蕴震系统的耗散性及其自组织行为

本文首先给出了守恒系统与耗散系统的性质与运动规律和开放的耗散体系的自组织演化行为,进而给出了由大区域构造网络所组成的蕴震系统是一个开放的耗散系统的论证,并分析了该系统的自组织行为和时空演化的吸引子。以京津唐地区为例,使用单序列的重建复杂系统动力学方法(时间域)和多时间序列的复杂系统动力学分析方法(空间域),由大灰厂形变水准资料的计算得出大地震前具有减熵、降维和Lyapunov指数上升的变化趋势,由该地区12个形变台站组成的前兆场的空间分布的分析得到一个2.9维的分形分布、4～5年的可预报期限(K_1=0.0885)和一个正的Lyapunov指数(0.09864)。这表明系统的时空分布沦入一个浑沌吸引子中,具有分形结构和自组织演化行为以及临界失稳的共性。     

断层网络方向特征及其自组织演化

断层网络可视为一浅源构造地震的蕴震系统。地震前兆是该系统在演化过程中所表现出来的复杂的整体动态行为，是蕴震系统自组织演化的构造微动态。本文从信息合成观点出发，提出了方向信息合成方法（ＤｉｒｅｃｔｉｏｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｎｔｈｅｓｉｓ）。对京、津、唐地区５０条跨断层地形变观测时间序列的计算表明：断层网络活动的方向特征（相对张、压、扭动等）临震前出现了运动方式（方向）群体优势异常；该异常可能具有可重复性，该方向特征的时空演化可视为一个自组织过程。     

典型华北型煤矿区主要充水含水层水文地球化学特征及控制因素

地下水形成、演化过程中控制因素不同所造成的水化学组分的差异性是矿井涌水水源识别的基础，为揭示矿井主要充水含水层水化学作用及控制因素，以位于太行山东麓的典型华北型煤矿区———鹤壁矿区为研究对象，采 用 统 计 分 析、Ｐｉｐｅｒ三 线图、Ｇｉｂｂｓ图、离子相关性分析与主成分分析法对矿区１２２个地下水水化学资料进行了分析研究。结果表明鹤壁矿区主要充水含水层中地下水的化学组分主要受岩石的风化作用控制。地下水形成、演化过程中控制因素不同所造成的水化学组分的差异性是矿井涌水水源识别的基础，为揭示矿井主要充水含水层水化学作用及控制因素，以位于太行山东麓的典型华北型煤矿区———鹤壁矿区为研究对象，采 用 统 计 分 析、Ｐｉｐｅｒ三 线图、Ｇｉｂｂｓ图、离子相关性分析与主成分分析法对矿区１２２个地下水水化学资料进行了分析研究。结果表明鹤壁矿区主要充水含水层中地下水的化学组分主要受岩石的风化作用控制。      

Newton-Leipnik系统混沌控制

分析非线性Newton-Leipnik系统的动力学性质,得出系统存在5个不稳定平衡态,导致系统形成复杂的双吸引子结构;通过数值计算得到系统随参数变化的倍周期分岔图,对其混沌态采用周期激励和线性反馈2种无反馈控制方法进行控制,当控制参数选择适当的范围时,将混沌运动控制为规则的周期运动;比较不同初始条件的上、下吸引子的控制...     

利用重复重力观测资料研究地震活动与地壳的损伤演化过程

利用细观损伤力学模型建立了地壳损伤演化过程与地球重力场变化的关系 ,讨论了利用重力观测资料计算地壳微裂纹密度参数变化分布的理论与计算方法。利用河西地区 1992～ 1999年多期重复重力观测资料对该地区的裂纹密度参数变化进行了计算 ,并将计算结果与该地区的各观测时间段内相应发生的一级以上地震活动进行了对比分析 ,取得了一些有意义的结论和认识。     

基于四叉树的景观指数分析方法

景观指数法作为景观格局分析的重要研究方法和度量手段,也是景观生态学研究的重要组成部分。由于景观指数在空间格局表达时信息高度浓缩,其在应用中普遍地存在"一值多形"问题。文中根据景观水平上聚集度指数和多样性指数对景观空间整体复杂性和异质性的描述,采用二维空间地理现象的四叉树编码表达对四个不同模拟景观格局进行空间划分,形成多层次的四叉树结构,并通过Fragstats软件对不同子区域景观指数计算,以及采用数值矩阵和对应的3D模型来表达不同景观空间格局。该方法明确展现了不同景观格局相对应的空间位置在景观聚集性特征和多样性特征上的不同,并且用同一景观格局中各子区域的景观指数描述自身子区域特征,也从景观空间局部表现了景观空间格局的异质性。研究过程证明了基于四叉树的景观指数分析方法可以区分景观格局在指数计算中的"一值多形"。同时文章展望了该方法对于不同景观空间格局进行聚类划分的应用。     

