减轻损害是地震研究人员的重要目标。当发生破坏性地震时，地震参数的实时报告对于即时损害评估和紧急疏散至关重要。研究人员发现，利用深度学习算法，人工智能系统在接收到地震记录后，可以在不到1秒的时间内准确估算震源机制解参数。震源信息的快速自动公开，对地震预警有直接作用，也可为震后趋势判断、烈度快速报告、地震应急救援提供科学依据。然而，从地震记录中推断地震震源机制是一个计算耗时的过程。因此，目前世界范围内的地震监测台网在速报信息中仅包含地震发生时间、震级、位置、震源深度等信息，并未包含描述地震破裂特征的震源机制解参数。日前，美国国家工程院院士、中国科学技术大学地球与空间学院硕士讲座教授张杰在《自然—通讯》发表论文表明，利用深度学习算法，人工智能系统可以在1秒内准确估算震源机制解参数。重要震源机制说明2004年12月26日8时58分55秒，一场震惊世界的大灾难突然降临。印度洋板块与亚洲板块交界处发生里氏9.3级地震。地震引发强烈海啸，巨浪席卷印度尼西亚、斯里兰卡、马尔代夫等国，造成巨大人员伤亡和财产损失。“印度洋地震发生在圣诞假期，很多国家的地震专业人士都在放假。”张杰告诉《中国科学报》，“当时的震源是一个大的逆冲破裂，地震发生15分钟后，海啸最先波及印尼，但没有预警，最后22万多人受灾在14个国家失去了生命。”张杰解释说，从震源参数来看，海底逆冲地震可能会掀起波浪引发海啸，而其他类型的地震可能会引发海啸，可能性相对较小。震源机制解（又称断层）平面解法）是利用地震观测资料，研究地震发生时震源处受力和断层错位的性质。震源机制解法不仅有助于了解断层的类型，还可以揭示其具体运动地震发生时断层的断层特征，描述滑动断面的走向、倾角、倾角等特征。”震源机制解除了可以帮助预测海啸外，还可以用来预测地震的主震。前震，或从主震数据中预测强余震，揭示震源附近的应力分布等。”张杰说，“了解地球的震源滑动hquake故障特征非常重要。在许多地震活跃带，我们已经掌握了断层系统的分布。根据源滑动参数，我们可以确定哪个断层系统处于活动状态，其应力方向在哪里，以及附近其他类似断层是否会产生危险。等待。从地震记录“1秒报参数”计算地震震源机制的难点在于传统方法的计算强度过大。非线性问题的数值解需要很长的计算时间。对于震前震后的各项准备工作和震后的抢险救灾，每一秒都是宝贵的。”张杰说。自从1938年地震学家首次计算出地震的震源机制解以来，如何快速获取震源机制参数一直是地震研究人员想要解决的问题。如今，世界各地的地震监测网络都是这些参数震源机制的参数在信息上报速度快的情况下仍然不包括在内，研究人员往往在震后几分钟或更长时间后才上报震源机制的参数。2014年张杰课题组与学院陈恩洪课题组合作中国科学技术大学计算机学院利用互联网搜索引擎技术，实现了存储在数据库中的震源机制解的快速上报，论文发表于《自然—通讯》，随后将该方法应用于地震监测中四川、云南，成为当时最先进的震源机制解决方案快速报告技术吉。但该方法受限于数据库，难以应用于大型地震监测区。经过7年在该领域的持续耕耘，研究团队首次使用人工智能方法，突破了数据库的限制，使该方法适用于大面积地震监测。目前，美国、日本等国家拥有同等水平的快速源参数。美国国家地震局可以在震后3分钟内报告地震初始震源机制解，并可能在几分钟内得到修正和完善。大多数情况下，地震发生10分钟后才能上报。“中国地震局网络中心近年来不断提升快报能力，2020年震后平均快报时间为572秒（约10分钟）。包括震源机制解决方案。”张杰补充道。在这项研究中，我们使用机器学习算法提出了一种新的深度卷积神经网络——震源机制网络（FMNet），它利用全波形信息来快速估计震源机制。”在斯坦福大学地球物理系从事博士后研究的，告诉《中国科学报》，“不同于一般应用中监督神经网络模型的训练需要大量的实际数据，FMNet可以先用合成数据训练，然后直接应用FMNet从合成训练数据中学习与震源机制相关的波形的一般特征。“AI方法可以改进它自己的系统通过学习、验证、测试。张杰说，“我们发现用理论计算数据作为训练样本是非常有效的。事实上，目前发表的关于震源机制解的研究也是通过理论模型和数据反演得到的。机器学习只掌握所有的理论知识，所以速度和准确率都比较好。“应用完整的理论地震大数据训练人工智能神经网络，提高了系统的准确性和可靠性。”匡文焕说，“经过几天的研究，当地震发生，实际地震数据进入人工智能时系统，该系统可以在不到一秒的时间内准确估计震源机制参数。”“研究参数“普及””这一成果是第一个实现所有震源参数自动即时报告的成果。在此之前，它是一个'研究参数'，地震学家经常发表关于地震震源机制解的论文，“能够提供实时的震源机制解，将引领全球地震监测水平进入一个新的阶段。”张杰解释说，用震源机制通过一次地震的机理解，可以知道单次地震中哪个断层处于活动状态，从而推断应力分布ibution和预测地震风险。虽然震源机制解的概念不容易让公众理解，但预警系统可以根据震源机制解做出决策，告知公众风险程度。”大量的真实世界数据测试证实匡文焕说，“我们用震源机制来描述断层地质和断层机制，也可以用主震震源机制计算应力变化来检验地震触发余震的理论。”此外，及时推导的震源机制可以为目前实施的点源地面运动预测模型提供重要补充，可能有助于改进地震预测预警。“该团队获得的结果得到了三位评审员的一致评价论文被评为“非常激动人心的突破性成果”。“提高地震预报预警精度需要密集的高频监测数据采集和实时处理，现有的人机结合工作模式已不适应这一要求。这一成果为快速实现地震预报预警提供了坚实的基础。”“地震监测预报预警业务高效智能化转型。”中国地震局科技与国际合作司司长车石告诉《中国科学报》。北京大学地球物理系评价：“张杰教授团队在地震监测预警人工智能解决方案领域不断取得突破。”，并应用于川滇地震科学实验场，对地震监测预警具有重要意义。我国地震减灾事业。“减灾”破坏程度是地震研究人员的一个重要目标。”当发生破坏性地震时，实时报告地震参数对于立即进行破坏评估和紧急疏散至关重要。目前，该研究正在转化为实际成果。近期将在中国科学技术大学与中国地震局联合研制的“智慧地震”人工智能地震监测系统上试运行，并在中国地震科学实验场全面推广.”张杰说。（张双虎）
