معرفی روشی کم هزینه و خودکار در تولید انبوه داده مخزنی برای آموزش الگوریتم یادگیری عمیق با استفاده از شبیه‌سازی متوالی مستقیم

نوع مقاله : سایر مقالات

نویسندگان

1 استادیار؛ گروه مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی بیرجند

2 دانشجوی دکتری لرزه شناسی؛ دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

چکیده

موفقیت‌های اخیر در روش‌های وارون‌سازی شکل موج کامل مبتنی بر داده، منجر به رشد سریع تقاضا برای مجموعه داده‌های قابل دسترس به منظور استفاده در این مسائل شده است. کمبود مجموعه داده آموزشی به تعداد لازم و نزدیک به مدل‌های واقعی زیرسطحی برای آموزش شبکه‌های عصبی عمیق، یکی از کاستی‌های این روش ها در کاربردهایی ژئوفیزیکی است. برای حل این مشکل، در این مقاله، چارچوبی با استفاده از یک روش شبیه‌سازی زمین‌آماری برای تولید پایگاه داده آموزشی، استفاده شده است. ایده اصلی در این مقاله، استفاده از داده‌های چاه استخراج شده از مدل‌های مختلف و به تعداد دلخواه و قرارگیری در الگوریتم شبیه‌سازی متوالی مستقیم و شبیه‌سازی متوالی مستقیم توأمان است. در این روش، برای بدست آوردن مدل‌های سرعت یا مخزنی قابل استفاده برای شبکه عمیق، از آماره‌های اولیه (میانگین و واریانس) که از داده‌های چاه بدست می‌آید، در مراحل شبیه‌سازی استفاده می‌شود. همچنین با استفاده از الگوریتم شبیه‌سازی متوالی مستقیم توأمان و به کارگیری تصویر ثانویه (تصویر مدل اصلی با درصدهای متفاوت همبستگی) تولید مدل‌های با پیوستگی بیشتر ارائه شده است. استفاده از درصدهای مختلف همبستگی تصویر ثانویه منجر به تولید مدل‌های متنوع زمین‌شناسی شده است. در این مقاله، مثال‌های گوناگونی از مدل‌های سرعت معروف، انتخاب و چارچوب ارائه شده بر روی آنها اعمال گردیده است. اگرچه محدودیتی در استفاده از ضرایب همبستگی متنوع وجود ندارد، به عنوان نمونه، ضرایب همبستگی 30، 50 و 70 درصد برای استفاده از تصویر ثانویه در تولید داده آموزشی استفاده شده است. نتایج، نشان‌دهنده تولید پایگاه آموزشی با مدل‌های مرتبط با ساختارهای زمین‌شناسی متنوع است.

کلیدواژه‌ها


Aghamiry, H. S., Gholami, A., and Operto, S., 2019, Implementing bound constraints and total-variation regularization in extended full-waveform inversion with the alternating direction method of multiplier: Application to large contrast media. Geophysical Journal International, 218(2), 855–872.
Araya-Polo, M., Jennings, J., Adler, A. and Dahlke, T., 2018, Deep-learning tomography. Leading Edge, 37(1), 58–66.
Deutsch, C.V. and Journel, A.G., 1992, GSLIB: Geostatistical software library and user's guide, Oxford Univ Press, New York. 340.
Fang, J., Zhou, H., Elita Li, Y., Zhang, Q., Wang, L., Sun, P. and Zhang, J., 2020, Data-driven low-frequency signal recovery using deep-learning predictions in full-waveform inversion. Geophysics, 85(6), A37–A43.
Herrmann, F. J., A. Siahkoohi, and G. Rizzuti. Learned imaging with constraints and uncertainty quantification. In Neural Information Processing Systems (NeurIPS), 2019, Deep Inverse Workshop.
Johnson, J., Alahi, A. and Fei-Fei, L., 2016, Perceptual losses for real-time style transfer and super-resolution, European conference on computer vision. Springer, pp. 694–711.
Kaur, H., Pham, N., & Fomel, S., 2021, Seismic data interpolation using deep learning with generative adversarial networks. Geophysical Prospecting, 69(2), 307–326.
Laloy, E., Linde, N., Ruffino, C., Hrault, R., Gasso, G. and Jacques, D., 2019, Gradientbased deterministic inversion of geophysical data with generative adversarial networks: Is it feasible? Computers & Geosciences, 133, 104333.
Lecun, Y., Bengio, Y., & Hinton, G., 2015, Deep learning. Nature, 521(7553), 436–444.
Li, S., Liu, B., Ren, Y., Chen, Y., Yang, S., Wang, Y. and Jiang, P. (2020, Deep-Learning Inversion of Seismic Data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 58(3), 2135–2149.
Mao, B., Han, L. G., Feng, Q. and Yin, Y. C. (2019). Subsurface velocity inversion from deep learning-based data assimilation. Journal of Applied Geophysics, 167, 172–179.
Ovcharenko, O. V., Kazei, D. P. and Alkhalifah, T., 2019, Style transfer for generation of realistically textured subsurface models: 89th Annual International Meeting, SEG, Expanded Abstracts, doi: 10.1190/segam2019- 3216349.1.
Ren, Y., Xu, X., Yang, S., Nie, L. and Chen, Y., 2020, A Physics-Based Neural-Network Way to Perform Seismic Full Waveform Inversion. IEEE Access, 8, 112266–112277.
Rezaee, H., D. Marcotte, P. Tahmasebi, and Saucier, A., 2015, Multiple-point geostatistical simulation using enriched pattern databases, Stochastic Environ. Res. Risk Assess., 29(3), 893–913
Siahkoohi, A., Rizzuti, G. and Herrmann, F. J., Deep bayesian inference for seismic imaging with tasks. arXiv preprint arXiv:2110.04825, 2021.
Siwei Yu, Jianwei Ma, and Wenlong Wang, 2019, Deep learning for denoisingdeep learning for denoising. Geophysics, 84(6):V333–V350.
Shihang Feng, Youzuo Lin, and Brendt Wohlberg, 2021, Multiscale data-driven seismic full-waveform inversion with field data study. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, pp. 1–14.
Soares, A., 2001, Direct Sequential Simulation and Cosimulation, Mathematical Geology, 33, 911-926.
Tran, T.T., Deutsch, C.V. and Xie, Y., 2001, Direct Geostatistical Simulation With Multiscale Well, Seismic, and Production Data, SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Vol. SPE Paper Number 71323. Society of Petroleum Engineers.
Virieux, J., and Operto, S., 2009, An overview of full-waveform inversion in exploration geophysics. Geophysics, 74(6). https://doi.org/10.1190/1.3238367
Wu, Y. and Lin, Y., 2019, InversionNet: An Efficient and Accurate Data-Driven Full Waveform Inversion. IEEE Transactions on Computational Imaging, 6, 419–433.
Yang, F. and Ma, J., 2019, Deep-learning inversion: A next-generation seismic velocity model building method. Geophysics, 84(4), R583–R599.