HypoNet Nankai：基于物理信息神经网络的南海海沟俯冲带快速震源定位工具
地球物理
2025-03-19 v2
摘要
南海海沟俯冲带中准确的震源定位对于灾害评估和加深对该地区地震活动的理解至关重要。一种整合了真实三维速度结构且可供科学界使用的便捷震源定位工具是有益的。在本研究中，我们开发了 HypoNet Nankai，这是一种基于物理信息神经网络（PINN）模拟器（代理模型）的快速震源定位工具，用于走时计算。该工具利用一个 PINN 来预测南海海沟俯冲带中任意地下震源与地表接收器之间的 P 波走时，该 PINN 采用了包含海洋地震勘探数据的真实三维 P 波速度结构模型。PINN 将物理定律——即程函方程——直接嵌入训练损失函数中，从而避免了标注训练数据的需求。为应对速度模型中小尺度特征带来的训练挑战，我们采用了一种简单的区域分解方法和傅里叶特征嵌入。训练完成后，PINN 立即推断 P 波走时，从而实现快速震源定位。存储神经网络用于走时计算所需的数据量远小于传统走时表。HypoNet Nankai 在添加新观测点方面具有很高的灵活性。我们通过将 HypoNet Nankai 的性能与广泛使用的基于网格的数值方法（用于正向走时计算和合成震源定位）进行比较来验证其有效性。在两项测试中，HypoNet Nankai 提供的结果均与传统方法一致。HypoNet Nankai 为南海海沟俯冲带提供了一种快速、准确且易于使用的震源定位方法，相比传统方法具有更高的数据效率和可扩展性。
引用
@article{arxiv.2411.04667,
title = {HypoNet Nankai: Rapid hypocenter determination tool for the Nankai Trough subduction zone using physics-informed neural networks},
author = {Ryoichiro Agata and Satoru Baba and Ayako Nakanishi and Yasuyuki Nakamura},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.04667},
year = {2025}
}