Markov Chain Monte Carlo Non-linear Geophysical Inversion with an Improved Proposal Distribution: Application to Geo-electrical Data

سال انتشار: 1401
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 61

فایل این مقاله در 18 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JESPHYS-48-4_010

تاریخ نمایه سازی: 26 مهر 1402

چکیده مقاله:

Geophysical inverse problems seek to provide quantitative information about geophysical characteristics of the Earth’s subsurface for indirectly related data and measurements. It is generally formulated as an ill-posed non-linear optimization problem commonly solved through deterministic gradient-based approaches. Using these methods, despite fast convergence properties, may lead to local minima as well as impend accurate uncertainty analysis. On the contrary, formulating a geophysical inverse problem in a probabilistic framework and solving it by constructing the multi-dimensional posterior probability density (PPD) allow for complete sampling of the parameter space and the uncertainty quantification. The PPD is numerically characterized using Markov Chain Monte Carlo (MCMC) approaches. However, the convergence of the MCMC algorithm (i.e. sampling efficiency) toward the target stationary distribution highly depends upon the choice of the proposal distribution. In this paper, we develop an efficient proposal distribution based on perturbing the model parameters through an eigenvalue decomposition of the model covariance matrix in a principal component space. The covariance matrix is retrieved from an initial burn-in sampling, which is itself initiated using a linearized covariance estimate. The proposed strategy is first illustrated for inversion of hydrogeological parameters and then applied to synthetic and real geo-electrical data sets. The numerical experiments demonstrate that the presented proposal distribution takes advantage of the benefits from an accelerated convergence and mixing rate compared to the conventional Gaussian proposal distribution.

کلیدواژه ها:

Markov Chain Monte Carlo ، Non-linear inverse problem ، Perturbation models ، Principal Component Analysis (PCA) ، Proposal distribution

نویسندگان

Zahra Tafaghod Khabaz

Department of Earth Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran. E-mail: zahratafaghod۷۳@gmail.com

Reza Ghanati

Corresponding Author, Department of Earth Physics, Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran. E-mail: rghanati@ut.ac.ir

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Andrieu, C., & Thoms, J. (۲۰۰۸). A tutorial on adaptive ...
  • Blatter, D., Key, K., Ray, A., Foley, N., Tulaczyk, S., ...
  • Blatter, D., Ray, A., & Key, K. (۲۰۲۱). Two dimensional ...
  • Cui, T., Fox, C., & O’Sullivan, M.J. (۲۰۱۱). Bayesian calibration ...
  • Dettmer, J., & Dosso, S.E. (۲۰۱۲). Trans dimensional matched-field geoacoustic ...
  • Dosso, S.E, Holland, C.W., & Sambridge, M. (۲۰۱۲). Parallel tempering ...
  • Ferris, J.G., & Knowles, D.B. (۱۹۶۳). The slug-injection test for ...
  • Gelfand, A.E., Hills, S.E., Racine-Poon, A., & Smith, A.F.M. (۱۹۹۰). ...
  • Gelfand, A., & Smith, A. (۱۹۹۰). Sampling-based approaches to calculating ...
  • Geman, S., & Geman, D. (۱۹۸۴). Stochastic relaxation, Gibbs distributions, ...
  • Ghanati, R., & Müller-Petke, M. (۲۰۲۱). A homotopy continuation inversion ...
  • Tafaghod Khabaz, Z., & Ghanati, R. (۲۰۲۳). Investigation of Smooth ...
  • Günther, T., & Müller-Petke, M. (۲۰۱۲). Hydraulic properties at the ...
  • Haario, H., Saksman, E., & Tamminen, J. (۲۰۰۱). An adaptive ...
  • Haario, H., Laine, M., Mira, A., & Saksman, E. (۲۰۰۶). ...
  • Hastings, H. (۱۹۷۰). Monte Carlo sampling methods using Markov chains ...
  • Higdon, D., Lee, H., & Bi, Z. (۲۰۰۲). A Bayesian ...
  • Koefoed, O. (۱۹۷۹). Geosounding Principles, Elsevier, Amsterdam ...
  • Metropolis, N., Rosenbluth, A.W., Rosenbluth, M.N., & Teller, A.H. (۱۹۵۳). ...
  • Metropolis, N., & Ulam, S. (۱۹۴۹). The Monte Carlo method. ...
  • Parasnis, D.S. (۱۹۸۶). Principles of Applied Geophysics. Chapman and Hall, ...
  • Ray, A., Alumbaugh, D.L., Hoversten, G.M., & Key, K. (۲۰۱۳), ...
  • Sambridge, M., & Mosengaard, K. (۲۰۰۲). Monte Carlo methods in ...
  • Sambridge, M., Bodin, T., Gallagher, K., & Tkalcic, H. (۲۰۱۳). ...
  • Swendsen, R.H., & Wang, J.S. (۱۹۸۷). Non universal Critical dynamics ...
  • Tarantola, A. (۱۹۸۷). Inverse Problem Theory: Methods for Data Fitting ...
  • Tarantola, A. (۲۰۰۵). Inverse problem theory and methods for model ...
  • Ter Braak, C.J.F. (۲۰۰۶). A Markov chain Monte Carlo version ...
  • Vrugt, J.A., Ter Braak, C.F.F., Gupta, H.V., & Robinson, B.A. ...
  • نمایش کامل مراجع