新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員正致力于利用一種能夠進(jìn)行全球監(jiān)測的新機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行地震探測。該研究利用干涉合成孔徑雷達(dá)（ InSAR ）衛(wèi)星數(shù)據(jù)探測慢滑地震。這項(xiàng)工作將幫助科學(xué)家更深入地了解慢地震和快地震之間的相互作用，這可能是未來預(yù)測地震事件的關(guān)鍵。

洛斯阿拉莫斯地球物理小組的地球物理學(xué)家貝特蘭·魯埃特·勒杜克在一份 新聞稿 報(bào)告中說：“將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于 InSAR 數(shù)據(jù)，為我們了解構(gòu)造斷層和地震背后的物理機(jī)制提供了一種新的途徑?！?。“這對于理解地震行為的全譜至關(guān)重要。”

幾十年前發(fā)現(xiàn)的慢地震仍然有點(diǎn)神秘。它們發(fā)生在板塊之間的邊界，由于其緩慢和安靜的性質(zhì)，可以持續(xù)數(shù)天到數(shù)月而不被發(fā)現(xiàn)。

地震通常發(fā)生在斷層因摩擦阻力而被鎖定的地區(qū)，科學(xué)家們認(rèn)為，地震可能發(fā)生在大地震之前。 2011 年日本發(fā)生的 9.0 級地震也引發(fā)了海嘯和福島核災(zāi)難，此前日本海溝發(fā)生了兩次緩慢的地震。

科學(xué)家們可以利用 InSAR 衛(wèi)星數(shù)據(jù)追蹤地震行為。雷達(dá)波具有穿透云層的優(yōu)點(diǎn)，并且在夜間也能有效工作，從而可以連續(xù)跟蹤地面變形。通過比較雷達(dá)圖像隨時(shí)間的變化，研究人員可以探測到地面運(yùn)動(dòng)。

但這些移動(dòng)很小，現(xiàn)有的方法將地面變形測量限制在幾厘米以內(nèi)。對全球故障系統(tǒng)的持續(xù)監(jiān)控也會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流太多，無法手動(dòng)解釋。

研究人員創(chuàng)建了深度學(xué)習(xí)模型，解決了這兩個(gè)局限性。該團(tuán)隊(duì)在數(shù)百萬合成 InSAR 數(shù)據(jù)的時(shí)間序列上訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以自動(dòng)檢測和提取地面變形。

使用分布在多個(gè) NVIDIA GPU 上的 cuDNN – 加速 TensorFlow 深度學(xué)習(xí)框架，新方法在不事先知道故障位置或滑動(dòng)行為的情況下運(yùn)行。

圖 1 。對實(shí)際數(shù)據(jù)的應(yīng)用顯示 2013 年北安納托利亞斷層發(fā)生緩慢地震。

為了測試他們的方法，他們將該算法應(yīng)用于根據(jù)土耳其北安納托利亞斷層圖像構(gòu)建的時(shí)間序列。作為一個(gè)主要的板塊邊界斷層，該地區(qū)在過去的一個(gè)世紀(jì)里曾多次破裂。

通過更精細(xì)的時(shí)間分辨率，該算法識別出了以前未檢測到的滑動(dòng)事件，表明慢地震發(fā)生的頻率比預(yù)期的要高得多。它還發(fā)現(xiàn)了小到兩毫米的運(yùn)動(dòng)，這是專家們由于其微妙之處而忽略的。

“深度學(xué)習(xí)的使用解除了對變形事件斷層的檢測，其數(shù)量級比以前手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)量級要小。觀察更多的慢滑事件反過來可能揭示它們與規(guī)則的動(dòng)態(tài)地震的相互作用，包括慢變形地震的潛在成核。”魯埃特·萊杜克說。

該團(tuán)隊(duì)目前正在進(jìn)行一項(xiàng)后續(xù)研究，在圣安德烈亞斯斷層上測試一個(gè)模型，該斷層延伸約 750 英里，穿過加利福尼亞州。據(jù)魯埃特·萊杜克稱，該模型不久將在 GitHub 上推出。

關(guān)于作者

Michelle Horton 是 NVIDIA 的高級開發(fā)人員通信經(jīng)理，擁有通信經(jīng)理和科學(xué)作家的背景。她在 NVIDIA 為開發(fā)者博客撰文，重點(diǎn)介紹了開發(fā)者使用 NVIDIA 技術(shù)的多種方式。

審核編輯：郭婷