Migração FD 3D em profundidade usando aproximação de Padé complexa

A implementação convencional do método de migração por diferenças finitas 3D, usa a técnica de splitting inline e crossline para melhorar a eficiência computacional deste algoritmo. Esta abordagem torna o algoritmo eficiente computacionalmente, porém cria anisotropia numérica. Esta anisotropia numérica por sua vez, pode levar a falsos posicionamentos de refletores inclinados, especialmente refletores com grandes ângulos de mergulho. Neste trabalho, como objetivo de evitar o surgimento da anisotropia numérica, implementamos o operador de extrapolação do campo de onda para baixo sem usar a técnica splitting inline e crossline no domínio frequência-espaço via método de diferenças finitas implícito, usando a aproximação de Padé complexa. Comparamos a performance do algoritmo iterativo Bi-gradiente conjugado estabilizado (Bi-CGSTAB) com o multifrontal massively parallel solver (MUMPS) para resolver o sistema linear oriundo do método de migração por diferenças finitas. Verifica-se que usando a expansão de Padé complexa ao invés da expansão de Padé real, o algoritmo iterativo Bi-CGSTAB fica mais eficientes computacionalmente, ou seja, a expansão de Padé complexa atua como um precondicionador para este algoritmo iterativo. Como consequência, o algoritmo iterativo Bi-CGSTAB é bem mais eficiente computacionalmente que o MUMPS para resolver o sistema linear quando usado apenas um termo da expansão de Padé complexa. Para aproximações de grandes ângulos, métodos diretos são necessários. Para validar e avaliar as propriedades desses algoritmos de migração, usamos o modelo de sal SEG/EAGE para calcular a sua resposta ao impulso.

ABSTRACT: Conventional implementations of 3D finite-difference (FD) migration use splitting techniques to accelerate performace and save computational cost. However, such techniques are plagued with numerical anisotropy that jeopardizes correct positioning of dipping reflectors in the directions not used for the splitted operators. We implement 3D downward continuation migration without splitting in the space coordinates using a complex Padé approximation and implicit finite differences. In this way, the numerical anisotropy is eliminated at the expense of a computationally more intensive solution of a large banded linear system. We compare the performance of the iterative stabilized biconjugate gradient (Bi-CGSTAB) and the multifrontal massively parallel direct solver (MUMPS). It turns out that the use of the complex Padé approximation provides an effective preconditioner for the Bi-CGSTAB, reducing the number of iterations relative to the real Padé expansion of the FD operator. As a consequence, the iterative Bi-CGSTABmethod ismore efficient than the directMUMPSmethodwhen solving for a single termin the Padé expansion. Forwide angle approximations direct methods are required. These algorithms are validated and the properties evaluated computing themigration impulse response in the SEG/EAGE salt model.