Extended full-waveform inversion (FWI) has shown promising results for accurate estimation of subsurface parameters when the initial models are not sufficiently accurate. Frequency-domain applications have shown that the augmented Lagrangian (AL) method solves the inverse problem accurately with a minimal effect of the penalty parameter choice. Applying this method in the time domain, however, is limited by two main factors: (1) The challenge of data-assimilated wavefield reconstruction due to the lack of an explicit time-stepping and (2) The need to store the Lagrange multipliers, which is not feasible for the field-scale problems. We show that these wavefields are efficiently determined from the associated data (projection of the wavefields onto the receivers space) by using explicit time stepping. Accordingly, based on the augmented Lagrangian, a new algorithm is proposed which performs in "data space" (a lower dimensional subspace of the full space) in which the wavefield reconstruction step is replaced by reconstruction of the associated data, thus requiring optimization in a lower dimensional space (convenient for handling the Lagrange multipliers). We show that this new algorithm can be implemented efficiently in the time domain with existing solvers for the FWI and at a cost comparable to that of the FWI while benefiting from the robustness of the extended FWI formulation. The results obtained by numerical examples show high-performance of the proposed method for large scale time-domain FWI.


翻译:在初始模型不够准确的情况下,扩展的全波形反转(FWI)在准确估计表层下参数方面显示了令人乐观的结果,初始模型不够准确时,频域应用显示,增强拉格朗吉亚(AL)方法以刑罚参数选择的最小效果准确地解决了反问题。但在时间域应用这种方法受到两个主要因素的限制:(1) 由于缺乏明确的时间间隔,数据反射波场重建的挑战,(2) 需要储存拉格兰乘数,这对于外地规模问题来说是不可行的。我们表明,这些波域是通过使用明确的时间阶梯从相关数据(将波场投射到接收器空间)中有效确定的。因此,根据扩大的拉格朗吉亚法,建议采用新的算法,在“数据空间”(全空间的较低维度子空间)中进行演练,以重建相关数据取代波地重建步骤,从而需要在较低维度的空间中优化(用于处理拉格兰基时序乘数乘数的比重)。我们表明,在FWI的高频域中,可以有效地采用新的轨算法,同时在FWI的高频域中以可比较的方式使FWI高的计算得到。

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