• Full Waveform Inversion 3D

Il presente lavoro di tesi è incentrato sulla stima di modelli di velocità ad alta risoluzione del sottosuolo mediante la metodologia Full Waveform Inversion (FWI) applicata a dati sismici terrestri e sintetici 3D.

La FWI è una metodologia di avanguardia nel contesto dell'esplorazione sismica in grado di stimare un modello accurato e ad alta risoluzione del sottosuolo basandosi sulla minimizzazione delle differenze tra dati sismici osservati e dati sismici simulati (o predetti). La FWI, a differenza delle tecniche di tomografia classica, risolve l’equazione delle onde riducendo le approssimazioni sulla loro propagazione nel sottosuolo. In questo lavoro di tesi si è deciso di risolvere l’equazione delle onde assumendo una caratterizzazione acustica del sottosuolo investigato. Per la minimizzazione della funzione oggetto è stato utilizzato l’algoritmo di ottimizzazione locale di Steepest Descend e le inversioni sono state condotte utilizzando un approccio multiscala. Nelle prime fasi del lavoro è stata applicata la FWI locale acustica multiscala su dai sintetici 2D. Il modello invertito si riferisce al Marmousi.

Successivamente, è stata applicata questa tecnica su dati sismici reali provenienti dall’area geotermica di Larderello (PI), di proprietà di Enel Green Power s.p.a., con l’obiettivo di stimare un volume di velocità del sottosuolo fino ad una profondità di 1.2 Km. Il dato reale in esame è caratterizzato dall’avere un alto contenuto di rumore, e un basso contenuto in basse frequenze. Al fine di evitare il fenomeno di cycle-skipping, la FWI necessita che i dati abbiano un alto rapporto segnale-rumore e un alto contenuto in basse frequenze. Per questo motivo sono state eseguite delle operazioni di pre-processing al fine di produrre un dato osservato ottimale per la FWI. I modelli di velocità in bassa frequenza impiegati come input alla FWI sperimentata derivano da un lavoro precedente in cui si è utilizzato un approccio di FWI globale che adopera gli algoritmi genetici come metodo di ottimizzazione. In continuità con il lavoro precedente la FWI locale è stata eseguita lungo otto receiver line. I modelli di input consideravano frequenze fino a 12 Hz, mentre in questo lavoro di tesi è stata estesa la banda delle frequenze fino a 24 Hz consentendo di aggiungere dettagli ai modelli finali. L’andamento delle inversioni effettuate è stato verificato confrontando il dato predetto con il dato osservato, nonché osservando la curva dell’errore che mostra una notevole diminuzione all’aumentare delle iterazioni e delle frequenze.

Nella fase finale del lavoro di tesi, sono stati effettuati degli esperimenti di FWI 3D locale utilizzando il software ProMAX®. Tale software include dei tool che consentono l’applicazione della FWI su geometrie di tipo 3D. Il primo obiettivo di tale sperimentazione è stato quello di implementare la sequenza di flow corretta al fine di eseguire la FWI locale in modo efficace. Un secondo obiettivo è stato quello di valutare il software su un modello sintetico (Marmousi 3D). La difficoltà principale dell’implementazione e poi dell’utilizzo della FWI 3D su ProMAX®, è stata quella dei tempi computazionali necessari per il completamento delle singole iterazioni. Le operazioni di QC mirate a migliorare i parametri di inversione e la valutazione dei risultati, sono vincolate da questi tempi di calcolo.

Un obiettivo da considerare negli sviluppi futuri, può consistere nell’utilizzare il volume di velocità acustico ottenuto dall’interpolazione dei modelli 2D stimati sul dato reale, come input ad una inversione FWI 3D in cui i dati osservati sono valutati considerando la loro reale geometria 3D. Il volume ottenuto potrà poi essere impiegato come strumento di interpretazione della sottosuperficie e per migrare in profondità il volume sismico.