Migração FFD 3D em profundidade usando aproximação de Padé complexa

Implementações dos métodos de migração diferença finita e Fourier (FFD) usam fatoração direcional para acelerar a performance e economizar custo computacional. Entretanto essa técnica introduz anisotropia numérica que podem erroneamente posicionar os refletores em mergulho ao longo das direções em que o não foi aplicado a fatoração no operador de migração. Implementamos a migração FFD 3D, sem usar a técnica do fatoração direcional, no domínio da frequência usando aproximação de Padé complexa. Essa aproximação elimina a anisotropia numérica ao preço de maior custo computacional buscando a solução do campo de onda para um sistema linear de banda larga. Experimentos numéricos, tanto no modelo homogêneo e heterogêneo, mostram que a técnica da fatoração direcional produz notáveis erros de posicionamento dos refletores em meios com forte variação lateral de velocidade. Comparamos a performance de resolução do algoritmo de FFD usando o método iterativo gradiente biconjugado estabilizado (BICGSTAB) e o multifrontal massively parallel direct solver (MUMPS). Mostrando que a aproximação de Padé complexa é um eficiente precondicionador para o BICGSTAB, reduzindo o número de iterações em relação a aproximação de Padé real. O método iterativo BICGSTAB é mais eficiente que o método direto MUMPS, quando usamos apenas um termo da expansão de Padé complexa. Para maior ângulo de abertura do operador, mais termos da série são requeridos no operador de migração, e neste caso, a performance do método direto é mais eficiente. A validação do algoritmo e as propriedades da evolução computacional foram avaliadas para a resposta ao impulso do modelo de sal SEG/EAGE.

ABSTRACT: Fourier finite-difference (FFD) migration implementations use splitting techniques to accelerate performace and save computational cost. However, such techniques introduce numerical anisotropy which leads to mispositioning of dipping reflectors along directions not used for splitting the migration operator. We implement 3D FFD continuation migration without splitting in the frequency-space domain using the complex Padé approximation and implicit finite differences. This approach eliminates numerical anisotropy at the expense of a computationally more intensive solution of a large banded linear system. Numerical experiments in homogeneous and heterogeneous models show that splitting techniques produce noticiable positioning erros for models with strong lateral velocity variation. We compare the performance of the iterative stabilized biconjugate gradient (BICGSTAB) 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 BICGSTAB, reducing the number of iterations relative to the real Padé expansion. The iterative BICGSTAB method is more efficient than the direct MUMPS method when solving for a single term in the Padé expansion. For wide angle approximations more terms are required to represent the migration operator, in this case direct methods are required. The algorithm is validated and the properties evaluated computing the migration impulse response in the SEG/EAGE salt model.