Author: "Operto, Stéphane" / Database: OpenAIRE - Searchworks@Jio Institute Digital Library Search Results

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21 results on '"Operto, Stéphane"'

1. Three-dimensional finite-difference & finite-element frequency-domain wave simulation with multi-level optimized additive Schwarz domain-decomposition preconditioner: A tool for FWI of sparse node datasets

Author: Tournier, Pierre-Henri, Jolivet, Pierre, Dolean, Victorita, Aghamiry, Hossein, Operto, Stéphane, Riffo, Sebastian, Algorithms and parallel tools for integrated numerical simulations (ALPINES), Institut National des Sciences Mathématiques et de leurs Interactions (INSMI)-Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Jacques-Louis Lions (LJLL (UMR_7598)), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Algorithmes Parallèles et Optimisation (IRIT-APO), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné (LJAD), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA), Department of Mathematics and Statistics [Univ Strathclyde], University of Strathclyde [Glasgow], Géoazur (GEOAZUR 7329), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, and COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])
Subjects: Geophysics, Mathematics - Analysis of PDEs, Geochemistry and Petrology, GA, FOS: Mathematics, [MATH.MATH-AP]Mathematics [math]/Analysis of PDEs [math.AP], [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], QC, Analysis of PDEs (math.AP)
Abstract: Efficient frequency-domain full-waveform inversion (FWI) of long-offset node data can be designed with a few discrete frequencies, which lead to modest data volumes to be managed during the inversion process. Moreover, attenuation effects can be straightforwardly implemented in the forward problem without the computational overhead. However, 3D frequency-domain seismic modeling is challenging because it requires solving a large and sparse linear indefinite system for each frequency with multiple right-hand sides (RHSs). This linear system can be solved by direct or iterative methods. The former allows efficient processing of multiple RHSs but may suffer from limited scalability for very large problems. Iterative methods equipped with a domain-decomposition preconditioner provide a suitable alternative to process large computational domains for sparse-node acquisition. We have investigated the domain-decomposition preconditioner based on the optimized restricted additive Schwarz (ORAS) method, in which a Robin or perfectly matched layer condition is implemented at the boundaries between the subdomains. The preconditioned system is solved by a Krylov subspace method, whereas a block low-rank lower-upper decomposition of the local matrices is performed at a preprocessing stage. Multiple sources are processed in groups with a pseudoblock method. The accuracy, the computational cost, and the scalability of the ORAS solver are assessed against several realistic benchmarks. In terms of discretization, we compare a compact wavelength-adaptive 27-point finite-difference stencil on a regular Cartesian grid with a P3 finite-element method on h-adaptive tetrahedral mesh. Although both schemes have comparable accuracy, the former is more computationally efficient, the latter being beneficial to comply with known boundaries such as bathymetry. The scalability of the method, the block processing of multiple RHSs, and the straightforward implementation of attenuation, which further improves the convergence of the iterative solver, make the method a versatile forward engine for large-scale 3D FWI applications from sparse node data sets.
Published: 2021

2. Several ways to achieve robustness when solving wave propagation problems

Author: Bootland, Niall, Dolean, Victorita, Jolivet, Pierre, Nataf, Frédéric, Operto, Stéphane, and Tournier, Pierre-Henri
Subjects: QA
Abstract: Wave propagation problems are notoriously difficult to solve. Time-harmonic problems are especially challenging in mid and high frequency regimes. The main reason is the oscillatory nature of solutions, meaning that the number of degrees of freedom after discretisation increases drastically with the wave number, giving rise to large complex-valued problems to solve. Additional difficulties occur when the problem is defined in a highly heterogeneous medium, as is often the case in realistic physical applications. For time-discretised problems of Maxwell type, the main challenge remains the significant kernel in curl-conforming spaces, an issue that impacts on the design of robust preconditioners. This has already been addressed theoretically for a homogeneous medium but not yet in the presence of heterogeneities. In this review we provide a big-picture view of the main difficulties encountered when solving wave propagation problems, from the first step of their discretisation through to their parallel solution using two-level methods, by showing their limitations on a few realistic examples. We also propose a new preconditioner inspired by the idea of subspace decomposition, but based on spectral coarse spaces, for curl-conforming discretisations of Maxwell's equations in heterogeneous media.
Published: 2021

3. Large-scale finite-difference and finite-element frequency-domain seismic wave modelling with multi-level domain-decomposition preconditioner

