基于粒子群优化算法与厄米多项式构建地震综合预测投影寻踪回归模型

在地震综合预测投影寻踪研究工作中,投影寻踪回归算法是其中应用最多的一种方法．但一般投影寻踪回归算法构造技术较为复杂,采用多次局部光滑回归,计算量较大,外推较为繁杂,容易陷于局部解．在综合考虑传统投影寻踪回归算法特点的基础上,针对投影寻踪回归计算中存在的一些不利因素,给出了一定的解决思路:采用粒子群优化算法代替高斯 牛顿算法优化投影方向;采用厄米多项式代替分段线性光滑回归来拟合岭函数,以简化优化过程;参数优化无需分组,获得全局优化的岭函数．利用数值仿真技术进行基于粒子群优化算法与厄米多项式构建的投影寻踪回归模型建模能力与计算精度的检验,再将其应用于多维地震时间序列和一般多维无序地震样本回归综合建模预测中．通过计算和分析表明,基于粒子群优化算法与厄米多项式构建的投影寻踪回归模型具有简单、快速、有效的特点,在实际地震综合预测建模中取得了满意的效果,可作为地震预测的一种综合分析方法．      

地壳和上地幔三维速度与界面结构层析成像——理论部分

提出了一种三维模型参数化方法,使得正问题和反问题可以用解析式表达．地壳和上地幔速度与界面结构分别由一组非常光滑的函数描述．在正问题和反问题中,使用了初值射线追踪方法,走时对模型网格节点参数的偏微商在射线追踪的同时进行了解析计算．由于速度和界面函数具有二阶连续偏微商,由射线路径的发散和聚焦在地表引起的影区可以避免．射线追踪之后,可以获得由矩阵和矢量组成的反问题．解决反问题使用了具有阻尼因子的奇异值分解法．一组由几条纵剖面组成的合成数据被用来进行数值模拟计算,结果表明方法是健全的．与二维方法比较,在地壳模型非常复杂的情况下,三维反演方法可以给出准确的速度结构和界面位置．      

bem>值计算及其在地震预测预报中的应用

介绍了改进的b值计算方法，增强地震发生频次在b值计算中的作用，增大b值的变化幅度，使能清晰反映地震震级和频次结构的显著变化．根据所选择监测范围内的测震资料对有限震例的计算分析，初步给出有关b值变化前兆异常的特征、定量指标和有关从属函数的计算公式，以期根据定量计算分析结果，对监测范围内破坏性地震的发生，提供短期(1——3个月)的预测意见．      

地震波在饱和土层界面的反射与透射

研究了地震波在两种饱和土层界面的反射与透射，其中饱和土模型采用修改的Biot模型．考虑土颗粒及孔隙流体的压缩性，并考虑了孔隙流体与土骨架之间的粘性耦合作用，文中首先从理论上推导了地震波在界面发生反射与透射时，反射系数与透射系数的一般计算式，尔后数值分析了第一P波入射时，各模式的波反射系数和透射系数与入射角及频率的关系．本研究对地震工程中的波动勘测技术、场地地震反应分析等领域具有理论及应用价值．      

各向异性问题数值模拟中的交替算法

利用有限差分数值模拟对各向异性在内界面存在的问题进行了研究．首先给出了含有15个弹性参数二维各向异性介质波动方程组的有限差分格式；然后主要分析了在二维横向各向同性情况下，这一差分格式在内界面处切应力的连续性问题．从而提出了各向异性问题数值摸拟中的交换模拟技术，并对理论模型进行了数值模拟．数值计算表明，结果与理论模型的分析是一致的．      

重力异常的拟合推估迭代解算模型及算法

重力异常随机逼近的一种有效方法是拟合推估法．为了提高拟合推估解的可靠性，关键是提高重力异常协方差函数的可靠性．本文建立了一套迭代拟合协方差函数以及迭代推估重力异常的理论模型．经实际计算表明，通过有限的迭代拟合推估，确实能提高重力异常的推估精度．      

利用三维弯曲界面的反演方法重建唐山震区莫霍界面三维构造形态

研究利用反射波的走时反演三维弯曲界面和介质层速度的计算方法．各层界面利用分段非完全三次多项式描述．正问题采用一种快速的三维射线追踪方法．反演过程采用变阻尼最小二乘法．数值模拟结果表明，解很快收敛到真模型．处理了通过唐山震区的实测资料，重建了该震区莫霍界面三维构造形态，并揭示了该区域构造与地震活动的关系．      

电磁波层析成像——图像的一致性及地下水探测.

