<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">dpg</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Динамические процессы в геосферах</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Dynamic Processes in Geospheres</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2222-8535</issn><issn pub-type="epub">2949-0995</issn><publisher><publisher-name>IDG RAS</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.26006/29490995_2023_15_3_38</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">dpg-160</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ГЕОМЕХАНИКА, ФЛЮИДОДИНАМИКА И СЕЙСМОЛОГИЯ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>GEOMECHANICS, FLUID DYNAMICS, AND SEISMOLOGY</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>ПРИМЕНЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛНОВЫХ ФОРМ ДЛЯ СОЗДАНИЯ МОДЕЛИ ГЛУБОКОГО МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ ВЫДЕЛЕНИЯ ПЕРВЫХ ВСТУПЛЕНИЙ НА СЕЙСМИЧЕСКИХ ЗАПИСЯХ</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>APPLICATION OF SYNTHETIC WAVEFORMS FOR CREATING A DEEP LEARNING MODEL FOR IDENTIFYING FIRST ARRIVALS IN SEISMIC RECORDS</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-5447-280X</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Барышников</surname><given-names>Н. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Baryshnikov</surname><given-names>N. A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">NABarysh@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-7890-8188</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Абзалилов</surname><given-names>И. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Abzalilov</surname><given-names>I. A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">abzalilov.ia@phystech.edu</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-1058-296X</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Турунтаев</surname><given-names>С. Б.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Turuntaev</surname><given-names>S. B.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">stur@idg.ras.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru">Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН<country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en">Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences<country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru">Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН;&#13;
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)<country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en">Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences;&#13;
Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)<country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2023</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>29</day><month>11</month><year>2023</year></pub-date><volume>15</volume><issue>3</issue><fpage>38</fpage><lpage>53</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Барышников Н.А., Абзалилов И.А., Турунтаев С.Б., 2023</copyright-statement><copyright-year>2023</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Барышников Н.А., Абзалилов И.А., Турунтаев С.Б.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Baryshnikov N.A., Abzalilov I.A., Turuntaev S.B.</copyright-holder><license license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.dyngeo.ru/jour/article/view/160">https://www.dyngeo.ru/jour/article/view/160</self-uri><abstract><p>Задача данной работы – построение метода анализа записей сигналов группы станций, полученных в ходе микросейсмического мониторинга с использованием нейронной сети с целью выделения моментов первых вступлений. Новизна предлагаемого метода заключается в использовании Wavelet Scattering для выделения признаков, что существенно упрощает процесс обучения модели по сравнению с традиционно применяемыми свёрточными нейронными сетями. Использованная в модели архитектура Transformer позволила реализовать обмен информацией между произвольным числом принимающих станций и, тем самым, определять времена вступлений на отдельных станциях на основе информации всей группы. Обучение модели проводилось на полностью синтетических данных. Такой подход по сравнению с обучением на реальных данных может позволить получить модель с лучшей обобщающей способностью, так как синтетические данные отражают механику процесса возникновения и распространения упругих колебаний и при этом не искажены локальными условиями и особенностями регистрации сигналов. Исследован ряд стратегий аугментации (модификации данных обучающей выборки) путём наложения шума с целью увеличения устойчивости модели к шуму. Наилучшее соотношение устойчивости к шуму и точности модели было получено при наложении Гауссовского шума со случайным стандартным отклонением. Результаты работы могут быть использованы при построении моделей глубокого обучения, обучаемых как на синтетических, так и на реальных сейсмических записях.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The goal of this study was to develop a method for analyzing signal records from a group of stations acquired during microseismic monitoring using a neural network to identify the moments of first arrivals. The novelty of the proposed method lies in the use of Wavelet Scattering for feature extraction, which significantly simplifies the model training process compared to traditionally used convolutional neural networks. The Transformer architecture used in the model allows for information exchange between an arbitrary number of recording stations, thereby determining arrival times at individual stations based on information from the entire group. The model was trained on fully synthetic data. This approach, compared to training on real data, may lead to a model with better generalization capabilities, as synthetic data reflect the mechanics of the generation and propagation of elastic waves without being influenced by local conditions and signal registration features. Several data augmentation strategies were explored, including adding noise to increase the model’s robustness to noise. The best balance between noise robustness and model accuracy was achieved by adding Gaussian noise with random standard deviation. The results of this study can be used in the development of deep learning models trained on both synthetic and real seismic records.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>микросейсмический мониторинг</kwd><kwd>машинное обучение</kwd><kwd>синтетические волновые формы</kwd><kwd>выделение фаз</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>microseismic monitoring</kwd><kwd>machine learning</kwd><kwd>synthetic waveforms</kwd><kwd>phase picking</kwd></kwd-group><funding-group xml:lang="ru"><funding-statement>Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ (тема № 122032900167-1).</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
