Analysis and inversion of SV-wave anisotropy in a crosswell setting = Analyse und Inversion von SV-Wellen Anisotropie in einer Transmissionsgeometrie

Seismische Bohrloch-Experimente bieten aufgrund der hohen Quellfrequenzen und der Transmissionsgeometrie eine außergewöhnliche Gelegenheit detaillierte Informationen über den Untergrund zu erhalten und Anisotropie zu studieren. Eine häufig vorkommende Form der Anisotropie ist die des vertikal transvers isotropen (VTI) Mediums, welches aus feinen horizontalen Schichten besteht. Um die Effekte eines solchen Mediums und von Dämpfung auf die SV-Wellen zu untersuchen, modelliere ich die entsprechenden Wellenfelder basierend auf realistischen Wellengeschwindigkeiten, die in einer Laufzeitentomographie von von Ketelhodt (2019) bestimmt wurden. ... mehrDeren Studie entdeckte signifikante S-Welle Anisotropie und deren Fehlen im Falle der P-Welle. Das erlaubt Rekonstruktionstests einer Niedergeschwindigkeitsanomalie, in denen ich lediglich für die isotrope und anisotropen S-Wellen Geschwindigkeiten invertiere. Bei einer Parametrisierung des Gradient hinsichtlich der Geschwindigkeiten v$_{P}$, v$_{Phor}$, v$_{SV}$, v$_{SV}$(45°) und der Dichte ρ, erweisen sich sowohl die vertikale als auch die horizontale Auflösung der isotropen Inversion derer des VTI Falls überlegen. Jedoch wird auch gezeigt, dass eine unpassende Annahme über die Eigenschaften des Untergrunds bezüglich Anisotropie und Viskoelastizität zu cycle skipping führen kann und somit die Konvergenz der Inversion hin zum globalen Minimum der misfit Funktion verhindert. Möglicher crosstalk zwischen den SV-Wellen Geschwindigkeitsparametern scheint, falls überhaupt existent, in der Größenordnung der Inversionsartefakte zu sein. Künftige Studien sollten untersuchen, wie das Auflösungsvermögen der VTI Wellenforminversion im P/SV-Fall verbessert werden und auf Felddaten angewendet werden kann.

Crosswell seismic experiments provide an outstanding opportunity to obtain detailed information about the subsurface and to study anisotropy due to high source frequencies and the transmission geometry. A common form of anisotropy is given by a vertically transverse isotropic (VTI) medium which consists of fine horizontal layers. In order to study the effects of such a medium and attenuation on the SV-waves, I forward simulate the respective wavefields based on realistic wave velocities which were obtained through a traveltime tomography by von Ketelhodt (2019). Their study discovered significant S-wave anisotropy and the lack thereof in case of the P-wave. ... mehrThis allows to perform reconstruction tests of a low-velocity anomaly where I invert for the isotropic or anisotropic S-wave velocities only while keeping the P-wave velocities and density constant. With a gradient parameterization in terms of the velocities v$_{P}$, v$_{Phor}$, v$_{SV}$, v$_{SV}$(45°) and the density ρ, both the vertical and horizontal resolution of the isotropic inversions prove to be superior compared to the VTI case. However, it is also shown that an unfitting assumption about the subsurface properties of anisotropy and viscoelasticity might yield cycle skipping and will, thus, prohibit the inversion to converge to the global minimum of the misfit function. Possible crosstalk between the SV-wave velocity parameters seems to be, if existent at all, in the order of the inversion artifacts' magnitude. Future studies should investigate how the VTI P/SV-case FWI can be improved regarding the resolution and applied to field data.