Microseismic source imaging plays a significant role in passive seismic monitoring. However, such a process is prone to failure due to the aliasing problem when dealing with sparse measured data. Thus, we propose a direct microseismic imaging framework based on physics-informed neural networks (PINNs), which can generate focused source images, even with very sparse recordings. We use the PINNs to represent a multi-frequency wavefield and then apply the inverse Fourier transform to extract the source image. Specially, we modify the representation of the frequency-domain wavefield to inherently satisfy the boundary conditions (the measured data on the surface) by means of the hard constraint, which helps to avoid the difficulty in balancing the data and PDE losses in PINNs. Furthermore, we propose the causality loss implementation with respect to depth to enhance the convergence of PINNs. The numerical experiments on the Overthrust model show that the method can admit reliable and accurate source imaging for single- or multiple- sources and even in passive monitoring settings. Then, we further apply our method on the hydraulic fracturing field data, and demonstrate that our method can correctly image the source.


翻译:微震源成像在被动地震监测中起着重要作用。然而,当处理稀疏的测量数据时,这种过程容易失败,因为会出现混叠问题。因此,我们提出了一种基于物理约束神经网络(PINN)的直接微震成像框架,即使在非常稀疏的记录情况下也能生成聚焦的源图像。我们使用PINN来表示多频波场,然后应用逆Fourier变换来提取源图像。特别地,我们通过硬约束的方式修改频域波场的表示方式,以内在地满足边界条件(在表面上的测量数据),这有助于避免在PINN中平衡数据和PDE损失的困难。此外,我们提出了一种因果性损失的实现方法,针对深度进行增强以提高PINN的收敛性。在Overthrust模型上的数值实验表明,该方法可以针对单个或多个源进行可靠准确的源成像,甚至在通过动态监测设置时也能有效实现。然后,我们进一步将我们的方法应用于水力压裂领域数据,并证明了我们的方法可以正确成像源。

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