产生更合理的结果比传统的全波形反演。
2018-06-03 physics.comp-ph physics.geo-ph
Evolution of the Stress and Strain field in the Tyra field during the Post-Chalk Deposition and Seismic Inversion of fault zone using Informed-Proposal Monte Carlo
当油气藏被用作CO2储存设施时,准确的不确定性分析和风险评估至关重要。综合地质知识、地质建模、测井数据和地球物理数据的信息为这一分析提供了基础。对覆盖层中的应力/应变变化的时间发展进行建模提供了关于储层中的断层和断裂概率的先验知识,其进而用于地震反演以约束断层和断裂的模型。求解大规模地震反问题的一个主要问题是计算量大和效率低。我们使用一种新引入的方法--信息建议蒙特卡罗(IPMC)-来处理这个问题,并进行了概念性研究的基础上,从丹麦北海的真实数据。结果概述了一种方法,用于评估的风险,有潜在的损害CO2储存的水库在覆盖层中的亚震断层。
2021-08-31 physics.geo-ph
Anomalous-diffusion synthesis of non-Gaussian reservoir anomalies for time-lapse seismic inversion
Universidade Federal do Rio Grande do Norte(北里奥格兰德联邦大学)
该研究开发基于物理知识的时移地震反演框架,针对现有方法无法捕捉储层反常输运特征的问题,引入时空分数扩散数据生成器,训练卷积神经网络,经验证能准确重建异常,扩展了4D地震反演适用性。
2026-07-27 physics.geo-ph
Multi-scale seismic envelope inversion using a direct envelope Frechet derivative for strong-nonlinear full waveform inversion
传统的地震波包络反演是利用非线性失配泛函将地震记录的包络与观测波场记录联系起来,然后将非线性泛函线性化,利用波形的Frechet导数求出包络对速度的灵敏度核。我们知道,波形弗雷歇导数是基于波散射的玻恩近似,只能适用于弱散射的情况。因此,传统的波形弗雷歇导数包络反演方法在大尺度、强对比度包裹体的强散射情况下存在严重的局限性。本文从能量散射物理出发,在不使用微分链式法则的情况下,导出了一种新的直接包络Frechet导数(灵敏度算子)。这种新的包络Frechet导数不具有弱散射假设的波场,并可以应用于强非线性反演涉及盐结构的情况。我们还将包络数据扩展为多尺度窗口平均包络(WAE),它包含了丰富的低频分量,对应于介质的长波长速度结构。在此基础上,提出了一种新的多尺度直接包络反演(MS-DEI)与标准FWI相结合的联合反演方法,用于恢复复杂模型的大尺度强对比度速度结构。最后,我们展示了一些数值例子,它成功地应用于反演的1-D厚盐层模型和2D SEG/EAGE盐模型。
2018-08-15 physics.geo-ph
Geometric theory of inversion and seismic imaging
反演的目的是用一个特定的建模方程来估计产生观测数据的模型。反演的一种通用方法是使用本质上是代数的优化方法来定义目标函数。这是目标函数的情况,例如最小化幅度的RMS、层析成像中的残余走时误差、互相关以及有时混合不同的范数(例如,模型的L1 + RMS误差的L2)。代数目标函数假设最优解会得出正确的几何形状。有时很难理解一个数字(拟合误差)如何奇迹般地得出地球模型的详细几何形状。如果将地球建模为二元岩石参数(只有两个速度变化值),则可以看到地质体的褶皱边界的几何形状可能无法通过使用代数目标函数的反演来求解。
2015-06-01 physics.geo-ph
Geostatistical Rock Physics AVA Inversion