Author: Dolean, Victorita, Jolivet, Pierre, Tournier, Pierre-Henri, Combe, Laure, Operto, Stéphane, and Riffo, Sebastian
Subjects: FOS: Physical sciences, Computational Physics (physics.comp-ph), QA, Physics - Computational Physics
Abstract: The emergence of long-offset sparse stationary-recording surveys carried out with ocean bottom nodes (OBN) makes frequency-domain full waveform inversion (FWI) attractive to manage compact volume of data and perform attenuation imaging. One challenge of frequency-domain FWI is the forward problem, which requires the solution of large and sparse linear systems with multiple right-hand sides. While direct methods are suitable for dense acquisitions and problems involving less than 100 million unknowns, iterative solver are more suitable for large computational domains covered by sparse OBN surveys. Here, we solve these linear systems with a Krylov subspace method preconditioned with the two-level Optimized Restricted Additive Schwarz (ORAS) domain decomposition preconditioner, the prefix optimized referring to the use of absorbing conditions at the subdomain interfaces. We implement this method with finite differences on uniform grid and finite elements on unstructured tetrahedral meshes. A simulation in a model where the velocity linearly increases with depth allows us to validate the accuracy of the two schemes against an analytical solution while highlighting how their relative cost varies with the band of propagated wavelengths. A simulation in the overthrust model involving up to 2 billions of parameters allows us to tune the method and highlights its scalability., Comment: arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:2004.07930, arXiv:2004.06309
Published: 2021
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4. Seismic Exploration of the Deep Structure and Seismogenic Faults in the Ligurian Sea by Joint Multi Channel and Ocean Bottom Seismic Acquisitions: Preliminary Results of the SEFASILS Cruise

Author: Dessa, Jean-Xavier, Beslier, Marie-Odile, Schenini, Laure, Chamot-Rooke, Nicolas, Corradi, Nicolà, Delescluse, Matthias, Déverchère, Jacques, Larroque, Christophe, Sambolian, Serge, Canva, Albane, Operto, Stéphane, Ribodetti, Alessandra, Agurto-Detzel, Hans, Bulois, Cédric, Chalumeau, Caroline, Combe, Laure, Géoazur (GEOAZUR 7329), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), Laboratoire de géologie de l'ENS (LGENS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Dipartimento Scienze della Terra, Universita degli studi di Genova, Domaines Océaniques (LDO), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Observatoire des Sciences de l'Univers-Institut d'écologie et environnement-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), and Università degli studi di Genova = University of Genoa (UniGe)
Subjects: Western Mediterranean, [SDU.STU.TE]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Tectonics, crustal geophysical exploration, lcsh:QE1-996.5, imaging, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, salt tectonics, Ligurian basin, wide-angle seismic recording, multichannel seismic, lcsh:Geology, [SDU]Sciences of the Universe [physics], [SDU.STU.ST]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Stratigraphy, tectonic inversion, multichannel seismic imaging, salt, tectonics, [SDU.STU.OC]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Oceanography
Abstract: International audience; The north Ligurian margin is a complex geological area in many ways. It has witnessedseveral phases of highly contrasting deformation styles, at both crustal scale and that of shallower covertectonics, simultaneously or in quick succession, and with significant spatial variability. This complexinterplay is mirrored in the resulting intricate structures that make it hard to identify active faultsresponsible for both, the significant seismicity observed, and the tectonic inversion undergone bythe margin, identified at longer time scales on morphostructural grounds. We present here the firstpreliminary results of the leg 1 of SEFASILS cruise, conducted in 2018 offshore Monaco, in an effort toanswer these questions by means of modern deep seismic acquisitions, using multichannel reflectionand wide-angle sea-bottom records. Some first interpretations are provided and point towards anactive basement deformation that focuses at the limits between main crustal domains.
Published: 2020

