ChattingWith Aldo Vesnaver & Eleonora Denich

Name: Aldo VESNAVER (avesnaver@inogs.it)

Education: MSc in Physics (1983); PhD in Geophysics (1990)

INOGS employee since: 1983 – 2011; 2006 – present

Current job title: Research Manager (Geophysics)

My job in a few words:  Development of algorithms and computer codes for geophysical data processing, integrated analysis of active and passive seismic, near surface geophysics, Seismic tomography.

Experience:

• 2012: Principal Investigator in a Project about Geomechanical Tomography, funded by Saudi Aramco, in cooperation with the Stanford University.
• 2011: Principal Investigator in a Project about Uncoupled Acoustic Sensors, funded by KACST (Saudi Arabia).
• 2010-2013: Principal Investigator of a Project about Active and Passive Seismic, funded by the King Fahd University in the Research Group Program (Saudi Arabia).
• 2003 – 2004: Project Co-Leader of a feasibility study for Saudi Aramco about “Reservoir monitoring in Central Saudi Arabia”.
• 1998 – 2001: Project Leader of the Project 4D-TAIL, funded by the European Union (contract n.OG/129/97), involving partners as Total (France) and Norsk Hydro (Norway).
• 1996 – 1999: Project Leader of the TO-3D Project funded by the European Union (in the Thermie Program), involving oil companies as OMV and Norsk Hydro, and research institutes as TNO (The Netherlands) and DMT (Germany).
• 1995 – 1998: Task Leader of a Project funded by the European Union (in the Essi-Esprit Program), for the conversion of a 3D tomography code from FORTRAN 77 to FORTRAN 90 in a parallel and distributed computing environment.
• 1990 – 1992: Project Leader in an R&D Project for the Italian oil company Eni-Agip, aimed at developing software for the 3D traveltime inversion.

La Sezione italiana EAGE-SEG ha intervistato Aldo Vesnaver e Eleonora Denich, ricercatori di geofisica presso l’istituto INOGS di Trieste, sulle future prospettive della Seismic Inversion, focalizzandosi sulle tecniche di Machine Learning e Artificial intelligence.

Quali sono le più importanti applicazioni di Seismic Inversion nel vostro istituto di ricerca?

A.V: Nel nostro gruppo convivono due filoni di ricerca che vanno indietro nel tempo negli ultimi 10/20 anni:

• Tomografia sismica;
• Modelling sismico (la persona di riferimento in ambito internazionale è Jose Carcione).

Considerando queste due branche della geofisica, stiamo lavorando da un anno e mezzo circa per costruire un approccio nostro per la “Full Waveform Inversion” che non vuole replicare quello che già esiste ma, cercare delle vie nuove che consentano di ridurre i costi computazionali.

In particolare stiamo pensando fin dall’inizio di sviluppare un codice parallelo. Abbiamo proposto alcuni progetti per ottenere un finanziamento poliennale dall’European research council (ERC) e del fondo incrementale per lo sviluppo della ricerca.

Secondo voi, quali sono gli obiettivi futuri della ricerca sulla Seismic Inversion?

E.D.: a mio avviso, ultimamente i ricercatori stanno sviluppando algoritmi in parallelo di FWI, utilizzando strumenti come l’High-Performance-Computing per implementare tecniche di Machine Learning per l’analisi di Big data, ad esempio tramite algoritmi genetici.

A.V.: in futuro, non dovremo limitarci a stimare solamente le velocità P ma, dovremo lavorare di più sul fronte elastico ed estendere l’analisi anche al campo anelastico. Potremmo ottenere buoni risultati anche sul fronte dell’anisotropia ma per il momento rimango un po’ scettico. In ottica di riduzione dei tempi di calcolo, come ha detto Eleonora, credo che l’intelligenza artificiale sia una nuova frontiera molto promettente.

Io da vecchio fisico amo molto questa tecnica. Spero che l’utilizzo dell’intelligenza artificiale sia un modo per migliorare la conoscenza fisico/analitica del problema, costituendo un approccio più robusto per rappresentare la natura che ci circonda.

Entrambi avete citato il calcolo parallelo, l’intelligenza artificiale, il Machine Learning; quale è stato l’impatto di queste tecnologie sulla geofisica odierna?

E.D.: oggigiorno l’utilizzo massiccio dell’intelligenza artificiale è diventata quasi una moda. Come dice Aldo, non si dovrebbero utilizzare subito tecniche come le Neural Network. In primis, bisogna cercare di semplificare il problema dal punto di vista analitico, definendo delle sensate funzioni di ottimizzazione. Già in partenza si può fare molto senza ricorrere subito ai super calcolatori.

A.V.: Sono assolutamente d’accordo. Vorrei aggiungere una nota storica…ricordo che negli anni 90, andavano molto di moda i sistemi esperti, sembrava che questi sarebbero stati il futuro della geofisica. In realtà dopo 10 anni che se ne parlava, la rivoluzione non si è vista, adesso c’è stato un ventennio in cui nessuno ne ha più parlato.

