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改进K-SMOTE随机森林算法在地震信息发布安全风险评估中的应用研究

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地震工程学报 2025年第1期 168-177页

作者：李亚龙何琳万杰潘丹孙静安徽省地震局安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站

为有效地提高地震监测、预警、灾情评估等信息发布的安全性提出一种改进型K-SMOTE随机森林(RF)方法构建地震信息安全风险评估模型。该模型通过改进K-SMOTE算法中运用混合采样获得均衡度高的样本集，然后使用随机K折交叉验证方法进行样... 详细信息

为有效地提高地震监测、预警、灾情评估等信息发布的安全性提出一种改进型K-SMOTE随机森林(RF)方法构建地震信息安全风险评估模型。该模型通过改进K-SMOTE算法中运用混合采样获得均衡度高的样本集，然后使用随机K折交叉验证方法进行样本划分与模型优化，最终实现目标安全风险等级评估。对实际地震信息发布案例进行评测，文章所提方法构建模型评估准确率为92%,模型精确率和查全率分别为0.81和0.92,模型泛化能力强，能有效用于地震信息发布安全风险评估。本研究为完善地震信息发布安全评估体系、改进地震信息发布环境、降低安全风险提供了参考。

关键词：地震信息发布风险等级评估改进K-SMOTE 随机森林随机K折交叉验证

黄土残塬沟壑区人工林小流域土壤水分时空变化特征

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水土保持研究 2025年第1期32卷 92-100页

作者：王子涵龚铭赵炯昌池金洺朱洪盛左启林王丽平王百群于洋北京林业大学水土保持学院山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站中建一局集团第三建筑有限公司中国科学院水利部水土保持研究所

[目的]了解残塬沟壑小流域土壤水分的时空分布特征，开展生态建设和探究水文过程对气候—植被—地貌综合效应的敏感性至关重要。[方法]以地处山西吉县蔡家川的人工林小流域为研究区，基于流域尺度野外定位监测与地统计等方法，分析了小... 详细信息

[目的]了解残塬沟壑小流域土壤水分的时空分布特征，开展生态建设和探究水文过程对气候—植被—地貌综合效应的敏感性至关重要。[方法]以地处山西吉县蔡家川的人工林小流域为研究区，基于流域尺度野外定位监测与地统计等方法，分析了小流域土壤水分时空变化特征。[结果]（1）研究时段内总降雨历时为308 h,累计降雨量311.1 mm,占全年降雨量的77.95%,小流域土壤水分变化具有明显的垂直分异特征。（2）采用有序最优分割法将人工林小流域土壤水分分为三层，其中，0—10 cm为土壤水分活跃层，其体积含水量均值为（13.91±4.08） cm3/cm3（CV=29%）,10—80 cm为土壤水分次活跃层，其体积含水量均值为（16.28±5.01） cm3/cm3（CV=31%）,80—180 cm为土壤水分调节层，其体积含水量均值为（14.25±1.89） cm3/cm3（CV=13%）。（3）人工林小流域不同深度土壤水分呈现出西北低、东南高的特点。反距离权重法土壤水分空间插值的精确度最高，纳什系数为0.52,均方根误差为2.04。[结论]蔡家川人工林小流域的水分空间分布受到地形、降水和植被等多方面因素的影响，水分空间分布总体上呈现出东南高、西北低的特点。

关键词：黄土高原土壤水分空间插值空间分布

短周期线性密集台阵揭示宣城地区浅部地壳速度结构及断裂发育特征

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地球与行星物理论评（中英文） 2025年第2期56卷 201-214页

作者：方捷姚华建李杰李俊伦周桂理中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥 230026 中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥 230026 蒙城地球物理国家野外科学观测研究站蒙城 233500 安徽省地震局合肥 230031

宣城市位于东南丘陵与长江中下游平原过渡地带,区内经历多期构造活动,地质构造复杂且断裂十分发育,开展宣城地区浅部速度结构和断裂带探测,不仅有助于深入了解区内地质构造和成矿作用,还可以为区域地震危险性和危害性评价提供重要的参... 详细信息

