geophystechГеофизические технологииRussian Journal of Geophysical Technologies2619-1563IPGG SB RAS10.18303/2619-1563-2020-1-40geophystech-90Research ArticleСтатьиBASIC TOMO: обучающая программа для изучения роли свободных параметров и систем наблюдения в задачах томографииBASIC TOMO: an educational tool for investigating the role of controlling parameters and observation geometry in tomography problemsКулаковИ. Ю.KoulakovI. Yu.

КУЛАКОВ Иван Юрьевич – доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент РАН, заместитель директора, 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3, Россия; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1, Россия

Koptyug Ave., 3, Novosibirsk, 630090, Russia; Pirogova Str., 1, Novosibirsk, 630090, Russia

KoulakovIY@ipgg.sbras.ruИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН; Новосибирский государственный университетРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS; Novosibirsk State UniversityRussian Federation202023102020014054Copyright © Кулаков И.Ю., 20202020Кулаков И.Ю.Koulakov I.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjgt.ru/jour/article/view/90

Статья представляет программу томографии BASIC TOMO, которая специально разработана для образовательных целей и позволяет демонстрировать роль различных параметров при инверсии. Алгоритм использует упрощенную аппроксимацию лучей прямыми линиями и параметризацию модели посредством прямоугольных блоков. Процедура томографии сводится к решению системы линейных уравнений, которая осуществляется с помощью алгоритма LSQR. В данной работе представлены несколько упражнений, демонстрирующих влияние на инверсию различных факторов, таких как: шаг сетки, регуляризация, конфигурация лучей и уровень шума в данных. Расчеты проводятся для нескольких типов синтетических моделей. Все результаты, приведенные в статье, могут быть воспроизведены посредством версии алгоритма BASIC TOMO, приложенной в дополнительных материалах.

The paper presents an educational version of the tomography algorithm BASIC TOMO, which is aimed at demonstration of the role of different controlling parameters in inversion. The algorithm uses a simplified approximation of rays with straight lines and a model parameterization with the use of rectangular cells. The tomography procedure is reduced to solving a system of linear equations, which is performed using the LSQR method. This study presents several exercises showing the role of different factors in inversion, such as grid spacing, smoothing, ray configuration, and noise in the data. The calculations are performed for different types of synthetic models. All the results can be easily reproduced using the appended version of the BASIC TOMO code.

томографиярегуляризацияпараметризацияшумсинтетическое моделированиеtomographyregularizationparameterizationnoisesynthetic modelingReferencesEberhart-Phillips D. Local earthquake tomography: earthquake source regions // Seismic Tomography: Theory and Practice. Chapman and Hall, 1993. – P. 613–643.Eberhart-Phillips D. Local earthquake tomography: earthquake source regions // Seismic Tomography: Theory and Practice. Chapman and Hall, 1993. – P. 613–643.Husen S., Smith R.B., Waite G.P. Evidence for gas and magmatic sources beneath the Yellowstone volcanic field from seismic tomographic imaging // Journal of Volcanology and Geothermal Research. – 2004. – Vol. 131, No. 3–4. – P. 397–410.Husen S., Smith R.B., Waite G.P. Evidence for gas and magmatic sources beneath the Yellowstone volcanic field from seismic tomographic imaging // Journal of Volcanology and Geothermal Research. – 2004. – Vol. 131, No. 3–4. – P. 397–410.Kissling E., Husen S., Haslinger F. Model parametrization in seismic tomography: a choice of consequence for the solution quality // Physics of the Earth and Planetary Interiors. – 2001 – Vol. 123, No. 2–4. – P. 89–101.Kissling E., Husen S., Haslinger F. Model parametrization in seismic tomography: a choice of consequence for the solution quality // Physics of the Earth and Planetary Interiors. – 2001 – Vol. 123, No. 2–4. – P. 89–101.Koulakov I. LOTOS code for local earthquake tomographic inversion. Benchmarks for testing tomographic algorithms // Bulletin of the Seismological Society of America. – 2009. – Vol. 99, No. 1. – P. 194–214, doi: 10.1785/0120080013Koulakov I. LOTOS code for local earthquake tomographic inversion. Benchmarks for testing tomographic algorithms // Bulletin of the Seismological Society of America. – 2009. – Vol. 99, No. 1. – P. 194–214, doi: 10.1785/0120080013Кулаков И.Ю., Вологин Д.А., Пикалов В.В. Многосеточный алгоритм в задаче веерной ROI-томографии контрастных объектов // Вычислительные методы и программирование. – 2013. – № 14. – C.543–548.Koulakov I., Vologin, D., Pikalov, V.V. Miltigrid algorithm in the fan problem of ROI tomography of contrasted objects // Computing methods and programming. – 2013. – Vol.14. – P. 543–548Natterer F. The mathematics of computerized tomography. – Society for Industrial and Applied Mathematics, 2001. – 240 p. https://doi.org/10.1137/1.9780898719284Natterer F. The mathematics of computerized tomography. – Society for Industrial and Applied Mathematics, 2001. – 240 p. https://doi.org/10.1137/1.9780898719284Nolet G. Seismic wave propagation and seismic tomography. In Seismic Tomography. – Reidel, Dordrecht, 1987. – P. 1–23.Nolet G. Seismic wave propagation and seismic tomography. In Seismic Tomography. – Reidel, Dordrecht, 1987. – P. 1–23.Paige C.C., Saunders M.A. LSQR: An algorithm for sparse linear equations and sparse least squares // ACM Transactions on Mathematical Software. – 1982. – Vol. 8. – P. 43–71. https://doi.org/10.1145/355984.355989Paige C.C., Saunders M.A. LSQR: An algorithm for sparse linear equations and sparse least squares // ACM Transactions on Mathematical Software. – 1982. – Vol. 8. – P. 43–71. https://doi.org/10.1145/355984.355989Syracuse E.M., Maceira M., Zhang H., Thurber C.H. Seismicity and structure of Akutan and Makushin Volcanoes, Alaska, using joint body and surface wave tomography // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. – 2015. – Vol. 120, No. 2. – P.1036–1052.Syracuse E.M., Maceira M., Zhang H., Thurber C.H. Seismicity and structure of Akutan and Makushin Volcanoes, Alaska, using joint body and surface wave tomography // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. – 2015. – Vol. 120, No. 2. – P.1036–1052.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.