機(jī)器學(xué)習(xí)算法在發(fā)震構(gòu)造形態(tài)特征及 地震遷移規(guī)律研究中的應(yīng)用前景

龔麗文 陳麗娟 黃世源

（中國重慶401147 重慶市地震局）

對發(fā)震構(gòu)造形態(tài)特征和地震遷移規(guī)律的研究，有利于震情形勢研判和震源物理的研究，也可為后期三維地殼介質(zhì)結(jié)構(gòu)建模提供數(shù)據(jù)支持。本研究結(jié)合大量中小地震的分布特征規(guī)律，利用機(jī)器學(xué)習(xí)的相關(guān)算法，提取斷層形態(tài)特征和地震遷移規(guī)律。

近年來，隨著觀測精度的不斷提高，中小地震數(shù)據(jù)大量產(chǎn)出。在川滇塊體等重點觀測區(qū)域，中小地震活動顯示明顯的叢集特征，對斷層面位置和形態(tài)特征具有一定指示意義。中強(qiáng)地震發(fā)生后通常伴隨大量余震，豐富的余震記錄可為震情形勢跟蹤、研判及現(xiàn)場應(yīng)急提供重要的參考依據(jù)，如發(fā)震斷層的形態(tài)特征、余震破裂的遷移方向等。但是，余震并不完全按照斷層的展布方向分布，在鄰近區(qū)域會出現(xiàn)不同程度的背景地震，加之地震定位精度和斷層交匯處余震歸屬等問題，使得斷層形態(tài)特征識別難度增加，有必要借助機(jī)器學(xué)習(xí)的相關(guān)算法，對余震進(jìn)行歸類，剔除背景噪聲地震，凸顯余震沿斷層展布的優(yōu)勢方向。文中以石棉—冕寧—西昌地區(qū)（101.7°—102.8°E，27.4°—29.6°N）2013—2019 年記錄的9 338 次地震為樣本，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，研究發(fā)震構(gòu)造形態(tài)特征及地震遷移規(guī)律，并分析該算法的應(yīng)用前景。

石棉—冕寧—西昌地區(qū)是川滇塊體的重要組成部分，發(fā)育有安寧河斷裂帶、則木河斷裂帶、大涼山斷裂帶等大型斷裂帶，地震活動相對活躍。2012 年，中國地震局地球物理研究所在該區(qū)布設(shè)了高密度、寬頻帶流動地震臺陣，開展面向斷裂帶深度地震活動行為的監(jiān)測，對不同深度微震的檢測能力進(jìn)行了評估，并結(jié)合數(shù)據(jù)驅(qū)動思想，計算震級頻率分布模型參數(shù)，獲取了該區(qū)地震活動參數(shù)，可為機(jī)器學(xué)習(xí)算法計算提供可靠的數(shù)據(jù)來源和參數(shù)支持。而且，前人對該區(qū)塊體和斷層形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、活動性、運動模式、滑動速率、應(yīng)力應(yīng)變及相鄰構(gòu)造的加載關(guān)系等研究相對成熟，可為后期斷層形態(tài)特征提取和解釋予以驗證。

結(jié)合國外相關(guān)領(lǐng)域的研究經(jīng)驗，以聚類分析和插值擬合為核心算法。其中，聚類分析主要用Scikit Learn 工具包的譜聚類算法和DBSCAN 算法，剔除背景噪聲地震，將地震按斷層形態(tài)分類，提取斷層形態(tài)特征；插值擬合主要基于前期分析結(jié)果，采用Scipy 工具包的Interpolate 模塊和Optimize 模塊進(jìn)行插值和曲面擬合，形成斷層面，并結(jié)合時間參數(shù)，分析該斷層破裂面的形成演化規(guī)律。

采用上述方法，基于區(qū)域地震研究現(xiàn)狀，借助智能會商技術(shù)平臺，將大量觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行流程化、自動化和智能化處理，快速實時提取震源區(qū)斷層形態(tài)特征，研判地震遷移規(guī)律，為后期震情跟蹤、震源機(jī)理分析、地震應(yīng)急和地震形勢研判等奠定基礎(chǔ)，也可用于后期地震物理預(yù)報，為地殼介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型建立提供數(shù)據(jù)支持。此外，在火山活動較強(qiáng)區(qū)域，巖漿房的部分熔融、塌陷以及巖漿遷移均可能造成大量中小地震的發(fā)生，其發(fā)震構(gòu)造與巖漿通道密切相關(guān)，可通過上述方法自動獲取巖漿遷移規(guī)律，從而為火山活動性監(jiān)測和分析提供新的途徑。