AI 揭示圣安德烈亚斯断层隐藏的慢滑移事件：DeepStrain 的发现

大多数地震都以突然的震动宣告自己的到来。然而，在加州圣安德烈亚斯断层帕克菲尔德段的地下深处，一种更安静的运动一直“隐于无形”——即慢滑移事件。这些事件会在数天或数周内缓慢释放能量，却不会产生任何可以被感知的地震摇晃。现在，一种名为 DeepStrain 的深度学习算法揭示出，这些沉默的事件远比人们此前想象的更为常见，并且它们在触发被称为低频地震的小型震颤中扮演着直接角色。

捕捉“沉默滑移”的挑战

慢滑移事件极其难以捕捉。钻孔应变计是安装在地下深孔中的高精度仪器，能够探测到纳应变级别的微小地壳形变，因而足以记录由无震蠕变和间歇性震颤与滑移事件产生的瞬时应变信号 。然而，那些规模小、持续时间短的慢滑移事件信号，很容易被淹没在嘈杂的连续监测数据中，人眼往往难以识别 。传统的 GPS 网络在这种深部事件面前更是力不从心，因为其产生的应变速率通常低于 GPS 的检测阈值 。

DeepStrain 的工作原理

DeepStrain 由德国亥姆霍兹波茨坦中心的地球物理学家 Zahra Zali 开发 。这是一个专门针对美国国家科学基金会（NSF）旗下“美洲网络”钻孔应变计记录数据进行训练的深度学习模型。该算法能够从高维噪声的连续应变数据中，学会识别慢滑移事件的微妙波形特征。相关的代码和预处理流程已于 2025 年 8 月公开发布，允许其他研究人员将此方法应用于其他断层区域 。

当被应用于帕克菲尔德地区时，DeepStrain 取得了显著成果：它 成功检测到了 90% 的人工目录中已有的慢滑移事件，更重要的是，它 额外识别出了 21 个此前被人工分析遗漏的慢滑移事件 。这使得该断层段的已知事件库增加了约 30%，为这个被密集研究的圣安德烈亚斯断层段提供了一幅更为完整的断层行为图景。

与低频地震的时间关联

也许最重要的发现来自于团队对新检测到的慢滑移事件与低频地震发生时间之间关系的分析。数据显示，慢滑移事件之后往往紧跟着低频地震的发生 。这种时间上的先后顺序有力地暗示了一个因果机制：无震的慢滑移为产生低频地震的震源区加载了应力，或者直接触发了它。

这一结果与先前的研究一致，表明帕克菲尔德附近的震颤和低频地震活动，与慢滑移事件具有相同的“矩-持续时间”标度关系，暗示它们在物理上是相连的 。低频地震长期以来一直被解读为周围无震滑移的地震指示器 ，但 DeepStrain 提供了迄今为止最清晰的大地测量学证据，证明单个的慢滑移事件确实先于并可能触发了那些小型地震。

对断层监测与 AI 在地球物理学中的启示

扩充探测能力

DeepStrain 证明了人工智能能够提取低于 GPS 网络和人工应变计分析检测阈值的大地测量信号。这一扩充后的慢滑移事件目录，使得对断层行为、复发间隔以及导致大地震发生的条件进行更强有力的统计研究成为可能 。

无震滑移与地震滑移之间的因果关系

慢滑移事件系统地先于低频地震出现这一观测结果，支持了“慢滑移为附近断层区域加载应力，可能使其更接近破裂”的模型。这对于理解圣安德烈亚斯断层上的地震成核和复发过程具有直接意义——该区域是地震危险性评估的关键区域 。

实时运行的潜力

由于 DeepStrain 可以部署在连续的钻孔应变计数据流上，它提供了一种近乎实时地探测可能先于大地震发生的瞬态变形的工具。“美洲网络”已经维护了必要的应变计基础设施，并向研究社区提供数据和数据处理工具 。这可能改变地震早期预警系统整合大地测量数据的方式。

AI 在地球物理学中的更广泛先例

此项工作加入了越来越多的证据行列，证明深度学习能够系统性地提取传统方法无法观测到的地球物理信号。类似的方法——例如用于卡斯卡迪亚俯冲带震颤检测的卷积神经网络，以及用于圣安德烈亚斯断层低频地震识别的深度学习——已经表明，人工智能可以成为现有监测网络的“力量倍增器”。DeepStrain 则证明了同样的原理也适用于钻孔应变计数据——这是探测断层深部根系中瞬态滑移的关键传感器类型。

需要注意的问题

目前公开的摘要中没有提供 DeepStrain 的精确架构细节（例如它采用的是卷积、循环还是基于 Transformer 的设计）。完整的方法学细节收录在《自然·通讯》的论文中（doi: 10.1038/s41467-026-74095-9）。此外，该算法目前仅在帕克菲尔德段得到了验证；它在其他具有不同应变计配置和噪声特征的断层带上的表现，还有待进一步测试。