宣城市位于东南丘陵与长江中下游平原过渡地带,区内经历多期构造活动,地质构造复杂且断裂十分发育,开展宣城地区浅部速度结构和断裂带探测,不仅有助于深入了解区内地质构造和成矿作用,还可以为区域地震危险性和危害性评价提供重要的参考模型.本文在研究区布设了一条由 110套三分量地震仪组成的短周期线性密集台阵,利用采集的一个月的三分量背景噪声数据,采用噪声谱比方法(HVSR)探测研究区场地峰值频率及基岩界面结构;通过垂直分量背景噪声数据重建经验格林函数,采用拓距相移法(ERPS)提取相速度频散曲线并反演线性台阵下方浅部地壳精细横波速度结构.基于HVSR计算的场地峰值频率和基岩界面埋深,刻画了测线下方浅部地表松散沉积层的结构,结果显示研究区内皖南山区基岩埋深较浅,盆地区域基岩埋深较深,地表松散沉积层的厚度最大可至地下 80 m,此外还评估了区内地震破坏性和建筑的抗震性,认为研究区内平均振幅放大系数相对较高,局部区域可能会产生明显的地震放大效应,并且皖南山区低矮建筑(1～2层)及宣城—南陵盆地区域的高层建筑(7层及以上)在抗震设防上应当特别注意;依据反演的二维横波速度模型,获得了研究区浅部地壳 6km以深的结构,结果显示宣城—南陵盆地在浅部表现为明显的低速特征,其基底深度可达 2 km,并且盆地部分区域呈现相对高速的异常特征,指示在区域多期构造活动中产生的岩浆侵入和逆冲推覆构造作用.此外,区内深部总体表现为高低速异常交替分布的"叠瓦状"构造模式,出现的多处低速异常带推断分别是周王断裂、江南断裂和茅山断裂以及清水河—河湾断裂的构造破碎带,指示了研究区内经历的多期次挤压—拉伸的强烈变形改造.综合上述研究成果,本研究为宣城地区地质构造条件的分析、地震危险性及危害性的评价以及区域找矿勘查等相关工作提供了新的依据.

关键词：背景噪声成像 H/V谱比拓距相移地壳浅层结构断裂带探测地震灾害预防

来源：博看期刊评论

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汶川地震失稳机制的数值模拟研究

地球物理学报 2021年第10期64卷 3466-3477页

作者：李平恩廖力奉建州中国地震局地球物理研究所北京100081 北京白家疃国家地球科学野外科学观测研究站北京100095

考虑断层的软化特性,建立垂直于龙门山断裂带并包含四川盆地和川西高原在内的汶川地震不稳定性地震力学模型.采用有限元方法计算得到了描述整个岩石力学系统稳定性状态和过程的平衡路径曲线.在此基础上,采用稳定性理论研究了汶川地震从... 详细信息

考虑断层的软化特性,建立垂直于龙门山断裂带并包含四川盆地和川西高原在内的汶川地震不稳定性地震力学模型.采用有限元方法计算得到了描述整个岩石力学系统稳定性状态和过程的平衡路径曲线.在此基础上,采用稳定性理论研究了汶川地震从孕育到发生的过程,讨论了断层倾角和断层材料参数对地震失稳的影响.数值模拟结果显示,系统只存在稳定的断层无震滑动和不稳定的地震失稳2种状态.断层倾角、初始内摩擦系数、初始黏聚力和强度曲线形状参数的增加会导致系统趋向不稳定的地震失稳状态.而强度曲线胖度参数的增加有助于系统进入稳定的断层缓慢无震滑动状态.地震失稳前,在平衡路径曲线的应力峰值点和失稳点之间,断层错动加速,应变能开始释放并且应力开始减小,是失稳的前兆.最后在失稳点发生应力突跳,地震发生,其间伴随应变能的急剧释放、应力降和断层突然错动.无论是稳定的断层无震滑动还是不稳定的地震失稳,系统重新进入应力和应变能增加状态后,应力和应变能的增速由远场加载速度、岩石力学系统的结构和围岩材料属性决定,与断层软化特性参数无关.

