Joint acoustic full-waveform and gravity inversion - development and synthetic application to a salt dome = Simultane Inversion akustischer Wellenformen und gravimetrischer Daten - Entwicklung und Anwendung auf einen Salzdom

Die seismische full-waveform inversion (FWI) genießt in jüngster Zeit wegen ihres hohen Auflösungsvermögens und der Fähigkeit auch hochgradig heterogenen Untergrund aufzulösen immer größere Beliebtheit. Seismische Geschwindigkeitsmodelle können in der Regel zuverlässig bestimmt werden, wohingegen immer noch große Schwierigkeiten bei der Inversion nach der Dichte bestehen. Dies liegt zum einen an der geringen Sensitivität seismischer Wellen in Bezug auf Dichtevariationen und zum anderen an trade-off Effekten zwischen den involvierten Parametern. Außerdem ist die Interpretation der seismischen Amplituden grundsätzlich mehrdeutig, da neben der Dichte auch Effekte wie Dämpfung, Anisotropie und Rauschen eine Rolle spielen. ... mehrDie klassische Schwereinversion leidet dagegen an inhärenter Mehrdeutigkeit, da die Schwere ein Potentialfeld darstellt, und weist nur eine Auflösbarkeit im langwelligen Bereich auf. Um diese Einschränkungen zu überwinden führen wir eine gemeinsame Inversion von Druckseismogrammen und Schweresignalen durch. Dabei benutzen wir weder empirische Beziehungen noch Kriterien, die auf strukturellen Ähnlichkeiten basieren. Als Testmodell für einen Rekonstruktionstest benutzen wir einen Salzdom, der in einige Sedimentschichten eingebettet ist. Das rekonstruierte Dichtemodell der gemeinsamen Inversion enthält kurzwellige Informationen über die Sedimentschichten, welche nicht in den Resultaten der reinen Schwereinversion enthalten sind. Im Vergleich zu der reinen FWI leidet die gemeinsame Inversion weniger an gegenläufigen Abhängigkeiten zwischen den unterschiedlichen Parametern. Außerdem erklärt das finale Dichtemodell die pseudo-observierten Schweresignale fast perfekt. Dies ist bei der reinen FWI nicht der Fall. Abschließend ist zu sagen, dass die Integration von Schweredaten in der Tat die trade-off Effekte zwischen der P-Wellengeschwindigkeit und der Dichte verringern kann und dass außerdem eine höhere Auflösung des Dichtemodelles im Vergleich zu der reinen Schwereinversion erreichbar ist. Unsere Inversionsstrategie erlaubt es, eine vertrauenswürdigere Interpretation von Dichteverteilungen durchzuführen als es die individuellen Methoden gewährleisten.

The seismic full-waveform inversion (FWI) has become increasingly popular in recent years because of its high resolution and its capability to handle highly heterogeneous subsurfaces. Whereas seismic velocity models can be built reliably in most cases the treatment of density is still challenging because of the low sensitivity of seismic waves to density variations and trade-off effects between the involved parameters. Moreover, seismic amplitudes depend not only on the density, but also on effects like attenuation, anisotropy and noise. In contrast, classical gravimetric inversion suffers from latent ambiguities and resolves density distributions only for long wavelengths. ... mehrTo overcome these inherent limitations we perform a joint acoustic full-waveform and gravity inversion where we do not use empirical relationships or criteria based on structural similarity. For this purpose, a synthetic reconstruction test is applied to a salt dome structure which is embedded in sedimentary layers. The reconstructed density model of the joint inversion contains short wavelength information about sedimentary layers which are not included in the gravity inversion results. Compared to the pure acoustic FWI the joint inversion suffers less from trade-off effects and the final density model explains the pseudo-observed gravity field almost perfectly. In contrast, the final gravity field of the acoustic FWI shows significant residuals. In conclusion, the integration of gravity data can in fact reduce trade-off effects between P-wave velocity and density while a higher resolution can be achieved compared to the pure gravity inversion. Our approach allows a more confidential interpretation of density distributions than each individual method.