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基于优化负样本采样策略的梯度提升决策树与随机森林的汶川同震滑坡易发性评价

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地质科技通报 2024年第3期43卷 251-265页

作者：郭衍昊窦杰向子林马豪董傲男罗万祺中国地质大学(武汉)湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站武汉430074

强震诱发的滑坡具有数量多、分布广、规模大等特点,严重威胁人民生命财产安全。滑坡易发性评价能够快速预测灾害空间分布,对于减轻震后灾害的危险性具有重要意义。在同震滑坡易发性评价研究中,如何选取滑坡负样本并通过耦合机器学习模... 详细信息

强震诱发的滑坡具有数量多、分布广、规模大等特点,严重威胁人民生命财产安全。滑坡易发性评价能够快速预测灾害空间分布,对于减轻震后灾害的危险性具有重要意义。在同震滑坡易发性评价研究中,如何选取滑坡负样本并通过耦合机器学习模型提高评价精度的对比研究仍需进一步研究。以山区汶川地震诱发的滑坡为研究区,首先选取地形地貌、地质环境、地震参数等10个滑坡评价因子,分析滑坡空间分布规律;其次因子共线性分析检验数据冗余,接下来采用频率比法(FR)选取极低、低易发区滑坡负样本点的采样策略;最后采用基于决策树演化改进的梯度提升决策树(GBDT)、随机森林(RF)和耦合模型(FR-GBD与FR-RF),开展了基于机器学习的同震滑坡易发性区划并进行精度评价。研究结果表明:①滑坡空间分布受到多层级因子控制;②模型预测精度为:FR-RF(AUC=0.943)>FR-GBDT(AUC=0.926)>RF(AUC=0.901)>GBDT(AUC=0.856);③在低易发区选择滑坡负样本可以明显提高易发性精度。研究成果可为滑坡易发性中负样本的选择和评价模型构建提供参考同时也为震后滑坡的防灾减灾提供理论支持。

关键词：随机森林(RF) 梯度提升决策树(GBDT) 机器学习频率比法(FR) 采样策略同震滑坡滑坡易发性区划

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地表三维同震位移与同震滑坡分布之间的关系研究

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中国科学：地球科学 2023年第7期53卷 1600-1618页

作者：刘如王腾北京大学地球与空间科学学院北京100871 北京大学河北红山地球物理国家野外科学观测研究站北京100871

山区破坏性地震诱发的滑坡是地震灾害中导致人员伤亡的主要原因之一,是地震灾害链中的重要一环.同震滑坡的发生主要受地震、地形、地质三大类因素的控制.前人结合多个震例对这三种控制因素进行了大量的研究.但是,地表同震位移在不同坡... 详细信息

山区破坏性地震诱发的滑坡是地震灾害中导致人员伤亡的主要原因之一,是地震灾害链中的重要一环.同震滑坡的发生主要受地震、地形、地质三大类因素的控制.前人结合多个震例对这三种控制因素进行了大量的研究.但是,地表同震位移在不同坡向和坡度角下对滑坡的诱发作用研究相对较少,导致对局部尺度下同震位移和地貌联合作用诱发滑坡的力学机制认识比较欠缺,对一些地震诱发滑坡数量异常的原因也存在争议.本文以2008年中国汶川M_(w)7.9级地震、2015年尼泊尔Gorkha M_(w)7.8级地震和2016年新西兰Kaikōura M_(w)7.8级地震为例,研究大地震触发的同震滑坡分布与三维同震位移场之间的关系.将震中滑坡高发区域划分为规则的网格单元,根据雷达卫星影像和滑移分布模型计算出每个网格内的三维同震位移,并将三维同震位移投影至与同震滑坡所在位置坡面相关的两种坐标系上进行统计分析.研究发现地表垂直坡面的抬升运动更容易诱发滑坡,尤其是抬升与高坡度角地形的叠加会诱发大量的同震滑坡,而当地表沉降发生在高坡度角区域时,诱发滑坡数量会显著减少;不论抬升还是沉降,同震水平位移方向为背离坡面方向时更容易诱发滑坡,且坡度越大,水平位移与坡向叠加起到的作用越大.此外,同震滑坡发生位置存在与背景地形不同的优势坡向角,且与震源机制和地表破裂走向存在一定关系.研究结果表明,可以通过已知断层位置和滑动机制模拟同震三维形变场,然后结合地形数据对地震高发的山区进行滑坡风险性评估和规划,尽量减少可能发生的同震滑坡造成的损失.