关键词：汶川地震失稳机制断层软化特性平衡路径曲线有限元

2001年昆仑山口西MS8.1地震自发破裂过程数值模拟研究

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2141-2158页

作者：奉建州廖力李平恩吴庆举中国地震局地球物理研究所北京100081 北京白家疃地球科学国家野外科学观测研究站北京100095

2001年11月14日,青藏高原的东昆仑断裂带发生昆仑山口西MS8.1地震,现场考察和破裂过程反演结果表明这是一次破裂过程非常复杂的走滑地震事件.研究这次地震的自发破裂过程,对于认识大陆型特大地震的发生机理具有重要意义.本文利用曲线网... 详细信息

2001年11月14日,青藏高原的东昆仑断裂带发生昆仑山口西MS8.1地震,现场考察和破裂过程反演结果表明这是一次破裂过程非常复杂的走滑地震事件.研究这次地震的自发破裂过程,对于认识大陆型特大地震的发生机理具有重要意义.本文利用曲线网格有限差分法对2001年昆仑山口西MS8.1地震的动力学破裂过程进行研究.首先建立能反映这次地震主要特征的三维非平面断层模型,并以地质考察、以及根据GPS和InSAR观测数据、远场地震记录得到的反演结果为约束,通过数值模拟重现了这次地震破裂过程的主要特征.在此基础上,进一步讨论了背景应力场、断层几何、摩擦系数对断层面滑移量分布、震源时间函数、破裂传播速度的影响.研究结果表明,昆仑山口西MS8.1地震发展成为具有超长破裂尺度的大型地震的重要原因可能是:青藏高原最大水平主压应力方向沿东向的顺时针旋转特征和断层面较低的动摩擦系数.并且沿昆仑山口西地震断层面的动摩擦系数可能是非均匀的,由此产生了沿断层走向复杂变化的应力降,从而导致超剪切破裂的发生,并控制了断层面滑移量分布.

关键词：昆仑山口西Ms8.1地震曲线网格有限差分法自发破裂过程同震滑动量分布超剪切破裂

基于Slepian方法和地面重力观测确定时变重力场模型:以2011—2013年华北地区数据为例

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地球物理学报 2021年第5期64卷 1542-1557页

作者：韩建成陈石卢红艳徐伟民中国地震局地球物理研究所北京100081 北京白家疃地球科学国家野外科学观测研究站北京100095

时变重力场是研究地球系统内部物质运动和时空演化过程的有效途径.目前广泛使用的GRACE时变重力场模型受限于其空间分辨率(约400 km),难以探测较小空间尺度的重力变化.本文首次尝试利用Slepian局部谱分析方法和多期地面重力观测确定更... 详细信息

时变重力场是研究地球系统内部物质运动和时空演化过程的有效途径.目前广泛使用的GRACE时变重力场模型受限于其空间分辨率(约400 km),难以探测较小空间尺度的重力变化.本文首次尝试利用Slepian局部谱分析方法和多期地面重力观测确定更高空间分辨率的时变重力场模型.Slepian方法通过构建研究区域内的正交基函数,将信号能量集中在研究区域内部,是构建球面局部重力场模型的理想方法.本文根据Slepian方法的特点给出了区域重力场建模及参数优化的步骤,以我国华北地区为例,基于2011—2013多期地面观测确定了区域时变重力场模型,并与同区域由Slepian方法和GRACE卫星数据确定的重力变化进行了对比分析.结果表明:(1)贝叶斯信息量准则可作为确定Slepian展开最佳截断数的有效手段;(2)基于研究区域内现有重复测点数据,能够恢复120阶时变重力场,空间分辨率(半波长)约150 km;(3)2011—2013年间研究区域内GRACE估计结果与120阶地面结果在时空分布的显著趋势上存在较好的对应,证明了本文利用Slepian方法和地面观测所得时变重力场模型的可靠性.本文研究结果可为区域重力场建模提供新的参考,也可为华北地区水资源变化监测、构造活动分析以及地震风险性评估等研究提供高分辨率的时变重力场模型支撑.

