1. Seismic Inversion for the Calculation of Velocities Using the Generalized Inverse Linear Matrix, the Wave Equation, and a Non-Reflective-Boundaries Condition
- Author
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Rodrigo Elias Esquivel, José John Fredy González Veloza, Luis Antonio Castillo López, Javier Hernán Gil Gómez, and Alejandro Duitama Leal
- Subjects
Technology ,Generalized inverse ,Atenuación ,seismic tomography ,Linear matrix ,Seismic Tomography ,Condiciones Fronteras no Reflectivas ,Ecuación de Onda ,attenuation ,Attenuation ,non-reflecting boundary conditions ,Wave Equation ,Mathematical analysis ,Tomografía sísmica ,Non-Reflecting Boundary Conditions ,Wave equation ,Engineering (General). Civil engineering (General) ,seismic inversion ,Inversión sísmica ,Seismic tomography ,Seismic inversion ,wave equation ,Seismic Inversion ,TA1-2040 ,Geology - Abstract
Objective: This work presents the results obtained in the development of a seismic velocity inversion model. The reference times recorded on the surface are taken and using the inversion model to obtain the initial reference model (hypocenters and velocities), starting from an unknown model. Methodology: A hypothetical reference model is proposed containing 64 blocks with interval velocity, 16 recording stations on the surface, and 64 earthquakes in the center of each block. With this model, the reference arrival times are generated for each earthquake registered in each station. The inversion model is made up of two parts: the direct model, which allows calculating the arrival times of the signal registered on the surface according to the hypo-central location of the earthquake and the velocity of the P and S wave of the medium; and the inverse model, which estimates a model of the velocity of the environment and hypo-central locations of the earthquakes that are the input variables of the direct model. The direct model was developed with the wave equation, while the inverse model was developed by modifying the generalized inverse matrix by introducing a factor called "damping." Results: The discretization model is based on the finite difference method. When estimating the values of velocity and hypo-central location with the inverse algorithm, the propagation of the wave is simulated with the direct model, and then compared with the data of reference times measured on the surface. Depending on the mean square error, we proceed to modify the mean velocities and hypo-centers of the earthquakes. This process repeates iteratively until the calculated error is less than a tolerance of 2x10"3s2. Conclusions: It was found that the estimated values of velocity and hypocentral locations coincide well for regions closer to the surface, while for deep regions the error more significant compared to the hypothetical reference model. Resumen Objetivo: Se presentan los resultados obtenidos en el desarrollo de un modelo de inversión sísmico de velocidades. Se toman los tiempos de referencia registrados en superficie y mediante el modelo de inversión lograr obtener el modelo de referencia inicial (hipocentros y velocidades), partiendo de un modelo desconocido. Metodología: Se propone un modelo hipotético de referencia que contiene 64 (4x4x4)) bloques con velocidad intercalada, 16 estaciones de registro en la superficie y 64 sismos en el centro de cada bloque. Con este modelo se generan los tiempos de arribo de referencia para cada sismo registrado en cada estación. El modelo de inversión se compone de dos partes: el modelo directo, que permite calcular los tiempos de arribo de la señal registrada en superficie según la localización hipocentral del sismo y la velocidad de la onda P y S del medio; y el modelo inverso, que estima un modelo de velocidad del medio y localizaciones hipocentrales de los sismos que son las variables de entrada del modelo directo. El modelo directo se desarrolló con la ecuación de onda, mientras que el modelo inverso se desarrolló mediante una modificación a la matriz inversa generalizada introduciendo un factor denominado "amortiguamiento". Resultados: Ambos modelos fueron discretizados mediante el método de diferencias finitas. Al estimar los valores de velocidad y localización hipocentral con el algoritmo inverso, se simula la propagación de la onda con el modelo directo, y se comparan con los datos de tiempos de referencia medidos en superficie. Según sea el valor del error cuadrático medio, se procede a modificar las velocidades del medio e hipocentros de los sismos. Este proceso se repite iterativamente hasta lograr que el error calculado sea menor que una tolerancia de 2x103s2. Conclusiones: Se encontró que los valores estimados de velocidad y localizaciones hipocentrales coinciden muy bien para regiones más cercanas a la superficie, mientras que para regiones profundas el error es mayor en comparación con el modelo hipotético de referencia.
- Published
- 2020