<p>在夏威夷的火山深處，巖漿從一個(gè)巨大的扁平的、相互連接的房間中涌出，這似乎是過(guò)去七年里大島上感到的一群無(wú)法解釋的小地震的原因，尤其是自2018年k火山噴發(fā)和山頂坍塌以來(lái)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些像烙餅一樣的巖漿室被稱為&ldquo;窗臺(tái)&rdquo;，向橫向和向上引導(dǎo)巖漿，為島上至少兩座活火山(莫納羅亞火山和k ā lauea火山)的巖漿室補(bǔ)充能量。加州理工學(xué)院的地球科學(xué)家使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能夠使用從島上地震臺(tái)站收集的數(shù)據(jù)繪制出窗臺(tái)的結(jié)構(gòu)，以前所未有的精度繪制它們，并證明它們連接了火山。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/image001_oV7aIUL.max-500x500.gif" alt="Sills" width="500" height="281" />&nbsp;</p> <p>此外，研究人員能夠監(jiān)測(cè)巖漿從窗臺(tái)向上推的過(guò)程，并將其與Kīlauea的活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。他們分析了2022年5月結(jié)束的一段時(shí)間，所以還不能說(shuō)他們是否能發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致11月27日莫納羅亞火山噴發(fā)的巖漿流，但研究小組打算接下來(lái)研究。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;在這項(xiàng)研究之前，我們對(duì)夏威夷地下深處的巖漿是如何儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)闹跎佟，F(xiàn)在，我們有了管道系統(tǒng)重要部分的高清地圖，&rdquo;加州理工學(xué)院研究生約翰&middot;d&middot;威爾丁(22屆碩士)說(shuō)，他是一篇論文的共同主要作者，該論文描述了12月22日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的研究。這項(xiàng)研究代表著科學(xué)家們第一次能夠直接觀察到位于地下這么深的巖漿結(jié)構(gòu)。懷爾丁說(shuō):&ldquo;我們很清楚巖漿在15公里深以上的系統(tǒng)淺層的作用，但到目前為止，這以下的一切都只是推測(cè)的主題。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>根據(jù)2018年至2022年中期3.5年期間發(fā)生的19.2萬(wàn)多次小地震(小于3.0級(jí))的數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊(duì)能夠繪制出十多個(gè)堆疊在一起的基座。最大的約6公里乘7公里。窗臺(tái)的厚度一般在300米左右，間隔約500米。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;火山地震的典型特征是震級(jí)小，在巖漿動(dòng)蕩期間頻繁發(fā)生，&rdquo;地球物理學(xué)博士后研究員、《科學(xué)》雜志論文的聯(lián)合第一作者朱偉強(qiáng)說(shuō)。&ldquo;我們對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)，特別是深度學(xué)習(xí)的最新進(jìn)展感到興奮，這有助于準(zhǔn)確檢測(cè)和定位由密集地震網(wǎng)絡(luò)記錄的這些小地震信號(hào)。機(jī)器學(xué)習(xí)可以成為地震學(xué)家分析大型存檔數(shù)據(jù)集、識(shí)別小地震模式、深入了解底層結(jié)構(gòu)和物理機(jī)制的有效工具。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Wilding和Zhu與William E. Leonhard礦物物理學(xué)教授Jennifer Jackson合作;地球物理學(xué)助理教授、威廉&middot;h&middot;赫特學(xué)者扎卡里&middot;羅斯;他們都是論文的資深作者。今年10月，羅斯被任命為2022年帕卡德科學(xué)與工程研究員之一，該獎(jiǎng)學(xué)金將為這項(xiàng)研究提供資金支持。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究小組不需要放置任何硬件來(lái)進(jìn)行研究;相反，他們依賴于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey)在島上的地震儀收集的數(shù)據(jù)。