储层模型是地下岩石物理性质(如孔隙度、矿物体积和流体饱和度)的数值表示。这些通常是从两步方法中的地震反演推断出的弹性模型导出的:首先,地震反射数据被反演为感兴趣的弹性属性(如密度、P波和S波速度);然后这些被用作约束属性来模拟地下岩石物理变量。顺序方法不能确保不确定性在整个地质建模工作流程中的适当传播,因为它没有描述观测到的地震资料与所得岩石物理模型之间的直接联系。岩石物理模型将这两个领域联系起来。我们建议将地震和岩石物理建模集成到迭代地质统计地震反演方法中。所提出的方法允许通过同时整合测井、地震反射数据和岩石物理模型预测来直接推断孔隙度、页岩体积和流体饱和度。随机序贯模拟被用作模型参数空间的扰动技术,校准的相相关岩石物理模型将弹性域和岩石物理域联系起来,并且基于交叉基因演算法的全局优化器确保了方法从迭代到迭代的收敛。该方法应用于从北海储层的真实储层数据集提取的3D体积,并与地质统计地震AVA进行比较。
2018-10-14 physics.geo-ph
Micro-seismic Elastic Reflection Full Waveform Inversion with An Equivalent Source
本研究提出一种基于等效源的微地震弹性反射全波形反演方法,通过结合P波和S波数据,采用与源起震时间解耦的目标函数,同时反演源图像、时间函数和速度模型,有效克服了周期跳跃问题并提高了参数估计精度。
2023-10-18 physics.geo-ph
Deep Learning-Based 3D Seismic Velocity Inversion Under Dual-Domain Sparse Representation
Ocean College, Zhejiang University(浙江大学海洋学院)
本文提出一种双域稀疏深度学习框架,利用离散余弦变换压缩地震数据和速度模型,提升3D地震速度反演的效率与精度。
2026-03-18 physics.geo-ph
Seismic amplitude-variation-with-offset inversion using an algebraically equivalent formulation of the exact Zoeppritz equations and a matrix-free adjoint-state framework
University of Stavanger(斯塔万格大学)
该研究旨在通过地震振幅随偏移距反演估计弹性属性,推导精确佐普里兹方程代数等效公式及卷积目标函数的显式伴随状态梯度,构建无矩阵伴随状态框架,经多组数据验证及现场应用,能稳定可靠地估计弹性属性模型。
2026-07-08 physics.geo-ph
Rapid Seismic Waveform Modeling and Inversion with Neural Operators
该研究提出利用神经算子大幅加速地震波形建模,通过U型神经算子学习二维弹性波方程的通用解算子,实现比传统方法快近两个数量级的全波形建模,并支持对训练集外参数的准确模拟及基于自动微分的全波形反演。
2023-04-04 physics.geo-ph
An anti-noise seismic inversion method based on diffusion model
提出基于扩散模型的无监督与半监督联合学习地震反演方法(DSIM-USSL),利用扩散模型和两步训练策略,在随机噪声和强噪声下提高反演精度与稳定性。
2024-05-08 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
Uncertainty Quantification in Seismic Inversion Through Integrated Importance Sampling and Ensemble Methods
本研究针对地震反演存在的固有不确定性问题,提出一种结合集成方法与重要性采样的不确定性量化新方法,在保证计算效率的同时提升了速度模型不确定性评估的准确性与可靠性。
2024-09-10 physics.geo-ph stat.ML
Multi-scale uncertainty quantification in geostatistical seismic inversion
地质统计地震反演通常用于通过迭代随机顺序模拟/协同模拟扰动模型参数空间来推断地下岩石弹性性质的空间分布。推断的岩石弹性性质的空间不确定性表示与更新后的后验方差从合奏的模拟实现。在此设置中,用于生成岩石弹性实现的大规模地质(元参数),例如空间相关模型和感兴趣的属性的全局先验分布,被假定为对于整个反演域是已知的和固定的。这种假设导致低估了与反演模型相关的不确定性。我们提出了一个实用的框架来量化地震反演中大尺度地质参数的不确定性。该框架将地质统计地震反演与元参数的随机自适应采样和贝叶斯推断相结合,以提供更准确和更现实的不确定性预测,而不受大规模地质参数的沉重假设的限制。所提出的框架说明了合成和真实的案例研究。结果表明,与传统的地质统计学地震反演技术相比,该方法具有更可靠的声阻抗模型,具有更充分的不确定性分布。所提出的方法分别占地质的不确定性在大规模(元参数)和局部规模(逐道反演)。