生物扰动和遗迹组构的描述与分析

运用生物扰动指数和遗迹组构组分图解方法对塔里木盆地塔中地区上泥盆统东河塘组河口湾沉积中的遗迹化石和生物扰动构造进行了描述和分析，从中发现两类遗迹组构，其中Ｔｈａｌａｓｓｉｎｏｉｄｅｓ 遗迹组构发育在纯净砂岩中，与河口湾潮汐沙坝有关；Ｓｋｏｌｉｔｈｏｓ － Ｐａｌａｅｏｐｈｙｃｕｓ 遗迹组构发育在砂、泥互层沉积中，与河口湾潮坪有关。     

地震大地测量学及其对地震预测的促进——50年进展、问题与创新驱动

地球科学进入地球系统科学新时期,在防震减灾国家任务引领下,以空间等高新技术为特色的现代大地测量学与地震学、构造地质学、岩石力学和复杂动力系统理论相交融,历经50年艰难探索,一门交叉新兴学科--地震大地测量学初步形成。从科学思想与实践效果的视角,简述所取得的基本进展与问题,例如建立多尺度空-时（频）域精密监（探）测系统;开拓现今大陆地壳运动与变形动力学（10-2s~102a）新领域,精确获取前人未能知晓的自然现象;揭示出中国大陆地壳形变系统是一个自组织动力系统,地震是此系统演化过程中为保持长期稳定的自调节暂态行为,具可预测性,又极难实现完全确定性的预测;尽管仍待长期探索,而当下已有可能对其中某些地震作出不同程度的预测。以科学思想创新为基础,提出了促进地震预测创新、脱困的新途径、新模式、新对策和具可操作性的新方法。     

淮河流域洪涝变化混沌演化特征研究

本文在淮河流域洪涝变化分形特征、吸引子维数研究的基础上,以相空间重构为理论,通过Lyaponov指数论证了淮河流域洪涝变化的混沌性和耗散性,分析了洪涝变化的混沌演化特征.     

含量—面积分形方法在确定湘西北龙山地区Hg元素异常下限中的运用

元素的地球化学含量异常下限值的确定方法众多,传统的统计学方法是以样品数据呈正态分布或者对数正态分布为假设前提,通过统计学参数对异常进行筛选和评价。已有研究表明,地球化学景观可能是具有低维吸引子的混沌系统,元素的地球化学背景值和异常具有各自独立的幂指数关系,是一种多重分形分布。依据元素的分形分布规律,可运用分形方法来计算元素的异常下限。本文以湖南龙山县地区Hg元素化探数据为基础,使用含量—面积分形方法确定了Hg元素异常下限值,并与传统计算方法所得的结果作了对比,证明了分形方法在计算非正态分布元素的异常下限值方面存在优势,不受元素极值数据的影响,并能有效减少人为干预,在实践工作中具有可行性。     

地震过程中地形变的Lyapunov指数变化

Lyapunov指数是判断动力学系统演化趋势的主要依据之一。本文根据Lyapunov指数的定义,导出了形变能到达临界状态时地壳中弹性模量与应变状态之间的关系,计算了青海门源6.4级地震过程中不同弹性模量所对应的Lyapunov指数,得出以下结论:(1)在Lyapunov指数稳定的意义下形变能的稳定性与应变张量ε和弹性矩阵D的乘积有关,当2ε~TD大于单位矩阵I时,形变能随应变的变化不稳定;当2ε~TD小于单位矩阵I时,形变能系统稳定。(2)在门源6.4级地震过程中,震后弹性地形变动力学系统的稳定性大于震前的稳定性。     

基于混沌时间序列的地下水位多步预测模型

利用相空间重构技术,并借助G-P算法、C-C方法和Wolf方法从宁陵地区地下水位一维时间序列中提取Lyapunov指数,结果表明此时间序列具有混沌特征。计算了宁陵地区地下水位时间序列的关联维数、时间延迟和最大Lyapunov指数,将局域加权一阶多步预测模型应用于地下水位预测。预测表明,此模型可有效应用于地下水位时间序列的多步预测。     

