💡这项突破是什么?
活动断层复杂的三维几何结构对断层的发震潜力和地震破裂行为具有重要控制作用，因此准确表达断层空间三维模型在地震科学研究中至关重要。虽然目前很多方法都可以直接刻画断层三维结构，但对于复杂的非平面断层（non-planar）而言，常规方法往往存在不确定性和多解性。针对断层三维模型精细刻画的技术难题，中国地震局地质研究所博士研究生孙晓，在鲁人齐研究员、王伟副研究员等老师的指导下，提出了一种基于自适应阈值层次聚类和定量评估的自动化断层三维建模方法（图1）。
该方法利用人工智能技术，通过以下步骤实现断层的高精度建模：1. 基于地震的空间特征，将最近邻指数法扩展至三维空间，定量分析地震活动是否具有断层结构的丛集特征；2. 通过引入噪音阈值设计自适应阈值层次空间聚类方法，识别各条断层的小震丛集；3. 对每条断层的小震丛集，通过局部加权回归（LOWESS）实现切片自动垂直小震丛集走向，结合自定义切片步长和重叠度，实现高密度三维自动切片及断层线稳健拟合（图2）；4. 结合地表破裂迹线，利用离散光滑插值构建断层三维模型；5. 通过核密度估计分析小震丛集到三维断层面距离的空间分布特征进一步优化断层模型。
图1自适应阈值层次聚类和定量评估的自动化三维断层建模方法。(1)地震丛集定量评估, (2)断层丛集的智能识别，(3)自适应高密度三维切片及断层线稳健拟合，(4)断层的三维精细模型。
图2高密度三维自动切片与断层线稳健拟合示意图。(a)基于局部加权回归的自动切片，(b)断层线稳健拟合示意图。
图3 2013年和2022年两次芦山地震震源区三维断层模型。(a)AI驱动的三维断层模型，(b)三维断层的倾角分布，(c)小震丛集至断层模型的距离统计及核密度估计曲线。
图4 2019年Ridgecrest Mw 7.1地震震源区三维断层模型。(a) NW-SE和SW-NE的两个最大规模地震丛集建立的断层模型，蓝色小点为2019年Ridgecrest Mw 7.1地震的地震序列，紫色小球为识别出的丛集地震活动。(b)小震丛集至断层的距离统计及核密度估计曲线，(c)2019年Ridgecrest地震的所有断层模型，红色线条代表地表破裂约束，紫色线条范围代表无地表破裂约束。
研究团队成功将该方法应用于逆冲型盲断层（2013年和2022年芦山地震）和走滑断层（2019年美国Ridgecrest Mw7.1地震）。在2013年Ms7.0芦山地震案例中，模型识别出主断层和分支断层，二者构成典型的Y型构造。其中，主断层F1几何与产状与主震及大多数M≥4.0地震的震源机制高度吻合，与前人研究一致。此外，2022年Ms6.1芦山地震的主断层F3与F2相距约10公里（图3），显示出两次地震在空间上的关联性。在2019年美国Ridgecrest地震案例中，该方法成功构建了包含15条相互交切的复杂断层结构，主断层总体呈NW-SE走向、平均倾角约85°，其几何特征（如西北段近直立、中段略向NE倾）与地表破裂、主震及强余震（M≥4.0）的震源机制解及前人研究一致（图4）。
相较于传统人工或显示建模，该自动化方法显著提高了小震丛集识别精度，大幅减少人工干预，提升了建模效率并降低了主观误差，能有效处理单一或多条交切断层系统，为复杂活动断层的三维几何构建提供了一种高效、客观的新技术途径。
图5本研究相关技术获两项国家发明专利授权。
该方法首创三维最近邻指数与自适应阈值层次聚类，提出基于LOWESS的高密度自动切片技术，结合地表破裂多元约束和核密度对称性定量评估，实现了复杂非平面及多分支活动断层的高效、客观三维建模。该自动化技术体系已获2项国家发明专利授权（图5），为地震动力学模拟、断层滑移反演及地质灾害评估提供了高精度三维断层模型支撑。
本项研究由深地国家国家科技重大专项(2024ZD1000500)资助，近期发表于国际期刊Geophysical Journal International：
Xiao Sun, Renqi Lu, Wei Wang, Fan Yang, Kefeng He; Automated 3-D modeling of seismic faults using adaptive threshold hierarchical clustering and quantitative assessment. Geophysical Journal International 2026; https://doi.org/10.1093/gji/ggaf426