然而，羅斯實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法賦予了他們從噪聲中分離信號(hào)的前所未有的能力，也就是說(shuō)，可以清楚地識(shí)別地震及其位置，從而創(chuàng)建一種3d&ldquo;點(diǎn)云&rdquo;來(lái)說(shuō)明基巖。</p> <p>&nbsp;</p> <p>羅斯說(shuō):&ldquo;這類似于CT(計(jì)算機(jī)斷層掃描)掃描，醫(yī)生可以通過(guò)這種方式可視化病人的身體內(nèi)部。&rdquo;&ldquo;但我們沒(méi)有使用x射線的可控源，而是使用被動(dòng)源，也就是地震。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團(tuán)隊(duì)能夠記錄的地震數(shù)量是以前的10倍，他們能夠以不到一公里的誤差范圍精確定位地震位置;之前的位置是在幾公里的誤差范圍內(nèi)確定的。這項(xiàng)工作是使用一種深度學(xué)習(xí)算法完成的，該算法使用之前識(shí)別的數(shù)百萬(wàn)次地震的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來(lái)識(shí)別地震信號(hào)。即使是小地震，在地震記錄上可能不會(huì)引起人眼的注意，該算法也能找到將地震與背景噪聲區(qū)分開(kāi)來(lái)的模式。羅斯此前曾利用這項(xiàng)技術(shù)揭示了地下流體的自然注入是如何導(dǎo)致加州卡韋拉附近持續(xù)了四年的地震群的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些窗臺(tái)的深度似乎在36-43公里左右。(作為參考，人類迄今為止鉆到地球最深的地方只有12公里多一點(diǎn)。)科學(xué)家們?cè)缇椭?，在夏威夷地下約35公里處存在相位邊界;在這樣的相邊界上，具有相同化學(xué)成分的巖石從上面的一組礦物過(guò)渡到下面的另一組礦物。通過(guò)研究這些新數(shù)據(jù)，杰克遜認(rèn)識(shí)到，在這塊巖石中發(fā)生的轉(zhuǎn)變與巖漿注入相結(jié)合，可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和過(guò)程，從而使巖石受力或變?nèi)酰@可能解釋了基巖的存在&mdash;&mdash;進(jìn)而解釋了活躍的地震活動(dòng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Jackson說(shuō):&ldquo;尖晶石向斜長(zhǎng)石的轉(zhuǎn)變可能發(fā)生在夏威夷地下淺層巖石圈地幔內(nèi)的擴(kuò)散遷移、夾閉和巖漿熔體的結(jié)晶過(guò)程中。&rdquo;&ldquo;這種組合可以表現(xiàn)出由耦合變形和化學(xué)反應(yīng)引起的瞬態(tài)削弱，這可能促進(jìn)裂紋擴(kuò)展或故障激活。反復(fù)的巖漿注入會(huì)不斷地調(diào)節(jié)基巖復(fù)合體中的晶粒尺寸，延長(zhǎng)巖石地震變形的條件。這一過(guò)程可以利用強(qiáng)度的橫向變化來(lái)產(chǎn)生和維持我們觀察到的橫向致密發(fā)震特征。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員說(shuō)，目前還不清楚大島下面的基巖是夏威夷獨(dú)有的，還是這種次火山結(jié)構(gòu)很常見(jiàn)。&ldquo;夏威夷是世界上監(jiān)測(cè)最好的島嶼，數(shù)十個(gè)地震臺(tái)站為我們提供了一扇了解地表下情況的窗口。我們想知道，還有多少其他地方也發(fā)生了這種情況?&rdquo;威爾丁說(shuō)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>同樣不清楚的是，巖漿的運(yùn)動(dòng)是如何引發(fā)微小地震的。地震描繪出了這些結(jié)構(gòu)，但人們對(duì)地震的實(shí)際機(jī)制還不甚了解。研究人員說(shuō)，這可能是因?yàn)榇罅康膸r漿注入空間會(huì)產(chǎn)生很大的壓力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這篇論文的題目是《夏威夷地下的巖漿網(wǎng)》。這項(xiàng)研究由國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室資助，加州理工學(xué)院為NASA管理。本研究的計(jì)算是在Resnick高性能計(jì)算中心進(jìn)行的，該中心由加州理工學(xué)院的Resnick可持續(xù)發(fā)展研究所支持。</p> <p>&nbsp;</p> <p>圖片:莫納羅亞的東北裂谷帶裂縫3噴口和熔巖通道。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局圖片由L. Gallant提供。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>