2018-10-09 physics.geo-ph stat.AP
A Bayesian-based approach to improving acoustic Born waveform inversion of seismic data for viscoelastic media
在地震波形反演中,通常使用近似的波传播模型来执行地下属性的重建,以确保计算效率。地下的粘弹性性质往往是不考虑的,两个流行的近似-声学和线性玻恩反演-被广泛使用。这导致重建误差,因为近似忽略了非均匀地球中地震波传播的现实(物理)方面。在这项研究中,我们表明,贝叶斯近似误差的方法可以用来部分恢复错误,解决弹性和粘性效应的声学玻恩反演粘弹性介质。数值算例表明,忽略近似引起的模拟误差,地下速度场的恢复效果很差。
2019-11-04 physics.comp-ph physics.geo-ph
Simultaneous inversion of layered velocity and density profiles using Direct Waveform Inversion (DWI): 1D case
我们提出并测试了直接波形反演(DWI)计划,同时反演分层速度和密度剖面,使用反射地震波形记录在表面上。记录的数据包括一次反射和层间多次波。DWI是在时空域中实现的。通过明确地执行波场时空因果关系,DWI可以递归地确定从浅到深的深度的尖锐界面以及层的属性的局部方式的地下地震结构。DWI与剥层法在频域上有所不同。由于不需要全局初始模型,DWI避免了许多非线性优化问题,例如局部最小值和大多数全波形反演方案中对精确初始模型的需要。本文通过两个数值试验,证明了利用不同入射角的平面波进行层状介质速度和密度多参数地震反演的DWI方法。与之前仅针对速度进行反转的DWI相比,这是一个重要步骤。
2021-08-07 physics.geo-ph
Rapid seismic domain transfer: Seismic velocity inversion and modeling using deep generative neural networks
Imperial College London(帝国理工学院);Open Energi Ltd.(Open Energi有限公司);Technical University of Denmark(丹麦技术大学);Euclidity SL(Euclidity SL公司);Skolkovo Institute of Science and Technology(斯科尔科沃科学技术研究所);Expero Inc.(Expero公司)
传统的基于物理的方法来推断地下属性,如全波形反演或反射率反演是耗时和计算昂贵的。我们提出了一种深度学习技术,通过将问题视为域转移问题,消除了对这些计算复杂方法的需求。我们的解决方案基于深度卷积生成对抗网络,大大减少了计算时间。基于两种不同类型的合成数据的训练产生了一个神经网络,当应用于真实数据集时,该神经网络可以生成逼真的速度模型。该系统的泛化能力意味着它对训练和测试数据集中固有的速度误差和伪影具有鲁棒性。
2018-05-22 cs.CV physics.geo-ph
A probabilistic method for the estimation of earthquake source parameters from spectral inversion : application to the 2016-2017 Central Italy seismic sequence
