Inversion techniques are widely used to reconstruct subsurface physical properties (e.g., velocity, conductivity) from surface-based geophysical measurements (e.g., seismic, electric/magnetic (EM) data). The problems are governed by partial differential equations (PDEs) like the wave or Maxwell's equations. Solving geophysical inversion problems is challenging due to the ill-posedness and high computational cost. To alleviate those issues, recent studies leverage deep neural networks to learn the inversion mappings from measurements to the property directly. In this paper, we show that such a mapping can be well modeled by a very shallow (but not wide) network with only five layers. This is achieved based on our new finding of an intriguing property: a near-linear relationship between the input and output, after applying integral transform in high dimensional space. In particular, when dealing with the inversion from seismic data to subsurface velocity governed by a wave equation, the integral results of velocity with Gaussian kernels are linearly correlated to the integral of seismic data with sine kernels. Furthermore, this property can be easily turned into a light-weight encoder-decoder network for inversion. The encoder contains the integration of seismic data and the linear transformation without need for fine-tuning. The decoder only consists of a single transformer block to reverse the integral of velocity. Experiments show that this interesting property holds for two geophysics inversion problems over four different datasets. Compared to much deeper InversionNet, our method achieves comparable accuracy, but consumes significantly fewer parameters.


翻译:反向技术被广泛用于重建地表下物理特性( 如速度、 导电), 重建地表地球物理测量的地下物理特性( 例如地震、 电磁( EM) 数据 ) 。 这些问题由波或马克斯韦尔 等方程式等部分差异方程式( PDEs ) 调节。 解决地球物理反向问题具有挑战性, 其原因在于不正确和高计算成本高。 为了缓解这些问题, 最近的研究利用深神经网络从测量到属性的反向绘图。 在本文中, 这样的绘图可以通过一个非常浅的( 但不宽) 的( 深的) 地球物理参数( ) 来模拟。 这个问题的实现是基于我们新发现的、 部分偏差的属性( PPDE) : 输入和输出之间的近线性关系, 在高空空间应用整体变异变。 特别是当处理从地震数据转换到由波方程式调节的地表下速度时, 高内内核的速度的完整结果只能直成直径的直径数据 。 。 直径数据转换为直径数据的直径数据转换为直径数据 。 。 。 在正序网络中, 很容易地变为直径变为直径变 。,,, 数据将数据将数据 的直径变为 。

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