5. High resolution seismic imaging in shallow salt environment: preliminary results from the SEFASILS campaign, NS11A-04

Author: Dessa, Jean-Xavier, Sambolian, Serge, Bachir Miguil, Mohamed, Schenini, Laure, Operto, Stéphane, Ribodetti, Alessandra, Beslier, Marie-Odile, Larroque, Christophe, Géoazur (GEOAZUR 7329), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), Beslier, Marie-Odile, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, and Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)
Subjects: [SDU] Sciences of the Universe [physics], [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], [SDU]Sciences of the Universe [physics], [SDU.STU] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, [SDU.STU.GP] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph]
Abstract: International audience; In the last decade, seismic imaging below salt/basaltic bodies proved beyond doubt to be the most challenging task using conventional strategies in terms of surveying, processing and inversion. Recent innovations across the whole workflow pushed further the resolution limit in such complex environments for resource exploration purposes. On the other hand, for instance, the western Mediterranean basin, a fairly studied seismogenic zone, still raises some questions due to the lack of clear-cut imaging results. The latter is caused by the presence of the ill-famed Messinian salt at shallow depth in this region which generates a wavefield dominated by backscattering and diffractions due to the abrupt high velocity contrast and structural complexity.We take a fresh look at a new batch of towed-streamer data acquired in the Ligurian basin during the SEFASILS campaign. During this study, we examine preliminary results using a conventional velocity model building strategy based on velocity analysis techniques and another based on a state of the art tomographic method.We review the theory behind slope tomography, a reflection/diffraction tomography method based upon inversion of locally-coherent events. A locally-coherent seismic event, described by its two-way traveltimes and the slopes, in a common-shot or common-receiver gather can be interpreted as a reflection/diffraction from a small reflector segment or diffractor in depth. A key advantage of slope tomography methods in such settings is the automatic densely picked data cube of locally-coherent events opposed to a very challenging tracking of continuous events. We also explain the advantages of our parsimonious formulation in tackling the velocity-position trade-off.We illustrate the resolution power of slope tomography compared to more conventional techniques. We point out the main challenges and insurmountable obstacles encountered while assessing the quality of the reconstructed models and depth migrated images.
Published: 2019

6. Building Initial Model for FWI From Ultra Long-Offset OBN Data by First-Arrival Traveltime + Slope Tomography

Author: Sambolian, Serge, Górszczyk, A., Operto, Stéphane, Ribodetti, Alessandra, Tavakoli F., B., Virieux, Jean, Géoazur (GEOAZUR 7329), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), and Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])
Subjects: Regional geology, Offset (computer science), 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], Engineering geology, Gemology, 010502 geochemistry & geophysics, 01 natural sciences, Glaciology, 14. Life underwater, Economic geology, Igneous petrology, Geology, Seismology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences, Environmental geology
Abstract: Summary Ultra-long offset stationary-receiver acquisitions implemented with multi-component Ocean Bottom Nodes (OBN) are emerging as a suitable technology for deep offshore subsalt imaging by full waveform inversion (FWI). Ultra-long offsets allow to undershoot the deepest targeted structures with diving waves. In this framework, first-arrival traveltime + slope tomography (FASTT) provides a simple and efficient tool to build kinematically-accurate initial velocity model for full waveform inversion (FWI). In particular, the incorporation of slopes in the first-arrival tomography in addition to traveltimes removes artifacts in poorly illuminated areas and better reconstruct structural dips. Either the FASTT or the FWI velocity models can be used as reliable background models for prestack depth migration of co-incident towed-streamer data. However, the high resolution of the FWI velocity model facilitates the integrated interpretation of the reflectivity mapped by migration and the intermediate-scale velocity variations reconstructed by waveform inversion. We illustrate the workflow combining first-arrival tomography + FWI of ultra-long offset OBN data and migration of co-incident towed-streamer data with a challenging deep crustal case study in the eastern Nankai subduction zone.
Published: 2019

7. Toward a robust workflow for deep crustal imaging by FWI of OBS data: The eastern Nankai Trough revisited

Author: Górszczyk, Andrzej, Operto, Stéphane, Malinowski, Michał, Institute of Geophysics Polish Academy of Sciences, Géoazur (GEOAZUR 7329), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), Institute of Geophysics [Warsaw], Polska Akademia Nauk = Polish Academy of Sciences (PAN), Université Côte d'Azur (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA), and COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])
Subjects: [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences
Abstract: International audience; Crustal‐scale imaging by the full‐waveform inversion (FWI) of long‐offset seismic data is inherently difficult because the large number of wavelengths propagating through the crust makes the inversion prone to cycle skipping. Therefore, efficient crustal‐scale FWI requires an accurate starting model and a stable workflow minimizing the nonlinearity of the inversion. Here we attempt to reprocess a challenging 2‐D ocean‐bottom seismometer (OBS) data set from the eastern Nankai Trough. The starting model is built by first‐arrival traveltime tomography (FAT), which is FWI assisted for tracking cycle skipping. We iteratively refine the picked traveltimes and then reiterate the FAT until the traveltime residuals remain below the cycle‐skipping limit. Subsequently, we apply Laplace‐Fourier FWI, in which progressive relaxation of time damping is nested within frequency continuation to hierarchically inject more data into the inversion. These two multiscale levels are complemented by a layer‐stripping approach implemented through offset continuation. The reliability of the FWI velocity model is assessed by means of source wavelet estimation, synthetic seismogram modeling, ray tracing modeling, dynamic warping, and checkerboard tests. Although the viscoacoustic approximation is used for wave modeling, the synthetic seismograms reproduce most of the complexity of the data with a high traveltime accuracy. The revised FWI scheme produces a high‐resolution velocity model of the entire crust that can be jointly interpreted with migrated images derived from multichannel seismic data. This study opens a new perspective on the design of OBS crustal‐scale experiments amenable to FWI; however, a further assessment of the optimal OBS spacing is required for reliable FWI.
Published: 2017

