推薦單位：北京科學(xué)技術(shù)期刊學(xué)會(huì)

成果來(lái)源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

科研代表：張捷

轉(zhuǎn)化作者：項(xiàng)子

地震是一種對(duì)人類威脅極大的自然災(zāi)害，全球每年會(huì)發(fā)生上百萬(wàn)次地震。雖然絕大多數(shù)地震對(duì)我們沒(méi)有太大影響，我們甚至感覺(jué)不到震感，但是當(dāng)真正具有破壞性的地震來(lái)臨時(shí)，我們將面臨無(wú)法承受的損失和傷害。1976年發(fā)生的唐山大地震、2008年發(fā)生的汶川地震、2010年發(fā)生的玉樹(shù)地震、2013年發(fā)生的雅安地震……房屋頃刻倒塌，背后是無(wú)數(shù)個(gè)家庭的破碎。2011年發(fā)生的日本福島地震引發(fā)了福島核電站核泄漏事故，使10多萬(wàn)人逃離福島。

突如其來(lái)的大地震往往讓我們手足無(wú)措、損失慘重，如果能提前預(yù)測(cè)地震，就可以挽救成百上千萬(wàn)人的生命。

自古以來(lái)，人們就對(duì)地震預(yù)測(cè)具有一定的向往和探索。東漢時(shí)期，張衡發(fā)明了能感知地面震動(dòng)的地動(dòng)儀，地動(dòng)儀可以感應(yīng)和探測(cè)到已經(jīng)發(fā)生的地震，但不能做到預(yù)測(cè)。

日本人曾提出“地震云”的說(shuō)法，即如果出現(xiàn)了規(guī)律排列的條狀或點(diǎn)狀云，就意味著大地震將要發(fā)生。在1948年日本福井大地震前兩天，就有人提出看到了“地震云”;2008年汶川大地震前夕，也有人提出合肥、九寨溝、鄭州等地出現(xiàn)了“地震云”。但其實(shí)“地震云”能預(yù)測(cè)地震的說(shuō)法缺乏科學(xué)依據(jù)，氣象學(xué)家也大都認(rèn)為“地震云”的形成與地震無(wú)關(guān)，而是與空氣對(duì)流有關(guān)。

還有人認(rèn)為動(dòng)物能預(yù)測(cè)地震。在大地震發(fā)生前夕，家禽和狗往往狂叫不止，這是因?yàn)榧仪莺凸纺芨杏X(jué)到地震產(chǎn)生的次聲波，這種次聲波使動(dòng)物感到不舒適。但根據(jù)動(dòng)物行為預(yù)測(cè)地震其實(shí)并不穩(wěn)定，也很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閯?dòng)物感知很多時(shí)候是在地震發(fā)生后才出現(xiàn)，動(dòng)物行為也受到各種因素的影響。往往都是大地震發(fā)生后，我們“復(fù)盤”時(shí)才回想起動(dòng)物的這些異常行為。

地震預(yù)測(cè)一直以來(lái)都是一個(gè)公認(rèn)的難題，就目前來(lái)說(shuō)，我們對(duì)于地球結(jié)構(gòu)以及地震發(fā)生的機(jī)制還不夠清晰，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到能夠成功預(yù)測(cè)的水平。不光是地震會(huì)帶來(lái)巨大的傷害，有時(shí)候強(qiáng)余震也會(huì)帶來(lái)大量傷亡。預(yù)測(cè)強(qiáng)余震并及時(shí)采取措施，是避免余震帶來(lái)二次傷害的有力措施。隨著研究的深入，我們對(duì)地震震源機(jī)制有了一定了解，震源時(shí)間、位置、震級(jí)和震源機(jī)制解等震源參數(shù)的確定，有助于評(píng)估地震災(zāi)害情況、制定緊急疏散方案、預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的強(qiáng)余震的分布情況。

地震的發(fā)生是震源處巖石破裂和錯(cuò)動(dòng)的過(guò)程，可以采用兩個(gè)相對(duì)錯(cuò)動(dòng)面的走向、傾向及傾角等參數(shù)描述，這些描述地震的參數(shù)就稱為地震震源機(jī)制解。與確定地震的其他震源參數(shù)（震源時(shí)間、位置和震級(jí)）相比，震源機(jī)制解的推算與確定計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，通常需要更多的人為交互，而且耗時(shí)長(zhǎng)，缺乏自動(dòng)化和效率。目前，世界各地地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的地震速報(bào)信息里并不包括震源機(jī)制解，往往需要在地震發(fā)生幾分鐘后甚至幾十分鐘后才能報(bào)出震源機(jī)制解。我們?cè)谌孀詣?dòng)化確定震源機(jī)制解方面面臨著巨大挑戰(zhàn)。

為解決震源機(jī)制解計(jì)算復(fù)雜、計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)張捷教授課題組研發(fā)了一套人工智能系統(tǒng)，其能在1秒內(nèi)估算出震源機(jī)制解，相關(guān)研究成果于2021年3月發(fā)表在《自然-通訊》上。張捷團(tuán)隊(duì)提出了一種新的深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并用大規(guī)模的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來(lái)訓(xùn)練這一人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以提高該人工智能系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。該研究成果應(yīng)用于“智能地動(dòng)”人工智能地震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在地震發(fā)生后，地震數(shù)據(jù)進(jìn)入人工智能系統(tǒng)，在不到1秒的時(shí)間，該人工智能系統(tǒng)就能準(zhǔn)確估算出震源機(jī)制解，為預(yù)測(cè)強(qiáng)余震的可能分布以及震源附近的情況提供有力支持。