Российские учёные научили нейросеть «слушать» землю для прогноза землетрясений

Исследователи Дальневосточного федерального университета при участии партнёров из КНР разработали нейросетевую программу, которая анализирует геоакустические сигналы из недр Земли и позволяет лучше видеть строение земной коры без огромных вычислительных затрат. Работа может повысить точность прогнозов землетрясений и улучшить оценку геологических рисков на больших территориях.

Один из способов выявления предвестников землетрясений основан на прослушивании звука земных недр: повышенная тектоническая активность сопровождается характерной геоакустической эмиссией, возникающей из-за накопления напряжений в породах. Обычно техногенные шумы и вибрации мешают сейсмологическим наблюдениям, но команда ДВФУ предложила использовать техногенный источник, как дополнительную «подсветку» участка земной коры, чтобы лучше выявлять его структуру.

Ученые разработали программу обработки наблюдений, которая сочетает метод «Физически информированные нейронные сети» (Physics-Informed Neural Networks — PINN) и архитектуру нейросетей Kolmogorov-Arnold Networks (это новый тип архитектуры нейросетей, который устроен иначе, чем привычные многослойные перцептроны (MLP), и основан на теореме Колмогорова—Арнольда о представлении функций).

Такой подход позволяет не просто учить сеть на сырых данных, но дополнительно «вшивать» в модель известные физические закономерности процессов в земной коре, обходя ограничение на количество наблюдений. В результате нейросеть может восстанавливать строение геосреды по акустическим сигналам с меньшим числом измерений.

Использование нового метода снижает вычислительные затраты на обработку сигналов и одновременно улучшает разрешение, позволяя охватывать большие объёмы и строить более точные 2D и 3D-карты геологического строения. Сейчас исследование находится на теоретическом этапе: проведены численные эксперименты и получены обнадёживающие результаты, которые представили на конференции Solar-Terrestrial Relations and Physics of Earthquake Precursors.

Как подчеркивают авторы проекта, подход можно применить не только для прогноза землетрясений, но и в сейсморазведке — поиске месторождений нефти, газа, угля и рудных ископаемых, а также при оценке прочности грунтов перед строительством крупных объектов. Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, а развитие инфраструктуры кампуса ДВФУ, в том числе в рамках программы кампусов мирового уровня, создаёт базу для дальнейших подобных проектов.