8. Full waveform inversion and the truncated Newton method: quantitative imaging of complex subsurface structures

Author: Métivier, Ludovic, Bretaudeau, François, Brossier, Romain, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Equations aux Dérivées Partielles (EDP), Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), and COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Computing aspects, Full Waveform, 49M15, Numerical study, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, Theory, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], [INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation, Imaging
Abstract: Submitted version.; International audience; Full waveform inversion is a powerful tool for quantitative seismic imaging from wide‐azimuth seismic data. The method is based on the minimization of the misfit between observed and simulated data. This amounts to the solution of a large‐scale nonlinear minimization problem. The inverse Hessian operator plays a crucial role in this reconstruction process. Accounting accurately for the effect of this operator within the minimization scheme should correct for illumination deficits, restore the amplitude of the subsurface parameters, and help to remove artefacts generated by energetic multiple reflections. Conventional minimization methods (nonlinear conjugate gradient, quasi‐Newton methods) only roughly approximate the effect of this operator. In this study, we are interested in the truncated Newton minimization method. These methods are based on the computation of the model update through a matrix‐free conjugate gradient solution of the Newton linear system. We present a feasible implementation of this method for the full waveform inversion problem, based on a second‐order adjoint state formulation for the computation of Hessian‐vector products. We compare this method with conventional methods within the context of 2D acoustic frequency full waveform inversion for the reconstruction of P‐wave velocity models. Two test cases are investigated. The first is the synthetic BP 2004 model, representative of the Gulf of Mexico geology with high velocity contrasts associated with the presence of salt structures. The second is a 2D real data‐set from the Valhall oil field in North sea. Although, from a computational cost point of view, the truncated Newton method appears to be more expensive than conventional optimization algorithms, the results emphasize its increased robustness. A better reconstruction of the P‐wave velocity model is provided when energetic multiple reflections make it difficult to interpret the seismic data. A better trade‐off between regularization and resolution is obtained when noise contamination of the data requires one to regularize the solution of the inverse problem.
Published: 2014

9. SMART: dissipative absorbing layer technique for general elastodynamics equations. Application as S-waves filter in acoustic TI media

Author: Métivier, Ludovic, Brossier, Romain, Labbé, Stéphane, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Equations aux Dérivées Partielles (EDP), Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF), Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), and COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], [INFO.INFO-MO]Computer Science [cs]/Modeling and Simulation
Abstract: International audience; Seismic imaging methods such as FullWaveform Inversion (FWI Virieux and Operto [38], M´etivier et al. [30, 28]) or Reverse Time Migration (RTM Baysal et al. [6]) require accurate modeling engines for the propagation of seismic waves in infinite or semi-infinite media. To this end, the use of efficient absorbing boundary conditions is mandatory. Moreover, one should be sure that the modeling engine will provide always an answer at each iteration of the inversion and of the migration. The stability is, therefore, a very important property of absorbing conditions.
Published: 2014

10. Full Waveform Inversion and the truncated Newton: quantitative imaging of complex subsurface structures

Author: Métivier, Ludovic, Bretaudeau, François, Brossier, Romain, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Equations aux Dérivées Partielles (EDP), Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géoazur (GEOAZUR 6526), Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, and Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Optimization, Seismic Imaging, Newton method, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], Full Waveform Inversion, 49M15, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC]
Abstract: Submitted version.; Full Waveform Inversion (FWI) is a powerful tool for quantitative seismic imaging from wide-azimuth seismic data. The method is based on the minimization of the misfit between observed and simulated data. This amounts to the resolution of a large-scale nonlinear minimization problem. The inverse Hessian operator plays a crucial role in this reconstruction process. Accounting accurately for the effect of this operator within the minimization scheme should correct for illumination deficits, restore the amplitude of the subsurface parameters, and help to remove artifacts generated by energetic multiple reflections. Conventional preconditioned gradient-based minimization methods only roughly approximate the effect of this operator. We are interested in this study to another class of minimization methods, named as truncated Newton methods. These methods are based on the computation of the model update through a matrix-free conjugate gradient resolution of the Newton linear system. The aim of this study is to present a feasible implementation of this method for the FWI problem, based on a second-order adjoint state formulation for the computation of Hessian-vector products. We compare this method with the nonlinear conjugate gradient and the l-BFGS method within the context of 2D acoustic frequency FWI for the reconstruction of P-wave velocity models. Two test cases are investigated. The first is the synthetic BP 2004 model, representative of the Gulf Of Mexico geology with high velocity contrasts associated with the presence of salt structures. The second is a 2D real data-set from the Valhall oil field in North sea. These tests emphasize the interesting properties of the truncated Newton method regarding conventional optimization methods within the context of FWI.
Published: 2013

