Нейросети предскажут землетрясения: ученые ДВФУ нашли способ использовать техногенный шум

Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с партнерами из Китайской Народной Республики представили новый алгоритм для прогнозирования землетрясений. Результаты работы были доложены на конференции «Solar-Terrestrial Relations and Physics of Earthquake Precursors».

Как техногенный шум помогает прогнозировать землетрясения

Известно, что повышенная тектоническая активность сопровождается характерными звуками — геоакустической эмиссией, которая возникает из-за накопления колоссальных напряжений в породах. Однако интенсивные техногенные шумы и вибрации обычно мешают сейсмологическим наблюдениям. Ученые ДВФУ предложили перевернуть эту проблему: использовать техногенный источник для создания дополнительной сейсмической «подсветки» участка земной коры и выявления его структуры.

«Изменение структуры геосреды может свидетельствовать об активизации сейсмических процессов. Этот факт можно использовать как один из предвестников землетрясения», — пояснил один из авторов разработки, доцент Департамента электроники, телекоммуникации и приборостроения Политехнического института ДВФУ Сергей Шевкун.

Нейросетевой метод без огромных вычислительных затрат

Для обработки результатов наблюдений ученые создали программу, использующую новый нейросетевой метод Physics-Informed Neural Networks, а также архитектуру нейронных сетей Kolmogorov-Arnold Networks. «Обычно для повышения точности требуется увеличить количество наблюдений. Новый метод позволяет обойти это ограничение и дополнить данные наблюдений известными сведениями о физических закономерностях, происходящих в земной коре процессов», — отметил Шевкун.

Использование нового подхода снижает вычислительные затраты на обработку акустических сигналов и при этом позволяет улучшить разрешение: создавать более точные 2D- и 3D-карты геологического строения больших объемов.

От теории к практике: перспективы метода

На данном этапе исследование носит теоретический характер — проведены численные эксперименты, получены обнадеживающие результаты. В перспективе разработка может найти широкое применение: от сейсморазведки при поиске месторождений нефти, газа, угля и рудных ископаемых до оценки прочности грунтов перед возведением крупных объектов.

Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования (грант FZNS-2023-0008).