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  地震地磁观测与研究  2021, Vol. 42 Issue (2): 217-218  DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2021.02.070
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引用本文  

龚丽文, 陈丽娟, 黄世源. 机器学习算法在发震构造形态特征及地震迁移规律研究中的应用前景[J]. 地震地磁观测与研究, 2021, 42(2): 217-218. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2021.02.070.
GONG Liwen, CHEN Lijuan, HUANG Shiyuan. Research on the morphology of seismogenic structure and earthquake migration based on machine learning algorithms[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2021, 42(2): 217-218. DOI: 10.3969/j.issn.1003-3246.2021.02.070.

基金项目

地震科技星火计划(项目编号:XH19035Y);2021年度震情跟踪定向工作任务(项目编号:2021010229)

作者简介

龚丽文, 男, 工程师, 主要从事地震预测研究工作。E-mail: glw777@126.com
机器学习算法在发震构造形态特征及地震迁移规律研究中的应用前景
龚丽文 , 陈丽娟 , 黄世源     
中国重庆 401147 重庆市地震局
关键词机器学习    断层形态    聚类分析    地震迁移    
Research on the morphology of seismogenic structure and earthquake migration based on machine learning algorithms
GONG Liwen , CHEN Lijuan , HUANG Shiyuan     
Chongqing Earthquake Agency, Chongqing 401147, China
Key words: machine learning    fault morphology    clustering analysis    earthquake migration    

对发震构造形态特征和地震迁移规律的研究,有利于震情形势研判和震源物理的研究,也可为后期三维地壳介质结构建模提供数据支持。本研究结合大量中小地震的分布特征规律,利用机器学习的相关算法,提取断层形态特征和地震迁移规律。

近年来,随着观测精度的不断提高,中小地震数据大量产出。在川滇块体等重点观测区域,中小地震活动显示明显的丛集特征,对断层面位置和形态特征具有一定指示意义。中强地震发生后通常伴随大量余震,丰富的余震记录可为震情形势跟踪、研判及现场应急提供重要的参考依据,如发震断层的形态特征、余震破裂的迁移方向等。但是,余震并不完全按照断层的展布方向分布,在邻近区域会出现不同程度的背景地震,加之地震定位精度和断层交汇处余震归属等问题,使得断层形态特征识别难度增加,有必要借助机器学习的相关算法,对余震进行归类,剔除背景噪声地震,凸显余震沿断层展布的优势方向。文中以石棉—冕宁—西昌地区(101.7°—102.8°E,27.4°—29.6°N)2013—2019年记录的9 338次地震为样本,基于机器学习算法,研究发震构造形态特征及地震迁移规律,并分析该算法的应用前景。

石棉—冕宁—西昌地区是川滇块体的重要组成部分,发育有安宁河断裂带、则木河断裂带、大凉山断裂带等大型断裂带,地震活动相对活跃。2012年,中国地震局地球物理研究所在该区布设了高密度、宽频带流动地震台阵,开展面向断裂带深度地震活动行为的监测,对不同深度微震的检测能力进行了评估,并结合数据驱动思想,计算震级频率分布模型参数,获取了该区地震活动参数,可为机器学习算法计算提供可靠的数据来源和参数支持。而且,前人对该区块体和断层形态结构特征、活动性、运动模式、滑动速率、应力应变及相邻构造的加载关系等研究相对成熟,可为后期断层形态特征提取和解释予以验证。

结合国外相关领域的研究经验,以聚类分析和插值拟合为核心算法。其中,聚类分析主要用Scikit Learn工具包的谱聚类算法和DBSCAN算法,剔除背景噪声地震,将地震按断层形态分类,提取断层形态特征;插值拟合主要基于前期分析结果,采用Scipy工具包的Interpolate模块和Optimize模块进行插值和曲面拟合,形成断层面,并结合时间参数,分析该断层破裂面的形成演化规律。

采用上述方法,基于区域地震研究现状,借助智能会商技术平台,将大量观测数据进行流程化、自动化和智能化处理,快速实时提取震源区断层形态特征,研判地震迁移规律,为后期震情跟踪、震源机理分析、地震应急和地震形势研判等奠定基础,也可用于后期地震物理预报,为地壳介质结构模型建立提供数据支持。此外,在火山活动较强区域,岩浆房的部分熔融、塌陷以及岩浆迁移均可能造成大量中小地震的发生,其发震构造与岩浆通道密切相关,可通过上述方法自动获取岩浆迁移规律,从而为火山活动性监测和分析提供新的途径。