11. Seismic elastic modeling for seismic imaging

Author: Virieux, Jean, Brossier, Romain, Chaillat, Stéphanie, Duchkov, A. D., Etienne, Vincent, Lombard, Bruno, Operto, Stéphane, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Propagation des Ondes : Étude Mathématique et Simulation (POEMS), Inria Saclay - Ile de France, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Unité de Mathématiques Appliquées (UMA), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of the Siberian Branch of the RAS (IPGG SB RAS), Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (SB RAS), Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ondes et Imagerie (O&I), Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique [Marseille] (LMA ), Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Lombard, Bruno, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, SB RAS, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)
Subjects: [SPI.ACOU]Engineering Sciences [physics]/Acoustics [physics.class-ph], [SPI.ACOU] Engineering Sciences [physics]/Acoustics [physics.class-ph], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2013

12. Application of a preconditoned truncated Newton method to full waveform inversion

Author: Brossier, Romain, Métivier, Ludovic, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Equations aux Dérivées Partielles (EDP), Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), SEISCOPE II, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Métivier, Ludovic
Subjects: numerical optimization, [SDE.MCG] Environmental Sciences/Global Changes, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH] Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], Newton method, seismic imaging, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], Full Waveform Inversion, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, [MATH.MATH-OC] Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], [SDU.STU.GP] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC]
Abstract: International audience; Full Waveform Inversion (FWI) is a powerful seismic imaging method, based on the iterative minimization of the distance between simulated and recorded wavefields. The inverse Hessian operator related to this misfit function plays an important role in the reconstruction scheme. As conventional methods use direct approximations of this operator, we investigate an alternative optimization scheme: the truncated Newton method. This two-nested-loops algorithm is based on the resolution of the Newton linear system through a matrix-free iterative solver at each outer iteration. On the 2D BP 2004 model widely used as a benchmark for FWI, the contrasts in wave velocities between salt structures and the upper water layer generate high amplitude multiple reflections. These multiple reflections strengthen the need for quite accurate approximation of the inverse Hessian operator and the truncated Newton method is shown to outperform than more conventional algorithms (l-BFGS, nonlinear conjugate gradient).
Published: 2013

13. Complex structures imaging using Full Waveform Inversion: the benefits of the preconditioned truncated Newton method

Author: Métivier, Ludovic, Brossier, Romain, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Equations aux Dérivées Partielles (EDP), Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ondes et Structures, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), and Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2012

14. Optimization schemes for Full Waveform Inversion: the preconditioned truncated Newton method

Author: Métivier, Ludovic, Brossier, Romain, Virieux, Jean, Operto, Stéphane, Equations aux Dérivées Partielles (EDP), Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF), Ondes et Structures, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), and COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC]
Abstract: International audience; Full Waveform Inversion (FWI) methods use generally gradient based method, such as the nonlinear conjugate gradient method or more recently the l-BFGS quasi-Newton method. Several authors have already investigated the possibility of accounting more accurately for the inverse Hessian operator in the minimization scheme through Gauss-Newton or exact Newton algorithms. We propose a general framework for the implementation of these methods inside a truncated Newton procedure. We demonstrate that the exact Newton method can outperform the standard gradient-based methods in a near-surface application case for recovering high-velocity concrete structures. In this particular configuration, large amplitude multi-scattered waves are generated, which are better taken into account using the exact-Newton method.
Published: 2012

15. Applying Gauss-Newton and Exact Newton method to Full Waveform Inversion

Author: Métivier, Ludovic, Brossier, Romain, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Equations aux Dérivées Partielles (EDP), Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF), Ondes et Structures, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), and COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, MathematicsofComputing_NUMERICALANALYSIS, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC]
Abstract: International audience; Full Waveform Inversion (FWI) applications classically rely on efficient first-order optimization schemes, as the steepest descent or the nonlinear conjugate gradient optimization. However, second-order information provided by the Hessian matrix is proven to give a useful help in the scaling of the FWI problem and in the speed-up of the optimization. In this study, we propose an efficient matrix-free Hessian-vector formalism, that should allow to tackle Gauss-Newton (GN) and Exact-Newton (EN) optimization for large and realistic FWI targets. Our method relies on general second order adjoint formulas, based on a Lagrangian formalism. These formulas yield the possibility of computing Hessian-vector products at the cost of 2 forward simulations per shot. In this context, the computational cost (per shot) of one GN or one EN nonlinear iteration amounts to the resolution of 2 forward simulations for the computation of the gradient plus 2 forward simulations per inner linear conjugate gradient iteration. A numerical test is provided, emphasizing the possible improvement of the resolution when accounting for the exact Hessian in the inversion algorithm.
Published: 2012

