Joint Inversion of Audio-Magnetotelluric and Seismic Travel Time Data With Deep Learning Constraint

大地电磁法 反演(地质) 残余物 地质学 深度学习 卷积神经网络 计算机科学 人工智能 大地测量学 模式识别(心理学) 电阻率和电导率 算法 地震学 工程类 电气工程 构造学
作者
Rui Guo,He Ming Yao,Maokun Li,Michael K. Ng,Lijun Jiang,Aria Abubakar
出处
期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:59 (9): 7982-7995 被引量:41
标识
DOI:10.1109/tgrs.2020.3032743
摘要

Deep learning is applied to assist the joint inversion for audio-magnetotelluric and seismic travel time data. More specifically, deep residual convolutional neural networks (DRCNNs) are designed to learn both structural similarity and resistivity-velocity relationships according to prior knowledge. During the inversion, the unknown resistivity and velocity are updated alternatingly with the Gauss-Newton method, based on the reference model generated by the trained DRCNNs. The workflow of this joint inversion scheme and the design of the DRCNNs are explained in detail. Compared with describing the resistivity-velocity relationship using empirical equations, this method can avoid the necessity in modeling the correlations in rigorous mathematical forms and extract more hidden prior information embedded in the training set, meanwhile preserving the structural similarity between different inverted models. Numerical tests show that the inverted resistivity and velocity have similar profiles, and their relationship can be kept consistent with the prior joint distribution. Furthermore, the convergence is faster, and final data misfits can be lower than separate inversion.

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