Physics-informed deep learning approach for modeling crustal deformation

结壳 间断(语言学) 非线性系统 地质学 变形(气象学) 打滑(空气动力学) 地幔(地质学) 地震学 物理 地球物理学 数学分析 数学 量子力学 热力学 海洋学
作者
Tomohisa Okazaki,Takeo Ito,Kazuro Hirahara,Naonori Ueda
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): 7092-7092 被引量:59
标识
DOI:10.1038/s41467-022-34922-1
摘要

The movement and deformation of the Earth's crust and upper mantle provide critical insights into the evolution of earthquake processes and future earthquake potentials. Crustal deformation can be modeled by dislocation models that represent earthquake faults in the crust as defects in a continuum medium. In this study, we propose a physics-informed deep learning approach to model crustal deformation due to earthquakes. Neural networks can represent continuous displacement fields in arbitrary geometrical structures and mechanical properties of rocks by incorporating governing equations and boundary conditions into a loss function. The polar coordinate system is introduced to accurately model the displacement discontinuity on a fault as a boundary condition. We illustrate the validity and usefulness of this approach through example problems with strike-slip faults. This approach has a potential advantage over conventional approaches in that it could be straightforwardly extended to high dimensional, anelastic, nonlinear, and inverse problems.
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