关键词：华北地区地面重力数据时变重力 Slepian函数区域重力场

2019年6月17日四川长宁6.0级地震震后应力演化与余震关系

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地球科学 2022年第6期47卷 2149-2164页

作者：李平恩廖力奉建州中国地震局地球物理研究所北京100081 北京白家疃地球科学国家野外科学观测研究站北京100095

2019年6月17日四川长宁县发生6.0级地震,该次地震余震活动频度高、强度大,其中超过5.0级的强余震就有4次,具有不同于以往6.0级地震的独特特征.余震活动与震后区域应力变化密切相关,为研究它们之间的关系,考虑区域主要活动构造、地表起... 详细信息

2019年6月17日四川长宁县发生6.0级地震,该次地震余震活动频度高、强度大,其中超过5.0级的强余震就有4次,具有不同于以往6.0级地震的独特特征.余震活动与震后区域应力变化密切相关,为研究它们之间的关系,考虑区域主要活动构造、地表起伏和深部反演结果,建立长宁地区岩石圈三维黏弹性有限元模型.采用数值方法重建基本符合研究区GPS观测和最大水平主压应力方向测量结果的现今构造背景应力场.进而依次模拟了长宁6.0级地震和5.0级以上强余震序列.通过计算库仑破裂应力变化研究了震后应力演化与余震分布,以及主震和5.0级强余震序列之间的关系.研究表明,长宁6.0级地震的发生可能与区域内非构造加载因素有关,余震活动明显受震后区域应力变化的控制.长宁地震后,于滩-长宁背斜在10 km深度应力得到充分释放,库仑破裂应力明显减小;而在3 km深度库仑破裂应力明显增加,应力水平仍然较高.

关键词：长宁6.0级地震震后应力演化余震活动库仑破裂应力有限元地球物理

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贝叶斯重力平差算法的稳定性评估与统计检验

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第3期51卷 92-99页

作者：王林海陈石中国地震局地球物理研究所北京100081 北京白家疃地球科学国家野外科学观测研究站北京100095

采用Bootstrap和Jackknife两种统计学方法,用于评估贝叶斯重力平差算法的参数估计稳定性问题.以四川和云南实际重力测网的观测系统为例,模拟观测数据和误差分布,给出了贝叶斯重力平差方法用于实际重力平差的稳定性评估方案.研究结果表明... 详细信息

采用Bootstrap和Jackknife两种统计学方法,用于评估贝叶斯重力平差算法的参数估计稳定性问题.以四川和云南实际重力测网的观测系统为例,模拟观测数据和误差分布,给出了贝叶斯重力平差方法用于实际重力平差的稳定性评估方案.研究结果表明:贝叶斯平差方法在观测样本足够的情况下,可以较好地估计相对重力仪的非线性漂移和格值系数;部分段差样本丢失时仍可以稳定地估计模型参数.通过使用统计学方法和检验流程,并结合特定的重力观测系统进行测试,所得结论有助于优化陆地重力观测系统设计,评估贝叶斯重力平差结果的可靠性.

关键词：陆地重力观测贝叶斯重力平差 Bootstrap方法 Jackknife方法稳定性和鲁棒性

青藏高原东北缘及邻区岩石圈力学强度的贝叶斯估计

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2220-2231页

作者：潘宇航陈石侍文孙玉军李永波董冬辉中国地震局地球物理研究所北京100081 北京白家疃地球科学国家野外科学观测研究站北京100095 中国地质科学院北京100037

本文基于复合岩石圈挠曲均衡模型,利用布格重力异常和地形数据,采用重力导纳和相关函数联合反演方法,结合贝叶斯统计推理确定最优的岩石圈挠曲参数模型,获取了青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度Te和载荷比F的空间分布特征及不确定性估计... 详细信息

本文基于复合岩石圈挠曲均衡模型,利用布格重力异常和地形数据,采用重力导纳和相关函数联合反演方法,结合贝叶斯统计推理确定最优的岩石圈挠曲参数模型,获取了青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度Te和载荷比F的空间分布特征及不确定性估计.在此基础上,本文分析了各个构造单元的差异性及其与强震活动的关系,并利用热-流变结构等资料,给出了构造运动可能的深部动力源.研究结果显示:青藏高原东北缘及邻区F呈现大面积低值分布,说明其现今岩石圈挠曲状态主要与地表载荷加载相关.此外,岩石圈有效弹性厚度Te存在显著差异,其力学强度差异与青藏高原向东挤出变形、热结构状态有一定对应关系.本文结果可为定量化研究青藏高原动力学问题提供有效的地球物理依据.

关键词：青藏高原东北缘岩石圈挠曲有效弹性厚度载荷比贝叶斯估计