Logowanie do System sprawozdań KDM

Wieloparametrowa inwersja pełnego pola falowego dla lepszego obrazowania skorupy ziemskiej

Kierownik projektu: Michał Malinowski

Instytut Geofizyki PAN w Warszawie

Warszawa

Streszczenie projektu

Niniejszy wniosek o dostęp do zasobów obliczeniowych CI TASK związany jest z realizacją grantu NCN (SONATA) nr 2011/03/D/ST10/05128 o tym samym tytule, realizowanego w latach 2011-15. Nawiązuje on także do wcześniejszego projektu obliczeniowego pt. 'Wieloparametrowa inwersja szeroko-kątowych danych sejsmicznych', realizowanego w CI TASK od 2009 roku, którego wyniki znalazły się w pracy Malinowski i in. 2011.

Celem niniejszego projektu jest rozwinięcie metodologii przetwarzania, modelowania i interpretacji regionalnych danych sejsmicznych na potrzeby tworzenia wysokorozdzielczych i wieloparametrowych modeli struktury wgłębnej skorupy ziemskiej. Osiągnięcie tak zdefiniowanego celu badań będzie możliwe poprzez wykorzystanie pełnej informacji jaką niosą rejestrowane w badaniach sejsmicznych amplitudy fal, czyli tzw. pełnego pola falowego. Podstawową metodą badawczą będzie inwersja pełnego pola falowego (ang. full-waveform inversion/tomography, FWT). FWT wykorzystuje obserwację, iż informacja o prędkościach fal sejsmicznych jest nie tylko zawarta w pierwszych impulsach fal załamanych, ale także w pełnym rejestrowanym polu falowym. Jednocześnie, FWT jest metodą, która integruje w jednym algorytmie obrazowanie bazujące na falach załamanych (tomografia) z obrazowaniem bazującym na falach odbitych (migracja). Obrazowanie to cechuje się znacznie lepszą rozdzielczością w porównaniu do metod bazujących na optyce geometrycznej (teoria promieniowa), a które niemal wyłącznie są stosowane dziś do tworzenia modeli sejsmicznych skorupy ziemskiej. Szczególnie efektywnie metoda FWT działa w domenie częstotliwości, gdyż równanie falowe transformuje się do układu równań: Ap=s, gdzie macierz A zależy od częstotliwości i własności ośrodka, p jest ciśnieniem, a s źródłem fal. Zastosowanie metody bezpośredniej do faktoryzacji macierzy A (np. dekompozycja LU), pozwala w szybki sposób uzyskać rozwiązania dla wielu źródeł, typowo stosowanych w sejsmice. Algorytmy FWT w domenie częstotliwości dają się więc znakomicie zrównoleglić, tym niemniej pozostają wymagające obliczeniowo. W projekcie zostanie wykorzystane oprogramowanie własne (Fortran 90 + MPI), wykorzystujące biblioteki numeryczne (BLAS, SCALAPACK, MUMPS), wymagające standardowego środowiska do kompilacji (np. Intel + MKL).

Celem projektu jest przyczynienie się do rozwoju metody FWT poprzez zastosowanie jej do danych rzeczywistych, pochodzących z różnych projektów, zarejestrowanych w różnych ośrodkach geologicznych. Zastosowana metoda pozwoli uzyskać nie tylko rozkład prędkości fal P, ale także wysokorozdzielcze, wieloparametrowe modele skorupy ziemskiej (włączając w to także np. tłumienie). Zostanie również rozwinięta metodyka przetwarzania danych wejściowych do inwersji, tak by jak najbardziej zautomatyzować cały proces.

Zasoby obliczeniowe dużej mocy zostaną wykorzystane do obliczeń FWT prowadzonych przez dwoje asystentów zatrudnionych w ww. grancie NCN, dla dwóch różnych obszarów: strefy przejścia od Kratonu Wschodnioeuropejskiego przez Trans-europejską Strefę Szwu (TESZ) do orogenu karpackiego w płd.-wsch. Polsce oraz w rejonie subdukcji Nankai w Japonii.



Literatura

M. Malinowski, S. Operto, A. Ribodetti, 2011, High-resolution seismic attenuation imaging from wide-aperture onshore data by visco-acoustic frequency-domain full-waveform inversion, Geophys. J. Int., 186, 1179-1204.

Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej
ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk   |   tel. 58-347-24-11
email: office@task.gda.pl   |   NIP: 584-020-35-93