关键词：同震滑坡三维同震位移 InSAR 滑坡风险评估

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汶川大地震同震滑坡复活变形特征研究

灾害学 2023年第1期38卷 50-56页

作者：田述军付国训程小松西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010

同震滑坡复活具有不确定性、隐蔽性强和区域分布面积广等特点,往往被忽视,容易成为防灾减灾的盲区。该文根据同震滑坡堆积物变形复活所处的坡体位置和主要诱发因素,将复活类型划分为坡脚侵蚀型和坡面降雨型,基于InSAR技术、无人机多期... 详细信息

同震滑坡复活具有不确定性、隐蔽性强和区域分布面积广等特点,往往被忽视,容易成为防灾减灾的盲区。该文根据同震滑坡堆积物变形复活所处的坡体位置和主要诱发因素,将复活类型划分为坡脚侵蚀型和坡面降雨型,基于InSAR技术、无人机多期航拍和地面调查数据,分别对青林沟滑坡和沙坝村滑坡变形特征、过程、原因进行分析,坡脚侵蚀型主要以“沟道侵蚀—坡体滑塌—坡体后退”模式变形和复活;坡面降雨型则以“颗粒运移—下渗增强—颗粒粗化—滑面发展”模式变形和复活。将InSAR技术应用于同震滑坡大范围和长时间序列变形监测,不仅是同震滑坡变形和复活研究的有效手段,对于地质灾害评价、预测与防治也具有参考意义。

关键词：同震滑坡变形特征复活模式 InSAR 汶川地震

基于改进证据权重法的北海道地震同震滑坡易发性评价

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地理与地理信息科学 2022年第1期38卷 138-144页

作者：周宇常鸣孙文静武彬彬成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041

多模型耦合方法被广泛应用于同震滑坡易发性评价研究,但耦合证据权重法和其他方法的改进型证据权重法鲜有涉及。该文以北海道地震震中区为研究区,基于震前和震后高精度遥感影像解译出5977处同震滑坡(以中小型为主),选取高程、坡度、距... 详细信息

多模型耦合方法被广泛应用于同震滑坡易发性评价研究,但耦合证据权重法和其他方法的改进型证据权重法鲜有涉及。该文以北海道地震震中区为研究区,基于震前和震后高精度遥感影像解译出5977处同震滑坡(以中小型为主),选取高程、坡度、距断层距离、距水系距离等8个滑坡易发性评价因子,对同震滑坡的空间分布规律和控制因子进行分析,发现同震滑坡集中发育在距断层小于5 km、距水系小于800 m、峰值地面加速度(PGA)0.5 g、高程90~250 m、坡度20°~40°、坡向东至东南向、岩性以页岩和砾岩为主的区域内;基于改进型证据权重法,综合考虑地形、地质和水文条件对北海道同震滑坡易发性进行评价,经ROC曲线评价模型验证,发现改进模型曲线下面积(AUC)为0.916,较原模型(AUC为0.870)精度有明显提高。改进模型能为同震滑坡易发性评价提供新的研究思路,并为震后区域防灾减灾提供科学依据。

关键词：北海道地震同震滑坡易发性评价证据权重法

汶川地震同震滑坡物质在震区的滞留和运移及其对龙门山地形演化的影响

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地球物理学报 2018年第5期61卷 1970-1983页

作者：王伟刘静 Vincent Godard 张金玉许冲李志刚徐心悦许强王鹏谢克家中国地震局地质研究所、地震动力学国家重点实验室北京100029 Aix-Marseille Universite CNRSIRDCollege de FranceCEREGEAix en Provence 13100France 中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室北京100029 中山大学地球科学与工程学院、广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广州510275 中国科学院青藏高原研究所北京100101 河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心郑州450016

2008年M_W7.9汶川地震导致龙门山断裂发生强烈地壳变形,同时引发的巨量同震滑坡加速了该地区的地表剥蚀和河流侵蚀.然而,目前尚缺少系统的数据定量研究滑坡物质的运移以及河流侵蚀速率随时间的演化规律,这些对理解龙门山前缘物质的再分... 详细信息

