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PCA优化CEEMD的DSQ水管倾斜仪信号随机噪声压制方法

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大地测量与地球动力学 2024年

作者：郭晓菲欧同庚刘天龙辽宁省地震局中国地震局地震大地测量重点实验室武汉地震科学仪器研究院有限公司

提出一种基于主成分分析（PCA）优化完备集合经验模态分解（CEEMD）的DSQ水管倾斜仪信号随机噪声压制方法 CEEMD-PCA。该方法融合了相关系数、分布熵、MSE、R2、SSE、RMSE、MAE、MAPE等8个IMF分量质量评价指标，借助PCA实施指标值矩阵... 详细信息

提出一种基于主成分分析（PCA）优化完备集合经验模态分解（CEEMD）的DSQ水管倾斜仪信号随机噪声压制方法 CEEMD-PCA。该方法融合了相关系数、分布熵、MSE、R2、SSE、RMSE、MAE、MAPE等8个IMF分量质量评价指标，借助PCA实施指标值矩阵的降维压缩，将其转化为一个能代表全部不同类型指标特点的新参数，并构建IMF分量质量综合评价函数，根据分数排名结果完成原始含噪信号的线性重构。仿真信号去噪实验和实测信号去噪实验结果皆表明，CEEMD-PCA模型优于卡尔曼滤波、70阶低通FIR滤波等经典模型，能提高原始信号的信噪比，精准完成信号重构，更好地保留有效成分。

关键词： DSQ水管倾斜仪随机噪声压制完备集合经验模态分解主成分分析特征融合分布熵

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活动构造与强震:专辑序言

地质力学学报 2024年第2期30卷 181-188页

作者：吴中海郑文俊任俊杰任治坤中国地质科学院地质力学研究所北京100081 中山大学地球科学与工程学院广东珠海519082 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 中国地震局地质研究所北京100029

活动构造既是地壳最新活动的表现,也是导致强震的主要根源。中国内地因发育了复杂的活动构造系统,成为世界上强震活动及相关灾害特别严重的地区。因此,深入认识中国内地的活动构造特征与强震发生规律,有助于在城镇规划和重大工程建设中... 详细信息

活动构造既是地壳最新活动的表现,也是导致强震的主要根源。中国内地因发育了复杂的活动构造系统,成为世界上强震活动及相关灾害特别严重的地区。因此,深入认识中国内地的活动构造特征与强震发生规律,有助于在城镇规划和重大工程建设中科学防范或规避强震灾害风险。为了及时交流活动构造与强震研究领域的最新成果,此期专辑优选了代表性论文12篇,主要涵盖了活动构造控震、古地震、活动断裂调查与探测、地震地质灾害、遥感技术应用和水库诱发地震共6个不同领域的研究进展。综合此期专辑的新成果和国内外相关领域的研究动态,建议活动构造与强震研究应关注4个方面的动态进展,包括:从活动构造演化及活动断裂体系角度更全面地认识区域强震的危险性;活动构造已步入定量化与精细化调查研究阶段;高精度遥感和多种定年技术的应用正在不断扩展古地震研究的范围和时限;人类活动诱发地震问题。

关键词：活断层探测古地震诱发地震同震破裂与灾害活动构造体系

基于InSAR监测的鹤岗矿区地壳形变特征与冲击地压相关性研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：付兴宋健康张拓张宏伟刘天昊陈世威金波李玉辽宁工程技术大学矿业学院中国地震局工程力学研究所中国地震台网中心

冲击地压是地质动力环境与开采工程扰动耦合作用的结果，矿区地壳形变特征是地质动力环境的重要影响因素之一，能够直观反映井下工作面开采上覆煤岩体结构受力变形-失稳的动态演化特征。而开采工程扰动又使得煤岩体的应力升高，能量积... 详细信息