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Size and spatial distribution of landslides induced by the 2015 Gorkha earthquake in the Bhote Koshi river watershed

The Mw 7.8 Gorkha earthquake in Nepal on April 25, 2015, produced thousands of landslides in the Himalayan mountain range. After the earthquake, two field investigations along Araniko Highway were conducted. Then, using remote sensing technology and geographic information system(GIS)technology, 1481 landslides were identified along the Bhote Koshi river. Correlations between the spatial distribution of landslides with slope gradient and lithology were analyzed. The power-law relationship of the size distribution of earthquake-induced landslides was examined in both the Higher Himalaya and Lesser Himalaya. Possible reasons for the variability of the power exponent were explored by examining differences in the geological situations of these areas. Multi-threshold cellular automata were introduced to model the complexity of system components. Most of the landslides occurred at slope gradients of 30°–40°, and the landslide density was positively correlated with slope gradient. Landslides in hard rock areas were more common than in soft rock areas. The cumulative number-area distribution of landslides induced by the Gorkha earthquake exhibited a negative power-law relationship, but the power exponents were different: 1.13 in the Higher Himalaya, 1.36 and Lesser Himalaya. Furthermore,the geological conditions were more complex and varied in the Lesser Himalaya than in the Higher Himalaya, and the cellular automata simulation results indicated that, as the complexity of system components increased, the power exponent increased.Therefore, the variability of the power exponent of landslide size distribution should ascribe to the complexity of geological situations in the Bhote Koshi river watershed.     

大兴安岭NDVI时间序列的长程相关性特征分析

运用消除趋势波动分析方法和GIMMS数据集,研究大兴安岭1982-2006年NDVI长程相关性,揭示了大兴安岭NDVI动态的时间尺度特征,为气候-植被综合模型中时间尺度特性分析提供依据。主要结论有:(1)NDVI是一个复杂的动力系统,其动态过程受到多个因素和过程影响,NDVI可能存在多种不同的时空尺度。(2)一阶消除趋势波动分析可以避免忽略较小时间尺度特征,适合应用于15d分辨率的时间序列;大兴安岭NDVI在2-15个月内有较强的长程相关性;表明NDVI动态过程不是随机序列,是一个由内在自相似机制决定的长程相关过程;(3)随着时间的推移,NDVI动态时间特征发生变化,大兴安岭各生态地理区标度指数都存在"拐点",其出现时间在6.5-8.5个月之间,北段西侧与南段"拐点"出现时间比北段和中段早1-2个月。在较小时间尺度内,NDVI呈现出接近1/f噪声特点,在较大时间尺度上,NDVI具有长程幂律相关性,不同生态地理区NDVI持续性强度有差异。     

断层相互作用的初步讨论

给出了半无限介质中任意倾角的多个已发震矩形断层对邻近任意倾角的潜在活断层共同作用的合应力的解析表达式，从而可以计算震后合应力的调整值，为判断潜在活断层的稳定性提供依据。合应力Ｓｒ中既包括了作用在断层面上的正应力，又包括了断层面上的剪应力，它比单独用一个应力描述应力场更有效。最后，用１９７３年２月６日炉霍地震后的实际震例说明了地震断层错动对周围孕震区的触发作用     

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由震源到动力学系统──地震模式百年演化

地震模式受制于学术思想和科技水平,并随时间演化。研究了从“弹性回跳说”以来的演化轨跡：仅考虑震源区（断层段）→震源区和周围构造相互作用→地壳上部脆性层和深部韧性层与上地幔间的耦合→将地震视为现今大陆变形动力系统自组织演化过程的一种行为。百年演化总趋势是从震源到“动力系统”。特征为：模式时空域扩大、维数上升|从还原论、机械论到整体论、演化论|从经典力学到复杂系统理论及非线性动力学|新模式包容并超越已有模式,向大自然的本性逐渐接近。受益于地震大地测量学观测成就,关联性强的跨学科新地震模式正在探索与成长中。     

桥梁水平位移混沌特征识别与神经网络预测研究

跨海大桥系统受外界影响扰动,其变形伴有混沌现象发生.对桥梁变形监测数据实现了混沌识别,运用C-C法计算时间序列的延迟时间,用G-P方法求得最佳嵌入维数,通过求取的时间延迟和最佳嵌入维数对桥梁变形监测数据进行相空间重构,为混沌时间序列预测模型的建立奠定基础;基于RBF神经网络建立混沌时间序列预测模型,对实测数据进行桥梁变...