2008年M_W7.9汶川地震导致龙门山断裂发生强烈地壳变形,同时引发的巨量同震滑坡加速了该地区的地表剥蚀和河流侵蚀.然而,目前尚缺少系统的数据定量研究滑坡物质的运移以及河流侵蚀速率随时间的演化规律,这些对理解龙门山前缘物质的再分配以及强震对活动造山带地形塑造的作用至关重要.为此,本研究在汶川地震后的6年间,对震区沱江上游3条支流湔江、石亭江、绵远河流域进行了多期次的定点现代河沙采样.通过系统测量河沙中的石英10Be浓度,并与震前已发表的数据进行对比,发现如下基本特点:(1)震后河沙10 Be浓度均有明显降低,表明同震滑坡物质对河沙的稀释作用;(2)震后河流对河沙的运移量增加为震前的1.3~18.5倍,因此震后龙门山地区侵蚀速率短期显著增加;(3)初步估计得到汶川地震产生的滑坡物质被完全运移出造山带所需要的时间至少为100~4000年,接近龙门山地区强震复发周期;(4)震间和同震产生的构造变形和地表剥蚀在空间上具有互补性.考虑到地表剥蚀引起的地壳均衡反弹效应,认为类似汶川地震的强震有利于龙门山的隆升.认识震前、震时和震后的地壳变形及侵蚀过程有助于更好地理解单次强震事件对高原边界龙门山地形演化的作用.

关键词：龙门山汶川地震同震滑坡河流卸载地形演化

基于InSAR技术的同震滑坡复活特征与危险性评价

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基于InSAR技术的同震滑坡复活特征与危险性评价

作者：付国训西南科技大学

学位级别：硕士

青藏高原东缘龙门山地区具有较多的地质特征、地震地质灾害发育程度高、综合危害性强,加之人类工程活动频繁与极端天气剧烈,致使2008年汶川地震诱发的大量滑坡进入了新的演化阶段,同震滑坡复活迹象愈发明显,部分已经发生复活失稳,对当... 详细信息

青藏高原东缘龙门山地区具有较多的地质特征、地震地质灾害发育程度高、综合危害性强,加之人类工程活动频繁与极端天气剧烈,致使2008年汶川地震诱发的大量滑坡进入了新的演化阶段,同震滑坡复活迹象愈发明显,部分已经发生复活失稳,对当地人民群众的生命财产安全造成严重威胁。本文在前人研究的基础上,结合野外调查、多元遥感数据,利用合成孔径雷达干涉(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术,对龙门山地区的同震滑坡及其活动性进行识别与监测,结合复活滑坡实例探讨了地震高烈度区同震滑坡复活的影响因素、演化规律和变形破坏模式,基于滑坡固有属性与InSAR监测结果,开展了同震复活滑坡的危险性评价研究。主要内容和研究成果如下:(1)应用多元遥感技术开展了同震滑坡的判识与编目工作。梳理5·12汶川地震中的同震滑坡灾害调查资料和相关研究成果,利用多元遥感影像识别震区大型同震滑坡并筛选、整理其详细信息,利用InSAR技术得到的地表形变信息进行同震滑坡复活早期识别,构建同震复活滑坡数据库。本次研究共解译出大型同震滑坡726处,其中复活滑坡136处,将滑坡复活程度划分为警惕级(0°≤α震区大型同震复活滑坡(136处)基础信息数据库。(2)基于典型滑坡开展了同震滑坡的复活特征与模式研究。根据同震滑坡堆积物变形复活时所处的坡体位置和主要诱发因素,将同震滑坡复活类型划分为坡脚侵蚀型和坡面降雨型,分别以青林沟滑坡和沙坝村滑坡为例,基于多元遥感数据,对其变形特征、过程、原因进行分析,总结和归纳了这两类同震滑坡的复活模式:(1)坡脚侵蚀型复活模式为“沟道侵蚀—坡体滑塌—坡体后退”;(2)坡面降雨型复活模式为“颗粒运移—下渗增强—颗粒粗化—滑面发展”。(3)集成时序InSAR与力学模型开展了研究区同震滑坡的危险性评价。以136处复活滑坡为评价对象,基于极限平衡原理和InSAR技术,通过计算静态稳定系数来描述出滑坡失稳破坏时的稳定状态,利用InSAR结果数据来判定同震滑坡的复活程度,得到具有时效性和准确性的同震复活滑坡危险性评价结果。其中,区内同震复活滑坡状态整体偏中高危险,具体为:极高危险滑坡19处,高危险滑坡27处,中等危险滑坡38处,低危险滑坡52处;在区划位置上的危险程度从高到低依次为“绵竹—安县段”,“北川-平武段”,“青川段”,“都江堰—什邡段”。

