Imagerie sismique des milieux visco-élastique à partir de données sismiques multicomposantes de fond de mer: Application à deux jeux de données sur la zone de subduction de Nankai et sur la plateforme continentale Australienne // H/F Multi-parameter Full

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La Full Waveform Inversion (FWI) est une méthode d'imagerie haute résolution qui vise à estimer les propriétés constitutives d'un milieu à partir des mesures d'ondes acoustiques / élastiques.

Cette méthode a de multiples applications dans les domaines de l'imagerie sismique, l'imagerie médicale, le contrôle non destructif des matériaux, le génie civil, la surveillance de zones de stockage,.

La FWI est formulée sous forme d'un problème d'optimisation local (méthodes de gradient) visant à minimiser l'écart entre les données mesurées et les données simulées numériquement.

En exploration géophysique, la méthode a souvent été appliquée avec une physique des ondes simplifiée dans le cadre de l'approximation acoustique (pas de cisaillement) pour limiter le coût numérique des simulations numériques de la propagation des ondes.

Néanmoins, cette approximation n'est pas acceptable dans certains environnements géologiques (forts contrastes) ou ne permet pas de caractériser des processus géodynamiques importants tel que ceux générés par la circulation de fluides.

L'objectif du projet est d'illustrer avec deux cas d'étude bien documentés l'apport de la FWI lorsque les effets élastiques sont pris en compte lors de reconstructions multi paramètres.

Les propriétés à reconstruire sont les vitesses de propagation des ondes de compression (Vp) et de cisaillement (Vs), la densité, l'atténuation et idéalement l'anisotropie.

La première application porte sur un jeu de données académiques 2D (campagne SFJ-OBS) enregistré avec un dispositif de stations sismiques sous marines multi-composantes (OBS) sur le segment oriental de la zone de subduction de Nankai (Japon).

La deuxième application porte sur un jeu de données industriel 3D enregistré sur la plateforme continentale Australienne.

Le code de FWI disponible (code ImEarth) est fondé sur la méthode des éléments spectraux pour la simulation des ondes sur maillage non structuré.

Pour les deux cas d'étude, un modèle initial de vitesse des ondes P est disponible pour initier l'inversion. La construction du modèle initial de vitesses des ondes S est un problème ouvert qu'il s'agira d'aborder.

Des résultats de FWI dans l'approximation acoustique ont déjà été obtenus sur ces cas d'études. Il s'agira de faire un diagnostic précis sur l'apport de la prise en compte des effets élastiques en comparant les résultats obtenus lors des inversions acoustiques et élastiques.

Full Waveform Inversion (FWI) is a high-resolution seismic imaging method aiming at estimating the constitutive properties of a medium from acoustic / elastic waves.

FWI is involved in many application domains such as seismic imaging, medical imaging, non destructive control, civil engineering, monitoring.

FWI is formulated as a data fitting problem for parameter estimation. The measured data are waves triggered by a source device and recorded by a receiver device.

The simulated data are computed with numerical methods for partial differential equations such as finite difference or finite element methods.

In exploration geophysics, FWI has been often applied in the acoustic approximation (no shear) to mitigate the computational burden of multi-source wave modeling.

However, this approximation is not acceptable in certain geological environments (strong contrasts) or limits the geological inferences that can be drawn from the imaging (for example, in presence of fluids).

The objective of this project will be to illustrate with two well-documented case studies the added-value of multi-parameter imaging when elastic effects are taken into account.

The targeted properties are compressional (Vp) and shear (Vs) wavespeeds, density, attenuation and potentially anisotropy.

The first application consists in the 2D imaging of the crust of the eastern Nankai trough (Japan) from the multi-component Ocean Bottom Seismometer (OBS) data of the SFJ experiment.

The second application is the 3D imaging of the Gorgon horst in the western continental shelf, offshore Australia from a 3D industrial OBS dataset.

The available time-domain FWI code (ImEarth code) relie on the spectral element method for wave simulation on unstructured hexahedral mesh.

For the two case studies, a starting Vp model is available while the S-wave counterpart will have to be designed. Baseline results of acoustic FWI have been already obtained for these two case studies.

Therefore, the mission of the researcher will be to provide a precise diagnosis on the added-value provided by the accounting for elastic effects.

Début de la thèse : 01 / 10 /

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