冲击地压是地质动力环境与开采工程扰动耦合作用的结果，矿区地壳形变特征是地质动力环境的重要影响因素之一，能够直观反映井下工作面开采上覆煤岩体结构受力变形-失稳的动态演化特征。而开采工程扰动又使得煤岩体的应力升高，能量积聚，达到煤岩临界条件时，则易诱发能量的瞬时释放，造成冲击地压的灾害发生。因此，矿区区域地壳形变特征与冲击地压之间有密切的联系。为了深入分析矿区地壳形变特征与冲击地压微震能量事件的关联，以鹤岗矿区的InSAR监测数据为基础，研究了富力煤矿、兴安煤矿和峻德煤矿地表形变的时空演化特征，并以峻德煤矿17层三四区二段工作面为例，选取了该区域的10个点位的InSAR监测结果，将其平均地壳形变量特征与冲击地压微震总能量进行综合分析，定量确定了大能量微震事件发生与区域地壳形变的“时-空-强”特征。研究表明：峻德煤矿井田地壳垂直形变量与17层微震事件总能量变化趋势是一致性达到69%，在时间频度上有较高的一致性。选取典型时段（2020.12.02-2021.12.28）24次大能量微震事件发生的能量大小与震中距与10个监测点位的平均形变量进行皮尔森相关性分析，得出微震能量大小与平均形变量呈正相关，相关系数为0.56，震中距与平均形变量呈负相关，相关系数为-0.75，反映了地壳形变特征与冲击地压的空间和强度关系，说明了InSAR监测在时间、空间、形变量与微震监测的微震事件有较高的匹配度。

关键词： InSAR 冲击地压地壳形变特征微震事件震中距

构造转换区强震间相互作用机制的数值模拟研究:以2008—2020年4次M_(S)>6.0于田地震为例

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地球物理学报 2024年第1期67卷 156-171页

作者：刘雷李玉江季灵运中国地震局第二监测中心西安710054 应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085

2008年于田M_(S)7.3地震后,阿尔金断裂带西南段的构造转换区内接连发生了2012年M_(S)6.2、2014年M_(S)7.3和2020年M_(S)6.4等强震.研究强震间相互作用对于理解强震的发震机制具有重要意义.本文通过构建阿尔金断裂西南段及邻区三维黏弹... 详细信息

2008年于田M_(S)7.3地震后,阿尔金断裂带西南段的构造转换区内接连发生了2012年M_(S)6.2、2014年M_(S)7.3和2020年M_(S)6.4等强震.研究强震间相互作用对于理解强震的发震机制具有重要意义.本文通过构建阿尔金断裂西南段及邻区三维黏弹性有限元模型,以强震同震滑动模型为约束,综合同震位错与震后黏弹性松弛效应的影响,研究4次强震间相互作用以及强震发生所引起的区域内断裂库仑应力变化.计算结果表明:考虑同震和震后效应的共同作用,后续3次地震发生前震源处库仑应力变化分别为-1.89×10~4 Pa、3.63×10~4 Pa和1.04×10~4 Pa,表明2008年于田地震延迟了2012年于田地震的发生,2008和2012年于田地震共同触发了2014年于田地震的发生,而前3次地震同样触发了2020年于田地震的发生.从不同构造部位强震间相互作用的结果来看,阿尔金断裂西南段尾端张性区内发生的正断型强震,对区域内北东向断层上的左旋走滑型强震有加载效应,造成强震的提前发生,同时也会延迟尾端张性区内近南北向的断层上正断型强震的发生.综合分析认为,阿尔金断裂和郭扎措断裂西段应力显著增加(>1.0×10~5 Pa),未来发生强震的可能性很高,需要重点关注.

关键词：于田地震同震滑动分布有限元模拟库仑应力变化地震危险性

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基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警试验——以2022年9月5日四川泸定6.8级地震为例

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地球物理学报 2024年第8期67卷 3004-3016页

作者：宋晋东朱景宝李水龙王士成韦永祥李山有中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 地震灾害防治应急管理部重点实验室哈尔滨150080 福建省地震局福州350003

2022年9月5日12时52分四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震,造成严重的经济损失和人员伤亡.本文利用此次地震中台站记录到的强震动数据,离线模拟基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警方法.该方法首先构建基于支持向量机的震级预测... 详细信息

