A physics‐guided neural network‐based approach to velocity model calibration for microseismic data

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作者
Hongliang Zhang,Jubran Akram,Kristopher A. Innanen
出处
期刊:Geophysical Prospecting [Wiley]
卷期号:70 (4): 737-750
标识
DOI:10.1111/1365-2478.13191
摘要

The physics-guided neural network (PGNN) framework combines the effectiveness of data-driven and physics-based models, and it is, therefore, becoming increasingly popular in geophysical applications. We present a PGNN-based approach to calibrate velocity models for microseismic data. In our implementation, the PGNN comprises of a user selected number of fully connected (FC) layers, a scaling and shifting layer and a forward modeling operator layer. We input the observed P- and S-wave arrival times to the neural network. In the forward pass, the network's output layer produces normalized P- and S-wave velocities for the subsurface model. The scaling and shifting layer converts the normalized output to realistic velocity values. The forward modeling operator (i.e., a ray-shooting algorithm) layer computes traveltimes using the velocities from the preceding scaling and shifting layer and the known source-receiver locations. We then evaluate a loss function that compares the predicted traveltimes with the input observed arrival times, and update network's weights and bias parameters. We also use a weight-based saliency measure to evaluate whether the selected network architecture (i.e., number of hidden layers and neurons) is optimal for the model calibration problem. Finally, using synthetic data examples, we demonstrate that our unsupervised PGNN-based approach can provide robust velocity model and uncertainty estimates. This article is protected by copyright. All rights reserved

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