Adesso rispunta un’altra moda nei confronti della quale, sebbene abbia della sostanza, bisognerebbe eliminare un po’ il fumo che le sta attorno. Desidero aggiungere che molti temi critici, già accennati da Eleonora, come ad esempio il super calcolo, in realtà sono sempre stati un punto chiave della geofisica. Quindi non sono completamente innovativi.

La quantità di dati raccolti è in forte espansione. Si è sempre saputo che questo sarebbe successo. Mi riferisco in particolare alle tecniche di acquisizione single source – single receiver, al campionamento spaziale molto fitto…la micro-sismicità e il time lapse hanno dei dataset enormi. Sono tutta una serie di tecnologie che non son nuove ma che sono maturate nel corso degli ultimi 20-30 anni. Più che di novità, oggi parlerei di continua evoluzione.

Quali sono i campi di applicazione della vostra attività di ricerca e chi sono i vostri principali clienti?

E.D.: l’obiettivo della FWI è quello di avere una mappatura in alta risoluzione del sottosuolo. Questi algoritmi puntano verso la scoperta di risorse energetiche di vario tipo, dagli idrocarburi alla geotermia. Questa tecnica può essere utilizzata anche per l’individuazione di bacini di acqua dolce, di risorse minerarie o addirittura per ottenere una mappatura del rischio sismico. I nostri principali clienti sono grosse società energetiche ed ingegneristiche.

A.V.: a causa della recente crisi economica, aggravata dalla pandemia di Covid-19, gli enti pubblici e privati hanno tagliato gli investimenti per la ricerca negli ultimi 10-15 anni. L’OGS sviluppa molti progetti per compagnie esterne, seppur sono diminuiti ultimamente. Minori tagli sono stati fatti finora nel settore pubblico. Le commesse si stanno spostando, ma non per nostra scelta, dal privato al pubblico.

Quando ho cominciato a lavorare all’OGS nel 1983, incredibilmente il 90, 95 % del nostro budget veniva da fonti private. Oggi siamo al 50 e 50 (i.e. ministeri, enti pubblici, ecc.).

Quali possono essere secondo voi le prospettive e le opportunità future della Seismic Inversion all’interno del contesto di transizione energetica?

E.D.: non so fino a quanto ancora si potrà andare avanti a cercare petrolio. L’attività di ricerca incomincerà a spostarsi verso fonti energetiche alternative come ricerca di bacini di acqua dolce. Inoltre grande risalto verrà dato a tutte le applicazioni per l’ingegneria, la mappatura del rischio sismico, che ritengo fondamentali in ottica di prevenzione.

A.V.: petrolio ce n’è tanto e finirà forse fra 200 anni. Le preoccupazioni ambientali sono il killer del settore Oil&Gas. Sicuramente la produzione di idrocarburi andrà in declino. Ma io sono molto ottimista sull’uso della geofisica e dell’inversione in particolare, sia per le applicazioni citate da Eleonora come l’idrologia, (cosa che l’OGS l’ha fatto negli ultimi 20/25 anni anche con risultati importanti), sia per la geotermia a bassa temperatura, per poter usare l’acqua calda profonda.

Inoltre, esiste un’applicazione del futuro che io non vedo particolarmente in rilievo sui giornali, che secondo me potrebbe avere dei risvolti interessanti…le cosiddette terre rare, i metalli che servono a fare le batterie, il litio, o materiali che servono per i semi-conduttori.

Ultimamente la Cina ha minacciato gli USA di bloccarne le esportazioni, questo subito ha ricondotto Trump a miti consigli, perché se oggi si fermasse la produzione di terre rare, le quali abbondano in Cina, il mondo si fermerebbe. Questo potrebbe essere il nuovo petrolio.

Ovviamente le tecniche di produzione ed esplorazione, sono completamente diverse ma che comunque richiedono geofisica. Credo che un’inversione integrata multi-parametrica, non solo di parametri VP, VS, Q, ecc… ma anche di parametri elettrici ad esempio, possono essere una nuova frontiera. La mancanza mondiale di materiale per le batterie accompagnata dalla transizione dai fossili all’energia elettrica sostenibile, potrebbe essere un forte “trigger” per dare un nuovo impulso ad un‘altra tipologia di geofisica che è sempre esistita ma che è sempre stata un po’ la cugina povera della ricerca petrolifera.

Aldo se dovessi dare un consiglio ad un ragazzo che iscrive oggi all’università o magari si sta laureando e che vorrebbe lavorare nel mondo della seismic inversion, cosa gli diresti?

A.V.: gli direi che ha fatto un’ottima scelta per almeno 3 motivi. Partiamo dallo scenario peggiore: il ragazzo non trova lavoro – il ragazzo avrebbe una professionalità nel campo del super calcolo spendibile all’istante.

Ipotesi intermedia: si c’è qualche posto di lavoro, magari anche molto ben pagato, specialmente all’estero, quindi se uno vuole mettere su famiglia, è un ottimo investimento.

Ipotesi migliore: ci sono pochissime persone che stanno seguendo questa strada, quindi credo che le probabilità di trovare impiego anche in Italia, sono molto più alte rispetto ad altre specializzazioni. Quindi, secondo me è un’ottima scelta, quale che sia l’esito e le scelte personali di vita che uno ha.