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Elastic full waveform inversion based on the homogenization method: theoretical framework and 2-D numerical illustrations

Authors :
Yann Capdeville
Ludovic Métivier
Laboratoire de Planétologie et Géodynamique UMR6112 (LPG)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Nantes - Faculté des Sciences et des Techniques
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Université d'Angers (UA)
Institut des Sciences de la Terre (ISTerre)
Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
Equations aux Dérivées Partielles (EDP)
Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK)
Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Laboratoire de Planétologie et Géodynamique [UMR 6112] (LPG)
Université d'Angers (UA)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Equations aux Dérivées Partielles (EDP )
Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK )
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
ANR-16-CE31-0022,HIWAI,Inversion homogénéisée de formes d'ondes sismiques(2016)
Source :
Geophysical Journal International, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2018, 213 (2), pp.1093-1112. ⟨10.1093/gji/ggy039⟩, Geophysical Journal International, 2018, 213 (2), pp.1093-1112. ⟨10.1093/gji/ggy039⟩
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

International audience; Seismic imaging is an efficient tool to investigate the Earth interior. Many of the different imaging techniques currently used, including the so-called full waveform inversion (FWI), are based on limited frequency band data. Such data are not sensitive to the true earth model, but to a smooth version of it. This smooth version can be related to the true model by the homogenization technique. Homogenization for wave propagation in deterministic media with no scale separation, such as geological media, has been recently developed. With such an asymptotic theory, it is possible to compute an effective medium valid for a given frequency band such that effective waveforms and true waveforms are the same up to a controlled error. In this work we make the link between limited frequency band inversion, mainly FWI, and homogenization. We establish the relation between a true model and an FWI result model. This relation is important for a proper interpretation of FWI images. We numerically illustrate, in the 2-D case, that an FWI result is at best the homogenized version of the true model. Moreover, it appears that the homogenized FWI model is quite independent of the FWI parametrization, as long as it has enough degrees of freedom. In particular, inverting for the full elastic tensor is, in each of our tests, always a good choice. We show how the homogenization can help to understand FWI behaviour and help to improve its robustness and convergence by efficiently constraining the solution space of the inverse problem.

Details

Language :
English
ISSN :
0956540X and 1365246X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Geophysical Journal International, Geophysical Journal International, Oxford University Press (OUP), 2018, 213 (2), pp.1093-1112. ⟨10.1093/gji/ggy039⟩, Geophysical Journal International, 2018, 213 (2), pp.1093-1112. ⟨10.1093/gji/ggy039⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....374ec7271f4f8644cdda28cdbe548207
Full Text :
https://doi.org/10.1093/gji/ggy039⟩