16. Second-order adjoint state methods for Full Waveform Inversion

Author: Métivier, Ludovic, Brossier, Romain, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), SEISCOPE, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Métivier, Ludovic
Subjects: [SDE.MCG] Environmental Sciences/Global Changes, [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH] Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], inverse problems, seismic imaging, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], Full Waveform Inversion, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, [MATH.MATH-OC] Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], [SDU.STU.GP] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], [PHYS.PHYS.PHYS-GEO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Geophysics [physics.geo-ph], [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], nonlinear optimization
Abstract: International audience; Full Waveform Inversion (FWI) is becoming an efficient tool to derive high resolution quantitative models of the subsurface parameters. The method relies on the minimization, through an iterative procedure, of the residual between recorded data and synthetic data computed by solving the two-way wave equation in a subsurface model. The growth of available computational resources and recent developments of the method makes now possible applications to 2D and 3D data in the acoustic approximation (see for example Prieux et al., 2011; Plessix et al., 2010) and even in the elastic approximation (Brossier et al 2009). Most of the FWI applications rely on fast optimization schemes as preconditioned steepest descent or preconditioned conjugate-gradient methods (PCG). Second-order information provided by the Hessian is often neglected in FWI, due to the high computational cost to build this matrix and solve the normal equation system. However, a significant improvement of the results can be obtained using this information: Pratt et al. (1998) have shown the improved resolution of Gauss-Newton method compared to the steepest descent one in a canonical application. Hu et al. (2011) have shown results improvement provided by a non-diagonal truncated Hessian in PCG. Brossier et al. (2009) have shown the estimated Hessian's impact of a quasi-Newton l-BFGS (Nocedal, 1980), on image resolution and convergence speed compared to PCG. Epanomeritakis et al. (2008); Fichtner and Trampert (2011) have also discussed the interest of Hessian for inversion and uncertainty estimation, and also the prohibitive cost of Hessian computation and storage. In this study, we develop the mathematical framework to propose an efficient matrix-free Hessian-vector product algorithm for FWI, and give an illustration of the interest of accounting for the exact Hessian in the inversion process. The final aim is to tackle Gauss-Newton and Full-Newton method for large scale applications. Our development relies on a general second-order adjoint-state formula, valid either in the time or in the frequency domain.
Published: 2012

17. Three-dimensional parallel frequency-domain visco-acoustic wave modelling based on a hybrid direct/iterative solver

Author: Sourbier, Florent, Haidar, Azzam, Giraud, Luc, Ben-Hadj-Ali, Hafedh, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Géoazur (GEOAZUR 6526), Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Innovative Computing Laboratory [Knoxville] (ICL), The University of Tennessee [Knoxville], High-End Parallel Algorithms for Challenging Numerical Simulations (HiePACS), Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI), Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), TOTAL-Scientific and Technical Center Jean Féger (CSTJF), TOTAL FINA ELF, Risques (Risques), Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT), Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Centre scientifique et Technique Jean Feger (CSTJF), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Risques, Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)
Subjects: Overthrust, Preconditioners
Abstract: Special Issue: Modelling Methods for Geophysical Imaging: Trends and Perspectives; International audience; We present a parallel domain decomposition method based on a hybrid direct-iterative solver for 3D modelling of visco-acoustic waves in the frequency domain. The modelling method was developed as a modelling engine for frequency-domain full waveform inversion. Frequency-domain seismic modelling reduces to the solution of a large and sparse system of linear equations, resulting from the discretization of the heterogeneous Helmholtz equation. Our approach to high-performance, scalable solution of large sparse linear systems in parallel scientific computing is to combine direct and iterative methods. Such a hybrid approach exploits the advantages of both direct and iterative methods. The iterative component allows us to use a small amount of memory and provides a natural way for parallelization. The direct part provides its favorable numerical properties. The domain decomposition is based on the algebraic Schur complement method, which allows for the iterative solution of a reduced system, the solution of which is the pressure wavefield at the interfaces between the subdomains. Once the interface unknowns have been computed, the wavefield at the interior of each subdomain is efficiently computed by local substitutions. The reduced Schur complement system is solved with the global minimum residual method (GMRES) and is preconditioned by an algebraic additive Schwarz preconditioner. A direct solver is used to factorize the local impedance matrices defined on each subdomain. Simulations are performed in the overthrust and the salt models for frequencies up to 12.5~Hz. The numerical experiments show that the number of iterations increases linearly with the number of subdomains for a given computational domain but that the elapsed time of the iterative resolution remains almost constant. The number of iterations also increases linearly with the frequencies, when the grid interval is adapted to the frequencies and the size of the subdomains is kept constant over frequency. Although the hybrid approach allows one to tackle larger problems than the direct-solver approach, further improvements are needed to mitigate the computational burden of the iterative component of the hybrid solver within the framework of multisource modelling. On the numerical side, the use of block iterative solvers and of incremental two-level deflating preconditioners, and on the parallel implementation side the use of two levels of parallelism in the domain decomposition method should allow us to mitigate this computational burden.
Published: 2011

