美國(guó)黃石國(guó)家公園是熱門的旅游景區(qū)，也是美國(guó)歷史上第一個(gè)國(guó)家公園。時(shí)至今日，在它的地下深處仍然涌動(dòng)著地球上地震最頻繁的火山活動(dòng)網(wǎng)。在一項(xiàng)7月18日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》的研究中，研究人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)重新調(diào)查了黃石破火山口15年間的歷史地震數(shù)據(jù)。他們重新探測(cè)并確定震級(jí)的地震數(shù)量約是先前記錄的10倍。
美國(guó)黃石公園。 圖片來(lái)源：Shutterstock
破火山口與由向外爆炸形成的火山口不同，是指火山噴發(fā)后，其下方的巖漿庫(kù)排空，導(dǎo)致上方地表塌陷而形成的大型洼地或凹陷。在黃石公園，有一個(gè)橫跨懷俄明州、愛(ài)達(dá)荷州和蒙大拿州部分區(qū)域的破火山口，其歷史目錄包含了2008年至2022年間的86276次地震。利用更好的數(shù)據(jù)收集和系統(tǒng)分析，這項(xiàng)研究顯著改善了對(duì)火山和地震系統(tǒng)的既有認(rèn)知。
在應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)之前，地震通常是由訓(xùn)練有素的專家來(lái)人工探測(cè)的。這一過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)、成本高，所探測(cè)到的地震事件數(shù)量通常也少于機(jī)器學(xué)習(xí)。近年來(lái)，機(jī)器學(xué)習(xí)引發(fā)數(shù)據(jù)挖掘熱潮，地震學(xué)家們重新審視存儲(chǔ)在世界各地?cái)?shù)據(jù)中心的大量歷史波形數(shù)據(jù)，從而更多地了解全球未知的地震區(qū)域。
論文作者之一、加拿大西安大略大學(xué)工程學(xué)教授 Bing Li 表示：“如果要以人工手動(dòng)點(diǎn)擊所有數(shù)據(jù)來(lái)尋找地震，那是根本做不到的。這不可擴(kuò)展。”
這項(xiàng)研究的一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，在黃石公園記錄到的地震中，超過(guò)一半屬于地震群，即在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)在相對(duì)較小區(qū)域內(nèi)擴(kuò)散和移動(dòng)的、相互關(guān)聯(lián)的小地震群。這和余震不同，余震是指在同一大致區(qū)域內(nèi)跟隨較大主震發(fā)生的較小地震。
“雖然黃石和其他火山各有特點(diǎn)，但我們希望這些見(jiàn)解也能應(yīng)用于其他地方。”Bing Li說(shuō)，“通過(guò)理解地震群等地震活動(dòng)模式，我們可以改進(jìn)安全措施，更好地向公眾告知潛在風(fēng)險(xiǎn)，甚至能在有地?zé)崃髑熬暗牡貐^(qū)引導(dǎo)地?zé)崮茉撮_(kāi)發(fā)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域。”
研究還表明，與南加州乃至破火山口外等地區(qū)觀察到的更典型的成熟斷層結(jié)構(gòu)相比，黃石破火山口下的地震群發(fā)生在相對(duì)不成熟的粗糙斷層結(jié)構(gòu)上。研究人員認(rèn)為，這些地震群是由緩慢移動(dòng)的地下水和突然爆發(fā)的流體的混合作用引起的。
“在很大程度上，我們還沒(méi)有系統(tǒng)理解地震群中的一次地震是如何觸發(fā)另一次的。我們只能間接測(cè)量事件之間的時(shí)空間隔。”Bing Li指出。“但現(xiàn)在，我們擁有了一個(gè)關(guān)于黃石破火山口下方更詳實(shí)的地震活動(dòng)目錄，我們可以應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)幫助我們量化此前未發(fā)現(xiàn)過(guò)的地震群，進(jìn)而研究它們，看看我們能從中學(xué)到什么。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adv6484