NEW ITERATIVE AND MULTIFREQUENCY APPROACHES IN GEOPHYSICAL DIFFRACTION TOMOGRAPHY

Abstract

ABSTRACT. Seismic tomography is used in reservoir geophysics as an important method for high-resolution imaging. The classical Born approach, which is used in single-frequency diffraction tomography under the condition of weak scattering, is limited by the requirement to know the background velocity in advance. We propose tomographic inversion approaches within matrix formalism and the Born approximation conditions. These approaches are iterative (in the sense that the background velocity field is updated at each iteration) and do not require knowledge of the true background velocity. In the first approach, a single-frequency that is kept constant is used. In the second approach, several frequencies are also kept constant and are used simultaneously. In the third approach, in addition to the background velocity, the working frequency is also updated. Finally, in the last approach, the multiple frequencies used simultaneously are updated throughout the iteration. The proposed approaches were tested on a synthetic model containing a dipping layer and a paleochannel, with cross-well acquisition geometry, and the data were contaminated with Gaussian noise. When compared to the standard, single-frequency non-iterative approach, the iterative process with the use of multiple frequencies generated results with smaller RMS errors for model parameter, velocity and data.

Keywords: seismic inversion, seismic tomography, wave numerical modeling, reservoir characterization.

RESUMO. A tomografia sísmica é usada na geofísica de reservatórios como um método importante para obtenção de imagens de alta resolução. A abordagem clássica de Born, usada na tomografia de difração de única frequência sob a condição de espalhamento fraco, é limitada pela necessidade de se conhecer antecipadamente a velocidade do fundo homogêneo. Propomos abordagens iterativas de inversão tomográfica dentro do formalismo matricial e sob a condição da aproximação de Born. Essas abordagens têm uma natureza iterativa, onde o campo de velocidade de fundo é atualizado em cada iteração, sendo que o conhecimento da velocidade verdadeira do fundo homogêneo não é necessário. Na primeira abordagem é usada uma única frequência mantida constante. Na segunda abordagem são usadas simultaneamente várias frequências também mantidas constantes. Na terceira abordagem, além da velocidade do fundo homogêneo, a frequência de trabalho também é atualizada. Finalmente, na última abordagem, as múltiplas frequências usadas simultaneamente são atualizadas durante a iteração. As abordagens propostas foram testadas em um modelo sintético contendo uma camada inclinada e um paleocanal, com geometria de aquisição poço a poço, sendo os dados contaminados com ruído gaussiano. Quando comparado com a abordagem padrão não-iterativa de única frequência, o processo iterativo com o uso de múltiplas frequências gerou resultados com erros menores de RMS para o parâmetro de modelo, a velocidade e o vetor de dados.

Palavras-chave: inversão sísmica, tomografia sísmica, modelagem numérica de ondas, caracterização de reservatórios.