2022年9月5日12时52分四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震,造成严重的经济损失和人员伤亡.本文利用此次地震中台站记录到的强震动数据,离线模拟基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警方法.该方法首先构建基于支持向量机的震级预测模型与现地地震动速度峰值(peak ground velocity,PGV)预测模型,而后将每个台站的震级和PGV预测值分别与震级阈值5.7和PGV阈值9.12 cm·s^(-1)做比较,进而得到现地警报级别(0,1,2,3),并用于判断台站附近是否发生潜在破坏.其中,警报级别3为预测震级和预测PGV都超过了阈值,表明在该台站附近有潜在地震破坏且震级偏大.此次地震的离线模拟结果表明:使用P波到达后3 s时间窗,基于支持向量机震级预测模型的单台震级估计标准差为0.35、平均绝对误差为0.27;基于支持向量机PGV预测模型的现地PGV预测标准差为0.34、平均绝对误差为0.32;震级估计误差和PGV预测误差主要分布在±2倍标准差范围内.在不考虑数据打包与传输延时的条件下,地震烈度Ⅶ度区域内的触发台站在震后8 s几乎都发布了警报级别3.在此次地震的震后初期,基于机器学习预测模型的现地警报级别地震预警方法可以得到可靠的警报预测结果,并为中国地震预警系统升级提供了潜在参考.

关键词：现地地震预警机器学习震级预测 PGV预测泸定地震

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三维地质建模为地震数值预测带来的机遇

地震地质 2024年第1期46卷 1-18页

作者：姚琪鲁人齐苏鹏王辉朱亚玲王力维中国地震局地震预测研究所北京100036 中国地震局地质研究所北京100029

地震预测预报亟需从经验性预测向数值预测转变,但是建模难的问题制约了地震数值预测的发展和行业应用。三维地质建模技术的发展及其在地震行业的应用,为地震数值预测带来了解决模型问题的机遇。文中从地震数值预测的概念、发展历程和现... 详细信息

地震预测预报亟需从经验性预测向数值预测转变,但是建模难的问题制约了地震数值预测的发展和行业应用。三维地质建模技术的发展及其在地震行业的应用,为地震数值预测带来了解决模型问题的机遇。文中从地震数值预测的概念、发展历程和现状入手,简述了地震数值预测目前存在的难点。随后简述了三维地质建模技术的发展和在地震行业的应用,以及国内外三维公共断层模型的构建和应用情况。结合以上2部分内容,对如何利用三维地质建模技术解决地震数值预测中的难点问题进行了展望,包括多源多精度异构数据的联合建模、地质模型-属性模型-数值模型一体化建模、平直断层结构建模、三维断层结构建模、数据-模型-计算的迭代与相互驱动等。最后简述了三维地质建模在地震数值预测应用中的难点。三维地质建模技术有望为地震数值预测及相关数值计算领域提供更逼近现实的数值模型和几何模型,可缩短建模工期,实现快速更新迭代,从而解决建模难的问题。

关键词：三维地质建模地震数值预测三维公共断层模型数值模拟

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震前低频电磁辐射异常的辨识处理与反演定位

中国科学：地球科学 2024年第5期54卷 1725-1739页

作者：韩冰胡文宝赵国泽汤吉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 长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室武汉430100

本文应用任意方位的地中电偶极源对孕震区可能存在的电磁辐射进行模拟,以丽江大地电磁台站的观测资料为背景,对电磁辐射引起的电磁场谱、视电阻率和相位的扰动幅值、频段等特点进行总结.以云龙、漾濞两次地震为例,对大理和丽江两个电磁... 详细信息

本文应用任意方位的地中电偶极源对孕震区可能存在的电磁辐射进行模拟,以丽江大地电磁台站的观测资料为背景,对电磁辐射引起的电磁场谱、视电阻率和相位的扰动幅值、频段等特点进行总结.以云龙、漾濞两次地震为例,对大理和丽江两个电磁台站的实测数据进行处理,得到两个台站视电阻率和相位的背景变化及震前的异常变化,应用差分蚁群反演算法对两个台站、多频点、多个响应函数的异常数据进行反演,得到了多个地下介质中等效辐射源的相关参数.反演结果表明,偶极子多分布于孕震区或邻近区域,且其方位角对发震断裂有较好的指向性,证明了该方法预测孕震区的可行性.

