Elastic full waveform inversion in anisotropic media : methodology and application to ocean bottom node data from the North Sea
Inversion de forme d’onde élastique en milieux anisotropes : méthodologie et application à des données de nœuds de fond de mer du Nord
Résumé
Full Waveform Inversion (FWI) has emerged as a powerful class of algorithms to retrieve quantitative and high resolution models of mechanical properties of the subsurface. However, FWI suffers from high computing costs and from the intrinsic limitations of the embedded inversion algorithm. Focusing on Earth local imaging in marine environments, these limitations led to the initial restriction of FWI to a fluid characterization of the Earth, where only the P-wave velocity was updated. Benefiting from increased computing resources, recent efforts produced a successful and much needed 2D inversion strategy for both P- and S-wave velocities in soft seabed environments. The strategy was developed assuming an isotropic subsurface and using ocean-bottom cable data (OBC). This thesis focuses on more contemporary recording devices, and partially relaxes the isotropic limitation. Over the years, ocean-bottom cables are indeed replaced by ocean-bottom seismometers/nodes (OBS/OBN). Without the use of the reciprocity principle, where the roles of the airgun sources and the OBS/OBN receivers are interchanged, the increased computing cost would be prohibitive. I provide here an extensive guide of such a use of reciprocity in elastic anisotropic 2D/3D FWI. Furthermore, the available soft seabed strategy was developed in isotropic environments, while the real Earth is anisotropic. After the necessary adaptations, I assess the performance of the strategy for vertical velocity retrieval when slightly inaccurate remaining anisotropy parameters are used, those parameters not being updated. I focus on a specific kind of anisotropy called “vertical transverse isotropy”. I also propose a variant strategy for real applications that would not take attenuation into account for instance. Finally, I support my synthetic and theoretical findings with a real 2D OBN dataset from the North Sea
L’inversion de forme d'onde (FWI) est apparue comme une formidable classe d'algorithmes pour obtenir des modèles quantitatifs et haute résolution des propriétés mécaniques du sous-sol. Cependant, la FWI souffre de coûts de calculs élevés et des limitations inhérentes à l'algorithme d'inversion utilisé. En ce qui concerne l'imagerie de la Terre en environnement marin à l'échelle locale, ces limitations ont conduit à la restriction initiale de la FWI à une représentation fluide de la Terre, où seule la vitesse des ondes P est mise à jour. L'augmentation des ressources de calcul a récemment permis d'aboutir à une stratégie d'inversion 2D tant des vitesses des ondes P que celles des ondes S, pour les environnements présentant de faibles vitesses S en fond de mer. La stratégie a été élaborée en approximant le sous-sol par un milieu isotrope et en utilisant des données de câbles de fond de mer (OBC). Cette thèse se concentre sur des dispositifs d'enregistrement plus contemporains et assouplit partiellement la limitation isotrope, afin de répondre aux besoins des applications modernes. Les OBC sont en effet remplacés par des sismomètres/nœuds de fond de mer (OBS/OBN). Sans l'utilisation du principe de réciprocité, où les rôles des sources et des récepteurs sont interchangés, le coût de calcul accru de ces types d'acquisition serait prohibitif. Je fournis ici un guide complet sur la réciprocité pour la FWI 2D/3D en milieux élastiques anisotropes. Par ailleurs, la stratégie d'inversion étudiée a été développée dans des environnements isotropes, alors que la Terre est anisotrope. Après les adaptations nécessaires, j'évalue la performance de la stratégie pour l'inversion des vitesses verticales, lorsque les autres paramètres d'anisotropie sont légèrement erronés et ne sont pas mis à jour. Je me concentre sur un type d'anisotropie spécifique nommée « isotropie transverse verticale » (VTI). Je propose également une variante pour des applications réelles, qui, par exemple, ne prendraient pas en compte l'atténuation de la Terre. Je confirme finalement les conclusions synthétiques et théoriques avec un jeu de données réelles 2D OBN, acquis en mer du Nord
Domaines
Sciences de la Terre
Origine : Version validée par le jury (STAR)