我们开发了一个概率框架的基础上,数据和模型之间的信息状态的连接,联合反演的位移振幅谱的震源参数和滞弹性衰减因子。联合概率密度函数(PDF)的评估,使我们能够考虑到参数之间的相关性,在最终估计的参数和相关的不确定性。按照这种方法,我们首先搜索的最大的后验概率密度函数通过盆地跳跃技术,耦合一个全球性的探索建立在一个马尔可夫链与当地的确定性最大化。然后,我们计算统计指标(平均值,方差和相关系数)的震源参数和滞弹性衰减通过积分的PDF附近的极大似然解决方案。基于信噪比和边缘PDF与高斯函数的相似性的质量标准的定义使我们能够定义用于反演的频域并且摆脱无约束的解决方案。我们进行合成测试,以评估理论的相关性作为一个函数的信噪比和定义的最小带宽周围的拐角频率一致的参数分辨率。作为应用,我们最终估计了2016-2017年意大利中部地震层序的震源参数。我们发现地震矩和转角频率之间的经典比例关系成立,平均应力降为$Δσ$ = 2.1 +- 0.3 MPa。然而,序列中的主要事件表现出大于平均值的应力降。最后,小的地震效率表明应力过冲,可能是由于动态效应或大的摩擦效率。
2019-04-30 physics.geo-ph
Crosswell seismic tomographic inversion using NSGA II
本文讨论了用NSGA Ⅱ多目标优化求解地震资料反演问题。地震反演包括根据波通过地震波的发射器和接收器的传播时间来估计地下岩石的慢度。反演过程使用多目标优化技术,其中需要估计失配泛函和稳定约束之间的折衷。使用的约束是经典的一阶吉洪诺夫。选择了倾斜层的综合模型。所得结果可接受。基于与解相关的累积误差的图形,它被正确地估计,即所使用的优化方法是有效的,获得可接受的结果,除了约束解决反问题的不稳定性问题处理。另一个重要的成果是在帕累托边界上实现了收敛曲线,这是未来研究的重要成果。
2022-08-02 math.OC physics.geo-ph
Bayesian Full-waveform Inversion with Realistic Priors
地震全波形反演(FWI)使用全地震记录来估计地下速度结构。这需要一个高度非线性和非唯一的逆问题来解决,贝叶斯方法已被用来量化的解决方案中的不确定性。变分贝叶斯推断使用优化来有效地提供解决方案。该方法已被应用于解决传输FWI问题,使用已知的地震样源产生的数据,与强先验信息施加在速度上。遗憾的是,这种关于速度结构和震源的先验信息在实践中是永远得不到的。我们提出的第一个应用程序的方法在地震反射设置,并与现实弱先验信息。因此,我们证明,该方法可以产生高分辨率的图像和可靠的不确定性,实际合理的先验信息。
2021-04-10 physics.geo-ph
A General Approach to Seismic Inversion with Automatic Differentiation
从地震数据成像地球结构或地震源涉及最小化目标失配函数,并且通常通过基于梯度的优化来解决。伴随状态方法已经被开发用于有效地计算梯度;然而,其实现可能是耗时且困难的。我们开发了一个通用的地震反演框架,使用反向模式自动微分计算梯度。其中心思想是伴随状态方法和反向模式自动微分在数学上是等价的。数值PDE模拟和深度学习之间的映射使我们能够基于深度学习框架构建地震反演建模库ADSeismic,该库支持CPU和GPU上的高性能反向模式自动微分。我们展示了ADSeismic在与速度模型估计、破裂成像、地震定位和源时间函数检索相关的逆问题上的性能。ADSeismic具有在统一框架内解决各种反演建模应用的潜力。
2020-03-12 physics.comp-ph physics.geo-ph
Seismic Full-Waveform Inversion Using Deep Learning Tools and Techniques
我证明了传统的地震全波形反演算法可以构建为递归神经网络,并使用TensorFlow等深度学习软件实现。应用另一个深度学习概念,即使用小批量数据的Adam优化器,比随机梯度下降和使用整个训练数据集计算成本函数和梯度的L-BFGS-B优化器更快地收敛到2D数据集上的真实波速模型。我还表明,使用反向模式自动微分的成本函数梯度计算是相同的伴随状态方法中使用的。
2018-01-31 physics.comp-ph physics.geo-ph
MS_ATpV-FWI: Full Waveform Inversion based on Multi-scale Structural Similarity Index Measure and Anisotropic Total p-Variation Regularization
本文提出基于多尺度结构相似性指数测量(M-SSIM)与各向异性全p-变分正则化(ATpV)的FWI方法,利用自动微分优化目标函数,有效克服周期跳跃问题,准确表征复杂地下速度结构。
