岩石中共震非经典非线性参数不确定性的建模与量化
摘要：岩石表现出非常规的非线性行为，这在野外和实验室研究中得到了证实。在地震波通过期间，岩石的弹性模量会降低，并在之后缓慢恢复。然而，对于这些模量变化的全面物理模型尚不充分，并且缺乏针对观察结果的验证。在本文中，我们展示了两个物理损伤模型 - 内部变量模型 (IVM)和连续损伤模型（CDM） - 提供了非线性共震弹性波传播观察的定量描述的适用性。我们将IVM和CDM模型重构为非线性双曲型偏微分方程，并使用任意高阶间断Galerkin方法进行1D和2D数值模拟。我们通过与共传声弹性实验测量结果进行模型验证。我们发现，IVM的P波速度变化时间序列与观察结果略微相关更好，而CDM更好地解释了峰值应变延迟相对于峰值损伤。随后，我们通过使用基于概率的贝叶斯反演和2D模拟，从实验室实验中推断出这些非线性模型的参数。通过采用自适应Metropolis Markov Chain Monte Carlo方法，我们对物理模型的推断参数的不确定性进行了量化，并在70,000次模拟中研究了它们的相互作用。我们发现损伤变量可以以可辨识的方式与应力-应变非线性权衡。我们讨论了损伤模型的物理解释，并且我们的CDM定量捕捉到了随扰动频率观察到的损伤增加。我们的结果有助于更全面地理解非经典的非线性损伤，并对地震共震损伤和地震后恢复产生影响。
作者：Zihua Niu and Alice-Agnes Gabriel and Linus Seelinger and Heiner Igel
论文ID：2306.04197
分类：Geophysics
分类简称：physics.geo-ph
提交时间：2023-06-08