关键词：大地电磁响应孕震电磁异常辨识地中矢量电偶极响应等效辐射源反演定位

基于K-means算法的建筑群震害分析模型缩减方法

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世界地震工程 2024年第1期40卷 72-79页

作者：陈夏楠张令心林旭川王祺中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 中国地震局工程力学研究所地震灾害防治应急管理部重点实验室黑龙江哈尔滨150080

基于建筑群模型和弹塑性时程分析的精细化城市震害模拟技术能够为防震减灾及应急救援决策提供必要的依据和参考。为了减小城市建筑群震害模拟的计算量和计算时间,本文提出一种基于聚类算法的建筑群模型缩减方法。该方法采用K-means聚类... 详细信息

基于建筑群模型和弹塑性时程分析的精细化城市震害模拟技术能够为防震减灾及应急救援决策提供必要的依据和参考。为了减小城市建筑群震害模拟的计算量和计算时间,本文提出一种基于聚类算法的建筑群模型缩减方法。该方法采用K-means聚类算法,首先基于建筑结构属性向量对建筑群进行聚类,将相似的建筑结构聚为一组;然后从每组选取一个代表建筑组成建筑群缩减模型,通过减少需要分析的建筑结构数量来减少建筑群震害模拟的计算量。本文对传统的K-means算法进行改进,通过设定组内建筑结构的差异上限自动调整聚类分组数量;提出将具体地震动作用下结构地震损伤指数作为结构属性向量进行聚类,并通过算例对比分别采用两种缩减模型,即基于损伤指数聚类的缩减模型与基于结构力学模型参数聚类的缩减模型,计算结构损伤状态准确程度。对比结果表明:在聚类分组数量相同的情况下,基于损伤指数的分组明显优于基于模型参数的分组,采用模型缩减方法能够在保证足够计算精度前提下显著减少建筑群震害模拟计算量和计算时间。

关键词：城市建筑群 K-means算法模型缩减结构模型参数地震损伤指数

地震各向异性与地质构造揭示的红河断裂带分段性

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中国科学:地球科学 2024年第8期54卷 2458-2477页

作者：李莹高原中国科学技术大学地球和空间科学学院中国地震局地震预测研究所地震预测重点实验室

红河断裂带是青藏高原东南缘一条控制地壳深部运动变形的重要断裂带,被视为川滇块体西边界,对东南缘中下地壳流问题具有明显的控制作用.地球物理资料显示红河断裂带具有分段性,由北向南地震活动、速度结构与地壳变形皆表现明显的差异性... 详细信息

红河断裂带是青藏高原东南缘一条控制地壳深部运动变形的重要断裂带,被视为川滇块体西边界,对东南缘中下地壳流问题具有明显的控制作用.地球物理资料显示红河断裂带具有分段性,由北向南地震活动、速度结构与地壳变形皆表现明显的差异性;地震各向异性表现了区域横向空间展布和垂向层次分布的复杂形态.从地壳分层角度看,(1)上地壳:红河断裂带北段快波方向较为复杂,可能受三江侧向碰撞带以及附近不同走向断裂的影响;中段快波方向表现很强的NW向定向排列特征,暗示可能形成了闭合(或闭锁)的局部变形一致区域;南段快波方向较为杂乱,表明楔形交汇区端部具有复杂的构造形态和应力环境.(2)中下地壳:断裂带北段和南段的方位各向异性表现出较强的接近壳内低速薄弱带走向的形态,可能与中下地壳物质的运移有关.在全地壳(整个地壳)尺度,红河断裂带两侧快波方向平行NW构造走向,揭示了红河断裂带作为一个可能贯穿地壳的深大断裂对周围介质有很强的控制作用.在岩石圈尺度,红河断裂带附近快波更近EW向,完全未受断裂带走向的影响,与上地幔P波和S波低速区以及正径向各向异性形态有很好的一致性.快波方向可能与岩石圈橄榄岩变形和软流圈物质流动等有关.本文认为在红河断裂带域,主要在～26°20′N以南,地壳与岩石圈地幔可能存在解耦变形,并可能与板块俯冲和回撤等有关.综合分析多种地球物理观测数据和反演结果,可以刻画出红河断裂带附近精细的地壳-上地幔各向异性结构.更密集的地球物理台阵与更高精度的观测资料有助于探明红河断裂带横向和垂向的壳幔变形细节变化,深化对该断裂带构造意义的理解.

关键词：红河断裂带地震各向异性地质构造岩石圈分段特征

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