2025-04-02 physics.geo-ph
Ultra-low memory seismic inversion with randomized trace estimation
最近的工作扩展的图像体积,奠定了基础随机探测极大的地震波场矩阵的启发,我们提出了一个存储器节俭和计算效率高的反演方法,使用随机线性代数技术。通过一个精心挑选的现实的合成的例子,我们证明,我们能够实现有竞争力的反演结果的一小部分,传统的全波形反演的内存成本与有限的计算开销。通过将内存交换为可忽略的计算开销,我们用所提出的技术打开了使用低内存加速器(如GPU)的大门。
2021-04-01 cs.DM physics.comp-ph physics.geo-ph
Separating Simultaneous Seismic Sources using Robust Inversion of Radon and Migration Operators
高密度3D宽方位角勘测配置的出现极大地增加了震波收录的成本。同时震源采集提供了通过减少勘测时间来降低成本的机会。震源时间延迟通常足够长,以使地震反射能量在激发另一个震源之前衰减到可忽略的水平。同时震源采集放弃了这一最小时间限制,并允许震源之间的干扰来压缩勘测时间。震测资料处理方法必须解决由同时重叠源引入的干扰。同时源数据的特征在于可能比主信号更强的高振幅干扰伪影。这些大振幅是由于震源之间的时间延迟和地震能量随到达时间的快速衰减。因此,在使用Radon变换的去噪算法中,源干扰将作为离群值出现。这会降低Radon变换去噪的准确性,尤其是对于弱信号。将Radon变换公式化为具有L1失配的逆问题,使其对由源干扰引起的离群值具有鲁棒性。这提供了衰减强源干扰同时保持弱的潜在信号的能力。为了提高相干信号的聚焦效果,采用了一种移峰双曲拉东变换(ASHRT)来消除源干扰。ASHRT变换基函数被定制以匹配共接收器道集中反射波的走时双曲线。然而,由于通过扫描顶点位置来扩展模型维度,ASHRT变换具有高计算成本。通过使用利用快速傅立叶变换(FFT)的Stolt迁移/反迁移核来重新公式化ASHRT算子,该算子的计算效率被显著地提高。
2017-11-28 physics.geo-ph
Joint Learning for Seismic Inversion: An Acoustic Impedance Estimation Case Study
地震反演可以帮助油气学家建立精确的储层模型,用于勘探和生产。基于深度学习的地震反演通过训练神经网络来学习从地震数据到岩石属性的映射,使用测井数据作为标签。然而,由于钻井的高成本,测井记录的数量通常非常有限。如果在有限的数据上进行训练,机器学习模型可能会出现过拟合和泛化能力差的问题。在这种情况下,来自其他调查的测井数据可以提供更好地概括所急需的有用信息。我们提出了一个学习方案,我们同时训练两个网络架构,每个不同的数据集。通过对两个网络之间的权重相似性设置软约束,我们使它们相互学习,以便在各自的数据集上获得更好的泛化性能。使用少于3个$\%$的可用训练数据,我们能够通过与Marmousi数据集的联合学习在SEAM数据集的声阻抗伪逻辑上实现平均$r^{2}$系数0.8399。
2020-06-28 eess.IV physics.geo-ph
DiffusionInv: Prior-enhanced Bayesian Full Waveform Inversion using Diffusion models
本文提出DiffusionInv方法,将预训练扩散模型作为速度先验集成到贝叶斯全波形反演中,通过微调学习后验分布,以缓解多解问题、提升反演可靠性与泛化能力,并在Hess和Otway数据上验证了高分辨率恢复效果。
2025-05-06 physics.geo-ph
Seismic Velocity Inversion from Multi-Source Shot Gathers Using Deep Segmentation Networks: Benchmarking U-Net Variants and SeismoLabV3+
Australian Computer Society(澳大利亚计算机学会)
本研究基准测试U-Net、U-Net++、DeepLabV3+及优化变体SeismoLabV3+用于地震速度反演,后者以ResNeXt50骨干和任务修改取得最佳MAPE(验证0.03025,测试0.031246),证明深度分割网络有效且定制改进有价值。
