Stochastic stratigraphic modeling using Bayesian machine learning

人工智能 贝叶斯概率 计算机科学 机器学习 范畴变量 马尔可夫随机场 地层学 模式识别(心理学) 地质学 数据挖掘 分割 图像分割 古生物学 构造学
作者
Xing-Xing Wei,Hui Wang
出处
期刊:Engineering Geology [Elsevier BV]
卷期号:307: 106789-106789 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.enggeo.2022.106789
摘要

Stratigraphic modeling with quantified uncertainty is an open question in engineering geology. In this study, a novel stratigraphic stochastic simulation approach is developed by integrating a Markov random field (MRF) model and a discriminant adaptive nearest neighbor-based k-harmonic mean distance (DANN-KHMD) classifier into a Bayesian framework. The DANN-KHMD classifier is effective for extracting anisotropic patterns from sparse and heterogeneous spatial categorical data such as borehole logs. The MRF parameters can be initially estimated roughly or customized (if site-specific knowledge is available). Later these parameters can be updated and regularized in an unsupervised manner with constraints from site exploration results in a Bayesian manner. Throughout the learning process, both the soil profile and the MRF parameters are updated in a probabilistic manner. The advantages of the proposed approach can be summarized into four points: 1) inferring stratigraphic profile and associated uncertainty in an automatic and fully unsupervised manner; 2) reasonable initial stratigraphic configurations can be sampled and hence lower the computational cost; 3) both stratigraphic uncertainty and model uncertainty are taken into consideration throughout the inferential process; 4) relying on no training stratigraphy images. To illustrate the effectiveness of the developed approach, two synthetic cases and three real-world cases are studied and the advantages of the new approach over existing approaches are demonstrated.

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