界面連続性が弾性フル波形反演へ与える影響

全波形反演（FWI）は地下層間の溶接された界面を前提とすることが日常的に行われている。しかし、鍾乳洞（カルスト）空洞、割れ目、さらに未結合の土—構造接触を含む多くの地質学的および工学的なターゲットでは、界面のすべりが生じる。本研究は、このモデリング仮定が単なる幾何学的な詳細ではなく、推定される物理パラメータに体系的なバイアスを導入することを示す。FEniCSで実装した有限要素法によるフル波形反演フレームワークを用い、界面に関する2つの取り扱いを比較する。すなわち、溶接された連続性を強制する標準的な連続ガラーキン（CG）定式化と、ニッチェの方法に基づく不連続ガラーキン（DG）定式化であり、これは材料境界における接線方向のすべりを許容する。2次元弾性包含モデルに対する合成的な「反演における犯罪（inversion crime）」のクロステストにより、CGソルバは界面のすべりの効果を、パラメータの精度を犠牲にして密度推定のバイアスとして取り込むことで、数値的に低いミスマッチを達成することが示される。一方でDG定式化は、物理的整合性を維持し、より正確なパラメータ値を回復する。これらの結果は、溶接境界条件が成立しない可能性のある環境から地震データを反演する際、実務者が界面連続性の仮定を慎重に検討する必要性を示唆する。

https://doi.org/10.31223/x52f75