18. On the footprint of anisotropy on isotropic full waveform inversion: the Valhall case study

Author: Prieux, Vincent, Brossier, Romain, Gholami, Yaser, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Barkved, O.I., Kommedal, J.H., Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Risques (Risques), Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), SEISCOPE consortium, Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Risques, Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR), BP Norge, BP NORGE, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Computational seismology, Controlled source seismology, Seismic tomography, Wave propagation, [SDU.STU.GP]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geophysics [physics.geo-ph], [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, Inverse theory, Seismic anisotropy
Abstract: International audience; The validity of isotropic approximation to perform acoustic full waveform inversion (FWI) of real wide-aperture anisotropic data can be questioned due to the intrinsic kinematic inconsistency between short- and large-aperture components of the data. This inconsistency is mainly related to the differences between the vertical and horizontal velocities in vertical-transverse isotropic (VTI) media. The footprint of VTI anisotropy on 2-D acoustic isotropic FWI is illustrated on a hydrophone data set of an ocean-bottom cable that was collected over the Valhall field in the North Sea. Multiscale FWI is implemented in the frequency domain by hierarchical inversions of increasing frequencies and decreasing aperture angles. The FWI models are appraised by local comparison with well information, seismic modelling, reverse-time migration (RTM) and source-wavelet estimation. A smooth initial VTI model parameterized by the vertical velocity V0 and the Thomsen parameters δ and ε were previously developed by anisotropic reflection traveltime tomography. The normal moveout (inline image) and horizontal (inline image) velocity models were inferred from the anisotropic models to perform isotropic FWI. The VNMO models allows for an accurate match of short-spread reflection traveltimes, whereas the Vh model, after updating by first-arrival traveltime tomography (FATT), allows for an accurate match of first-arrival traveltimes. Ray tracing in the velocity models shows that the first 1.5 km of the medium are sampled by both diving waves and reflections, whereas the deeper structure at the reservoir level is mainly controlled by short-spread reflections. Starting from the initial anisotropic model and keeping fixed δ and ε models, anisotropic FWI allows us to build a vertical velocity model that matches reasonably well the well-log velocities. Isotropic FWI is performed using either the NMO model or the FATT model as initial model. In both cases, horizontal velocities are mainly reconstructed in the first 1.5 km of the medium. This suggests that the wide-aperture components of the data have a dominant control on the velocity estimation at these depths. These high velocities in the upper structure lead to low values of velocity in the underlying gas layers (either equal or lower than vertical velocities of the well log), and/or a vertical stretching of the structure at the reservoir level below the gas. This bias in the gas velocities and the mispositioning in depth of the deep reflectors, also shown in the RTM images, are required to match the deep reflections in the isotropic approximation and highlight the footprint of anisotropy in the isotropic FWI of long-offset data. Despite the significant differences between the anisotropic and isotropic FWI models, each of these models produce a nearly-equivalent match of the data, which highlights the ill-posedness of acoustic anisotropic FWI. Hence, we conclude with the importance of considering anisotropy in FWI of wide-aperture data to avoid bias in the velocity reconstructions and mispositioning in depth of reflectors. Designing a suitable parameterization of the VTI acoustic FWI is a central issue to manage the ill-posedness of the FWI.
Published: 2011

19. Parallel algebraic hybrid linear solver for frequency domain acoustic wave modeling

Author: Ben-Hadj-Ali, Hafedh, Giraud, Luc, Haidar, Azzam, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, TOTAL-Scientific and Technical Center Jean Féger (CSTJF), TOTAL FINA ELF, High-End Parallel Algorithms for Challenging Numerical Simulations (HiePACS), Laboratoire Bordelais de Recherche en Informatique (LaBRI), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université Bordeaux Segalen - Bordeaux 2-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Innovative Computing Laboratory [Knoxville] (ICL), The University of Tennessee [Knoxville], Risques, Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR), SIAM, Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Université de Bordeaux (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Risques (Risques), Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre scientifique et Technique Jean Feger (CSTJF), Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-École Nationale Supérieure d'Électronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience
Published: 2009

