We are concerned with a novel Bayesian statistical framework for the characterization of natural subsurface formations, a very challenging task. Because of the large dimension of the stochastic space of the prior distribution in the framework, typically a dimensional reduction method, such as a Karhunen-Leove expansion (KLE), needs to be applied to the prior distribution to make the characterization computationally tractable. Due to the large variability of properties of subsurface formations (such as permeability and porosity) it may be of value to localize the sampling strategy so that it can better adapt to large local variability of rock properties. In this paper, we introduce the concept of multiscale sampling to localize the search in the stochastic space. We combine the simplicity of a preconditioned Markov Chain Monte Carlo method with a new algorithm to decompose the stochastic space into orthogonal subspaces, through a one-to-one mapping of the subspaces to subdomains of a non-overlapping domain decomposition of the region of interest. The localization of the search is performed by a multiscale blocking strategy within Gibbs sampling: we apply a KL expansion locally, at the subdomain level. Within each subdomain, blocking is applied again, for the sampling of the KLE random coefficients. The effectiveness of the proposed framework is tested in the solution of inverse problems related to elliptic partial differential equations arising in porous media flows. We use multi-chain studies in a multi-GPU cluster to show that the new algorithm clearly improves the convergence rate of the preconditioned MCMC method. Moreover, we illustrate the importance of a few conditioning points to further improve the convergence of the proposed method.


翻译:我们担心的是用于自然地表下层结构定性的新贝叶斯统计框架,这是一个非常具有挑战性的任务。由于先前在框架内分布的随机空间范围很广,通常需要对先前分布应用一个维度递减方法,例如Karhunen-Leove扩展(KLEE),以使定性在计算上可移动。由于地下层结构特性差异很大(如渗透性和孔隙度),因此将取样战略本地化可能具有价值,从而能够更好地适应岩石特性的大规模本地变异。在本文件中,我们引入了多级抽样概念,将搜索本地化,例如Karhunen-Leov链扩展(KLEE),我们把一个有先决条件的马可拉夫链链的简单化方法与一个新的算法结合起来,将沙地表空间的简单化,通过对子空间的一对亚空间进行一对非重叠域域的亚差值进行测绘,从而可以更好地适应岩石特性的本地变异性变异性区域。在本文件中,在多级媒体结构内应用一个多级递增战略,我们运用了多级递增的混化方法,在每层结构内进行搜索。

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