2025-09-07 cs.AI cs.LG physics.geo-ph
Acoustic- and elastic-waveform inversion with total generalized p-variation regularization
地球物理模型通常同时包含尖锐的界面和平滑的变化,使用常规的全波形反演方法很难准确地解释这两种类型的介质参数变化。此外,稀疏的几何结构,噪声数据和源编码通常会导致强烈的反演伪影。我们开发了一种新的声波和弹性波的全波形反演方法,使用总广义p变分正则化方案来解决这些具有挑战性的问题。我们将全波形反演分解为两个子问题,并使用交替方向最小化策略解决这两个最小化子问题。全广义p变差正则化方法的一个重要优点是可以同时重建尖锐界面和平滑地球物理参数的背景变化。这种能力还可以有效地抑制源编码反演和稀疏数据反演或噪声数据反演中的噪声。我们证明了我们的新的全波形反演算法的优点,使用棋盘格模型,修改后的弹性SEG/EAGE逆掩模型,和陆地场地震数据集。合成和野外地震资料的反演结果表明,该方法既能准确地重建地下地球物理性质的平滑背景变化,又能准确地重建地下地球物理性质的尖锐界面,有效地减少了由于震源编码、噪声数据或数据覆盖不足等原因造成的反演伪影,为野外地震资料的准确可靠反演提供了一种有用的工具。
2018-08-11 physics.geo-ph
An Application of Quantum Annealing Computing to Seismic Inversion
量子计算,以及量子精密测量和量子通信,是颠覆性技术,有望在不久的将来影响学术研究和工业的不同领域。在科学和工业中具有极大兴趣的计算挑战之一是反演问题。这类数值程序可以被描述为通过测量事件的影响来确定事件原因的过程。在本文中,我们将递归量子算法应用于D-Wave量子退火器,以解决小规模地震反演问题。我们从量子计算机得到的结果进行比较,从经典算法。量子计算机所达到的精度至少与经典计算机一样好。
2022-02-04 physics.geo-ph quant-ph
Pre-stack and post-stack seismic inversion using quantum computing
本文首次将量子退火用于叠前与叠后地震反演,提出单步工作流程同时估计P波和S波阻抗,将每参数量子比特数从20降至5、计算时间从20秒降至6.3秒,并验证其精度和速度优于模拟退火。
2025-02-06 physics.geo-ph quant-ph
Joint inversion of Time-Lapse Surface Gravity and Seismic Data for Monitoring of 3D CO$_2$ Plumes via Deep Learning
Rice University(莱斯大学);TotalEnergies EP Research and Technology USA(道达尔能源美国勘探与生产研究技术公司)
本研究提出基于深度学习的全三维时移地表重力与地震数据联合反演方法,用于地下CO$_2$羽流监测,相比单模态反演提升了重建与分割效果,为CO$_2$封存监测提供有效工具。
2023-09-24 cs.CV cs.LG physics.geo-ph
Velocity model building from seismic images using a Convolutional Neural Operator
本文提出一种基于卷积神经算子的地震速度反演框架,通过训练网络学习速度到RTM图像的映射,并结合自动微分优化反演,在合成与现场数据上验证了高精度、低成本的成像能力。
2025-09-24 physics.geo-ph
Estimation of poroelastic parameters from seismograms using Biot theory
我们调查的可能性,提取信息的地震波形中传播的充满流体的多孔介质,开发和使用一个完整的波形反演程序有效的层状结构。为了达到这一目标,我们首先解决了前向问题,通过实施的Biot理论在反射型模拟程序。然后,我们研究了层状介质的地震响应的孔隙弹性参数的敏感性。数值试验表明,孔隙度和固结参数是正反演中最敏感的参数,而渗透率对地震响应的影响很小。其次,将灵敏度算子的解析表达式引入到基于地震波形迭代建模的广义最小二乘反演算法中。应用该方法对合成数据进行反演表明,只要已知孔隙度、流体参数和固体参数,就可以正确地反演孔隙度、流体参数和固体参数。然而,一些模型参数之间的强地震耦合使得难以通过多参数反演方案来充分表征介质。克服这一困难的一个解决方案是根据岩石物理定律组合多个模型参数以反演复合参数。另一种可能性是针对介质性质的扰动(诸如由气体注入引起的那些)来反演地震资料。