20. FWT2D: A massively parallel program for frequency-domain full-waveform tomography of wide-aperture seismic data—Part 2: Numerical examples and scalability analysis

Author: Sourbier, Florent, Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Amestoy, Patrick, L'Excellent, Jean-Yves, Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR), Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et de Télécommunications (ENSEEIHT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), SEISCOPE BP, CGG-VERITAS, EXXON-MOBIL, SHELL, TOTAL, Project ANR-05-NT05-4247,Project ANR-05-NT05-4247, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Project ANR-05-NT05-4247, Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), and Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)
Subjects: Parallel computation, Full-waveform inversion, Seismic imaging
Abstract: International audience; This is the second paper in a two-part series that describes a massively parallel code that performs 2D full-waveform inversion of wide-aperture seismic data for imaging complex structures. We present several numerical validation of the full-waveform inversion code with both canonical and realistic synthetic examples. We illustrate how different multiscale strategies can be applied by either successive mono-frequency inversions or simultaneous multifrequency inversions and their impact on the convergence and the robustness of the inversion. We present a scalability analysis using a real marine data set recorded by a dense array of ocean bottom seismometers to image the crustal structure of a subduction zone. We obtained a speedup of 20 when using 50 processes on a PC cluster which allowed us to iteratively invert 13 frequencies of the full data set in less than 2 days. This computational performance will allow in the future more extensive analysis of full-waveform tomography methods when applied to representative case studies or when considering 3D geometries.
Published: 2009

21. 3D frequency-domain finite-difference modeling of accoustic wave propagation using a masively parallel direct solver: a feasable study

Author: Operto, Stéphane, Virieux, Jean, Amestoy, Patrick, Giraud, Luc, L'Excellent, Jean-Yves, Géoazur (GEOAZUR 6526), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et de Télécommunications (ENSEEIHT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT), Université de Toulouse (UT), Algorithms and Scheduling for Distributed Heterogeneous Platforms (GRAAL), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), and Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)
Subjects: [INFO.INFO-DS]Computer Science [cs]/Data Structures and Algorithms [cs.DS], [INFO.INFO-DC]Computer Science [cs]/Distributed, Parallel, and Cluster Computing [cs.DC], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience; no abstract
Published: 2006

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21 results on '"Operto, Stéphane"'

1. Three-dimensional finite-difference & finite-element frequency-domain wave simulation with multi-level optimized additive Schwarz domain-decomposition preconditioner: A tool for FWI of sparse node datasets

2. Several ways to achieve robustness when solving wave propagation problems

3. Large-scale finite-difference and finite-element frequency-domain seismic wave modelling with multi-level domain-decomposition preconditioner

4. Seismic Exploration of the Deep Structure and Seismogenic Faults in the Ligurian Sea by Joint Multi Channel and Ocean Bottom Seismic Acquisitions: Preliminary Results of the SEFASILS Cruise

5. High resolution seismic imaging in shallow salt environment: preliminary results from the SEFASILS campaign, NS11A-04

6. Building Initial Model for FWI From Ultra Long-Offset OBN Data by First-Arrival Traveltime + Slope Tomography

7. Toward a robust workflow for deep crustal imaging by FWI of OBS data: The eastern Nankai Trough revisited

8. Full waveform inversion and the truncated Newton method: quantitative imaging of complex subsurface structures

9. SMART: dissipative absorbing layer technique for general elastodynamics equations. Application as S-waves filter in acoustic TI media

10. Full Waveform Inversion and the truncated Newton: quantitative imaging of complex subsurface structures

11. Seismic elastic modeling for seismic imaging

12. Application of a preconditoned truncated Newton method to full waveform inversion

13. Complex structures imaging using Full Waveform Inversion: the benefits of the preconditioned truncated Newton method

14. Optimization schemes for Full Waveform Inversion: the preconditioned truncated Newton method

15. Applying Gauss-Newton and Exact Newton method to Full Waveform Inversion

16. Second-order adjoint state methods for Full Waveform Inversion

17. Three-dimensional parallel frequency-domain visco-acoustic wave modelling based on a hybrid direct/iterative solver

18. On the footprint of anisotropy on isotropic full waveform inversion: the Valhall case study

19. Parallel algebraic hybrid linear solver for frequency domain acoustic wave modeling

20. FWT2D: A massively parallel program for frequency-domain full-waveform tomography of wide-aperture seismic data—Part 2: Numerical examples and scalability analysis

21. 3D frequency-domain finite-difference modeling of accoustic wave propagation using a masively parallel direct solver: a feasable study

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