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FWT2D: A massively parallel program for frequency-domain full-waveform tomography of wide-aperture seismic data—Part 1: Algorithm

Title: FWT2D: A massively parallel program for frequency-domain full-waveform tomography of wide-aperture seismic data—Part 1: Algorithm
Authors: Sourbier, Florent; Operto, Stéphane; Virieux, Jean; Amestoy, Patrick; L'Excellent, Jean-Yves
Contributors: Géoazur (GEOAZUR 6526); Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur; Université Côte d'Azur (UniCA)-Université Côte d'Azur (UniCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT); Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG); Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et de Télécommunications (ENSEEIHT); Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP); Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse); Algorithms and Scheduling for Distributed Heterogeneous Platforms (GRAAL); Centre Inria de l'Université Grenoble Alpes; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP); École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon); Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL); Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon); Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS); Project ANR-05-NT05-4247; SEISCOPE consortium sponsored by BP, CGG-VERITAS, EXXON-MOBIL, SHELL, TOTAL
Source: ISSN: 0098-3004.
Publisher Information: CCSD; Elsevier
Publication Year: 2009
Collection: Université Toulouse III - Paul Sabatier: HAL-UPS
Subject Terms: Seismic imaging; Full-waveform inversion; Parallel computation
Description: International audience ; This is the first paper in a two-part series that describes a massively parallel code that performs 2D frequency-domain full-waveform inversion of wide-aperture seismic data for imaging complex structures. Full-waveform inversion methods, namely quantitative seismic imaging methods based on the resolution of the full wave equation, are computationally expensive. Therefore, designing efficient algorithms which take advantage of parallel computing facilities is critical for the appraisal of these approaches when applied to representative case studies and for further improvements. Full-waveform modelling requires the resolution of a large sparse system of linear equations which is performed with the massively parallel direct solver MUMPS for efficient multiple-shot simulations. Efficiency of the multiple-shot solution phase (forward/backward substitutions) is improved by using the BLAS3 library. The inverse problem relies on a classic local optimization approach implemented with a gradient method. The direct solver returns the multiple-shot wavefield solutions distributed over the processors according to a domain decomposition driven by the distribution of the LU factors. The domain decomposition of the wavefield solutions is used to compute in parallel the gradient of the objective function and the diagonal Hessian, this latter providing a suitable scaling of the gradient. The algorithm allows one to test different strategies for multiscale frequency inversion ranging from successive mono-frequency inversion to simultaneous multifrequency inversion. These different inversion strategies will be illustrated in the following companion paper. The parallel efficiency and the scalability of the code will also be quantified.
Document Type: article in journal/newspaper
Language: English
DOI: 10.1016/j.cageo.2008.04.013
Availability: https://insu.hal.science/insu-00354703; https://doi.org/10.1016/j.cageo.2008.04.013
Accession Number: edsbas.F1919372
Database: BASE