2010-01-16 physics.geo-ph
Optimal transport in full-waveform inversion: Analysis and practice of the multidimensional Kantorovich-Rubinstein norm
在过去的十年中,全波形反演已经成为一个强大的和有效的高分辨率的速度建模工具,震波成像,恢复复杂的地下结构的独特能力。最初基于使用最小二乘成本函数的数据拟合过程,它对周跳的敏感性很高,因此在处理观测到的和建模的震波迹象之间的大时移时效率很差。为了解决这个问题,通常的做法是使用数据的低时间频率并选择潜水波事件来开始反演。作为补充,研究了其他成本函数的使用。其中,基于最佳传输的成本函数似乎有吸引力,可能处理震波迹象之间的大的时间偏移。考虑到地震资料的特殊性,提出了几种受最佳传输启发的策略。其中,基于Kantorovich-Rubinstein规范的方法提供了直接使用地震资料的可能性和允许多维(数据坐标空间)应用的有效数值实现。在这里,我们提出了一个Kantorovich-Rubinstein规范的分析,讨论其理论和实践方面。我们分析的一个关键组成部分是反向传播的伴随源。重点分析了它的分段线性度,分析了它的频率成分和幅度平衡。我们还强调多层面执行的好处。此外,我们给出了实用的规则,设置调谐参数的数值实现。我们的一组合成和现场数据的例子证明了使用的Kantorovich-Rubinstein规范最小二乘全波形反演带来的改进,并强调了多维方法带来的改进,一维的。
2021-04-01 physics.geo-ph
Improved full-waveform inversion for seismic data in the presence of noise based on the K-support norm
Kyoto University(京都大学)
本文提出基于K-支持范数的改进全波形反演方法,以提高噪声环境下地震数据的反演精度和鲁棒性。
2023-07-10 physics.geo-ph
On the full-waveform inversion of seismic moment tensors
在这项工作中,我们提出了一个全波形技术的空间重建和表征(微)地震事件通过联合源定位和矩张量反演。该方法是制定在频域中,它允许同时反演多个点状事件。在所提出的方法的核心是一个网格搜索的源位置,封装的最优性条件的各个时刻张量。的发展迎合compandies支持的弹性体$\mathbb{R}^2$,但我们的框架是直接扩展到逆(地震)源问题在$\mathbb{R}^3$涉及有界和无界的弹性域。一组数值结果,针对实验室的应用,包括说明的情况下,涉及的逆解的性能:(一)重建多个事件,(二)稀疏(逐点)边界测量,(三)“离网”的微震事件的位置,和(四)不精确的知识介质的弹性特性。
2020-07-13 math.OC physics.comp-ph physics.geo-ph
Encoder-Decoder Architecture for 3D Seismic Inversion
Braude College of Engineering(布劳德工程学院)
反演地震资料以构建3D地质结构是一项具有挑战性的任务,这是由于所采集的地震资料的压倒性数量以及由于波动方程式的迭代数值解而导致的非常高的计算负荷,如诸如全波形反演(FWI)的行业标准工具所要求的。例如,在地表尺寸为4.5 km $\times$ 4.5 km的区域中,需要数百个地震炮集立方体进行3D模型重建,从而导致记录的数据的TB。本文提出了一种深度学习解决方案,用于在地震勘探中记录的现场噪声存在的情况下重建真实的3D模型。我们实现并分析了一个卷积编码器-解码器架构,该架构可以有效地处理数百个地震炮集立方体的整个集合。所提出的解决方案表明,现实的3D模型可以重建与结构相似性指数(SSIM)为0.8554(出1.0)在现场噪声的存在下,在10 dB信噪比。
2022-07-29 cs.LG eess.SP physics.geo-ph