2021-12-01
地震发生具有自相似性：从上千公里的破坏型地震，到实验室尺度的微小破裂都可以用“失稳滑移在断层面上的传播”这一模型简化。地震学家可以观测到横跨十个量级单位的地震活动，这给我们了解断层的滑动行为提供了有利的证据。发生致灾地震的断层系统大部分时间处于缓慢而平稳的应力积累阶段，而只有在应力积累达到临界值的瞬时才发生一次大地震。因此，发震断层的一个特点是大部分时间能量释放很弱，而能量释放强的时刻难以预测。这也是地震预测问题的难点之一。应力积累期间（震间期），以及大地震发生之后（震后期），观测发震断层上的微小活动性，对于了解断层的摩擦性质有重要意义。
微地震检测一直是地震学研究的重点问题之一。过去几十年间，微震监测技术有了突飞猛进的发展，尤其随着人工智能技术的普及，深度神经网络更是开启了新一轮地震检测的技术革命。而对地球物理研究人员而言，从连续的波形中拾取地震到时并构建地震目录依然涉及大量的编程、调参等工作，让微地震识别不易被大量推广和应用。针对这一技术问题，北京大学地球物理专业周仕勇课题组，岳汉课题组，以及地震局地球所房立华研究员联合指导学生周一剑，开发了一套从连续波形中自动完成震相拾取(Phase Picking)、震相关联(Association)、地震定位(Location)、以及模板匹配(Matched Filter)的全流程自动处理系统，英文缩写为PALM。该系统通过简单调参即可在各个区域以及大范围地震台网中应用。
PALM工作流程
该工作最早应用于美国加州2019 Ridgecrest地震的余震检测中。余震检测结果与其他权威课题组(USGS, David Shelly and Caltech, Zach Ross)结果对比，达到了相当的检测能力和定位精度：
PALM定位结果（左图）与Shelly SRL 2020 （中图）以及Ross 2019（右图）的定位结果对比
PALM相关技术文章于2021年10月发表于美国地震学会刊物Seismological Research Letters：https://doi.org/10.1785/0220210111
目前PALM所有源代码、用户手册和范例已经全部开源：
PAL https://github.com/YijianZhou/PAL
MESS https://github.com/YijianZhou/MESS
同时我们组织了PALM用户培训交流微信群，方便用户学习算法以及交流技术。目前用户群已有100+活跃用户，PALM累计下载50+次。
岳汉及周仕勇教授课题组学生陆威帆将PALM应用于2017年九寨沟地震余震检测中，并研发联合反演算法，通过丛集的地震目录提取断层分枝的几何信息，揭示这次地震的发震断层结构。PALM在九寨沟余震的处理中发挥了显著的优势。勾画了断层的精细结构以及活动性的细微变化。
通过九寨沟余震分布勾画出的北虎牙断层精细结构
该工作同时指出，在九寨沟震源深度附近，存在一个对于应力变化较为敏感的区域。在较大的一次4.8级余震之后，该区域体现出了比较明显的活动性改变，与4.8级余震造成的库伦应力变化直接相关。同时该区域也体现出：1. b值较高，2. 余震活动性低，3. 同震破裂，4. 震后滑动集中的特点。通过断层摩擦物理学分析，我们指出该区域的特征摩擦参数
σe=σ（a-b）较低，导致断层强度较弱，形成如上观测行为。这为大地震的成核，发展以及演化提供了直接的观测证据。
九寨沟余震在断层面上的分布（上图）， 余震的时空演化（中图），4.8级余震造成的应力变化以及震源附近弱强度区的活动性分布（下图）
该工作于2021年11月线上发表于国际地球物理期刊Geophysical Journal International，拟于2022年3月正式发表：https://doi.org/10.1093/gji/ggab443。
参考文献
Zhou Y, Yue H, Fang L, et al. An earthquake detection and location architecture for continuous seismograms: phase picking, association, location, and matched filter (PALM)[J]. Seismological Research Letters, 2021.
Lu W, Zhou Y, Zhao Z, et al. Aftershock sequence of the 2017 M w 6.5 Jiuzhaigou, China earthquake monitored by an AsA network and its implication to fault structures and strength[J]. Geophysical Journal International, 2021, 228(3): 1763-1779.