关键词：同震滑坡复活 InSAR技术危险性评价汶川地震

基于同震滑坡的曲江断裂区域地震滑坡危险性评价

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基于同震滑坡的曲江断裂区域地震滑坡危险性评价

作者：胡俊宏安徽理工大学

学位级别：硕士

山区地震发生时会诱发成百上千,甚至数以万计的滑坡,在海啸、地裂缝、地震液化和地震滑坡等众多地震次生灾害中,地震滑坡危害较大,所造成的损失往往大于地震灾害本身。我国是地震灾害最为严重的国家之一,其中1970年云南通海Ms7.7级地震... 详细信息

山区地震发生时会诱发成百上千,甚至数以万计的滑坡,在海啸、地裂缝、地震液化和地震滑坡等众多地震次生灾害中,地震滑坡危害较大,所造成的损失往往大于地震灾害本身。我国是地震灾害最为严重的国家之一,其中1970年云南通海Ms7.7级地震触发了大量的同震滑坡,造成了严重的人员伤亡及财产损失。但到目前为止,对于该次地震诱发的滑坡研究较少,而该大地震的地震滑坡研究对曲江断裂带地震滑坡区划和防灾减灾具有重要意义。本文以通海地震高烈度区(Ⅷ-Ⅹ)为研究区,通过对比地震前后卫星影像,采用人工目视解译的方法,客观精准的圈出滑坡,建立通海地震滑坡数据库。结合地形、地质、地震等控制因素,进行地震滑坡的空间分布规律分析。采用贝叶斯思想的取样方法,基于逻辑回归模型,计算出该研究区地震滑坡发生概率。并基于此模型,以地震动峰值加速度(Peak Ground Acceleration,PGA)为触发因子,得到曲江断裂区域不同PGA(0.1-1.0g)下的地震滑坡发生概率。取得的主要成果如下:(1)通过对地震前后的历史卫星影像(Keyhole卫星影像)进行影像裁剪、地理配准等预处理,结合地形地貌对比地震前后影像的色调、形态,在研究区解译得到640处同震滑坡,建立了通海地震高烈度区地震滑坡数据库。滑坡总面积为3.01km,主要分布于曲江河谷两岸,同时也是发震断层-曲江断裂的两侧。(2)选取高程、坡度、坡向、坡位、距河流距离、距发震断层距离、地层、距震中距离、地震烈度和PGA共十个影响因子,以滑坡数量(Landslide Number,LN)、滑坡面积(Landslide Area,LA)、滑坡点密度(Landslide Number Density,LND)和滑坡面密度(Landslide Area Percentage,LAP)为四个滑坡丰度指标,分析同震滑坡与各个影响因子的关系,得到通海地震同震滑坡的空间分布规律。通过与典型强震的同震滑坡规律进行对比分析,得到通海地震的同震滑坡主要有“数量少,中小型规模,影响范围较小”的特征。(3)采用贝叶斯思想的取样方法,在研究区内随机选取样本点,每1km取100个点,共随机生成259400个样本点,其中落入滑坡面区域的为滑坡样本点,其余样本为非滑坡样本点。基于逻辑回归模型进行研究区滑坡危险性评价,并进行了受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)检验,其中ROC曲线下的面积(Area Under Curve,AUC)为0.814,模型精度较高。基于此模型,以PGA为触发因子,得到曲江断裂区域不同PGA(0.1-1.0g)下的地震滑坡发生概率,绘制曲江断裂带区域滑坡危险性区划图。图[44]表[7]参[94]

关键词： 1970年Ms7.7级通海地震同震滑坡滑坡数据库空间分布规律滑坡危险性评价

2014年鲁甸M_S6.5地震震前与同震滑坡空间分布规律对比分析

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地震地质 2015年第1期37卷 291-306页

作者：田颖颖许冲徐锡伟吴赛儿陈剑中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室北京100029 中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083

2014年8月3日,云南省昭通市鲁甸县发生了MS6.5地震,地震诱发了大量滑坡。文中以牛栏江沿线鲁甸县、巧家县和会泽县交界处面积为44.13km2的区域为研究区,开展地震震前与同震滑坡的空间分布规律对比分析。根据震前Google Earth高分辨率影... 详细信息

2014年8月3日,云南省昭通市鲁甸县发生了MS6.5地震,地震诱发了大量滑坡。文中以牛栏江沿线鲁甸县、巧家县和会泽县交界处面积为44.13km2的区域为研究区,开展地震震前与同震滑坡的空间分布规律对比分析。根据震前Google Earth高分辨率影像与震后0.2m分辨率的超高分辨率航片数据,分别建立了震前滑坡与同震滑坡数据库。结果表明,研究区内震前有284处滑坡,本次地震触发1 053处滑坡。借助10m×10m分辨率的数字高程模型（DEM）数据,基于GIS平台提取研究区的高程、坡度、坡向、曲率、岩性、烈度、河流共7个主要因子,并利用滑坡的面积百分比（Landslide Areas Percentage,LAP）和点密度（Landslide Number Density,LND）对比分析震前与同震滑坡的空间分布规律。结果表明,震前与同震滑坡的易发高程区间分别为〈1 200m与1 200-1 300m。坡度越大越容易发生滑坡,其中坡度〈10°的区域由于距离河流很近,也为滑坡易发区。震前与同震滑坡发育的优势坡向都是近S向。当斜坡为凹坡时（曲率值为负值）,滑坡易发性较高。地震烈度越大,越易发生同震滑坡。灰岩夹白云质灰岩分布区很容易发生滑坡,玄武岩和火山角砾岩分布区在地震力的作用下边坡的稳定性也大大降低。震前、同震滑坡的发生与到河流的距离大致呈现正相关性。震前滑坡LAP的峰值大多数都与震前已经存在的大型滑坡有密切的对应关系。

关键词：鲁甸地震震前滑坡同震滑坡空间分布滑坡密度

尼泊尔地震重灾区同震滑坡的分形特征及其原因分析

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山地学报 2020年第5期38卷 699-709页

作者：蒋宁苏凤环徐京华葛永刚刘智中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院大学西南交通大学地球科学与环境工程学院四川省地质调查院中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室

受"4·25"尼泊尔M8.1级地震影响,中尼边境山区发生了大量滑坡灾害,严重威胁人民生命安全及边疆经济建设。本文利用多时相遥感影像对震区滑坡进行了解译,引入关联维数探究了同震滑坡的空间分形特征,并结合二元Logistic模型和区域背景因... 详细信息

受"4·25"尼泊尔M8.1级地震影响,中尼边境山区发生了大量滑坡灾害,严重威胁人民生命安全及边疆经济建设。本文利用多时相遥感影像对震区滑坡进行了解译,引入关联维数探究了同震滑坡的空间分形特征,并结合二元Logistic模型和区域背景因素分析其形成原因。结果表明:(1)本次地震诱发的1431处滑坡大多为新生滑坡体,以浅层中小型为主,在高地震烈度区和公路两侧较为发育。受低角度逆冲断层影响,滑坡全部位于上盘,沿地震烈度圈长轴方向呈面状分布。(2)不同地震烈度区内的滑坡具有不同的分形特征,滑坡关联维数随着地震烈度等级的增大而增加,滑坡在空间上由聚集分布逐渐转变为均匀分布。(3)不同地震烈度区内的因子权重大小不同,其中距断层带距离因子对滑坡的影响最小,用该因子描述低角度逆冲断层地震同震滑坡存在一定的局限性,而坡度是对滑坡影响最大的因子。(4)在Ⅸ度地震烈度区内,各因素对滑坡的作用程度差异较小,滑坡的发生受到多因素共同控制,因此滑坡呈现相对均匀的分布特征;反之,在Ⅵ度地震烈度区内,滑坡的发生主要受到单一因素控制,所以呈现相对聚集的分布特征。本研究可为探讨同震滑坡的空间分布规律、同震滑坡的分形特征以及震后灾害管理等提供资料参考。

关键词：尼泊尔地震同震滑坡分形特征关联维数 Logistic模型