在井间电磁波层析成像中，发射机的原地辐射常数无法标定，且实测量中包含着感应场的影响．因此，由常规图像重建方法得到的吸收系数分布仅为相对量，直接影响着连续剖面图像的一致性．本文给出了计入感应波动场影响的正演公式，提出了计算原地辐射常数E0值的交替追赶方法，开展了水中标定试验和岩性测试，对EW-1和JWQ-3型仪器的标准读数给予了准确定义，并就频率规范和连续剖面的边界光滑问题进行了探讨．探测内蒙古唐公塔地下水的连续剖面得到了一致性良好的层析图像，吸收系数的绝对数值合理可靠，与岩样测试结果相吻，较准确地找出了含水层的深度、延展方位及含水程度，指导找水取得成功．      

大气潮汐全日振荡模本征值本征函数问题的数值计算

本文用有限阶截断矩阵和抛物线叠代近似求根法数值求解了大气潮汐全日振荡模的本征值一本征函数问题,求得了20×20阶截断本征值和本征向量。计算结果表明本征值的虚部比实部小若干量级,从而由计算实验证实了大气潮汐本征值问题有限阶截断矩阵的近似厄密特性。文中还叙述了变矩阵阶次以确定计算收敛性的实验结果,并与前人的结果进行了对比分析。     

成层自重弹性-粘弹性半空间内膨胀源引起的地表形变和重力变化s

研究了两个弹性层覆盖于一个Maxwell半空间模型内膨胀源(Mogi模型)引起的地表形变和重力变化．着重研究了数值计算方法和Maxwell半空间介质流变特性对地表垂直位移和重力的影响．研究结果表明，Maxwell半空间介质流变特性对地表垂直位移和重力的空间分布和量级都有影响，尤其当源处于岩石层的地壳以下时，介质流变特性对位移和重力有较大影响；当膨胀和岩浆侵入地壳内时，半空间流变特性的影响较小．并且，地表重力与垂直位移的比值不是常数，而是随时间变化．本文的模型和数值方法，可以用于模拟火山区、地壳隆起区、地震区和地热场等长期地表形变和重力观测结果．      

利用国内生产总值和人口数据进行地震灾害损失预测评估

传统的地震灾害损失评估方法需要建立详细的社会财富分类系统，并据此收集数据资料．但在许多地区由于多种复杂因素的存在而使得收集资料十分困难，难以在震前进行科学的震灾预测，且对突然发生的灾难性地震事件常常难以作出快速定量的地震灾害损失估计，从而影响了震灾防御的部署和救灾的快速反应能力．因此，本文提出了利用宏观经济指标(GDP)和人口分布资料进行地震灾害损失预测评估的简便方法，并对收集到的1980～1995年间全球震灾资料进行了分析，从而提出了一种初步的地震灾害损失与地震烈度和社会财富间的非线性关系式．应用所提出的方法进行了几个设定地震的分析研究，初步分析结果表明该简便震灾评估方法的有效性、合理性和可行性．      

地磁水平场转换函数在唐山地震前的异常反应

搜集了昌黎和白家疃1972～1984年的磁变仪资料．19组资料的计算结果表明:① 白家疃的单台垂直场转换函数A，B及昌黎的B没有明显异常，但昌黎的Au，Av有明显异常变化．这一结果与用量图方法求得的a，b基本一致．表明异常局限在余震区及其附近；② 台际转换函数Cu，Cv，Fu，Fv在唐山地震前都有一些变化，但虚部Cv，Fv的变化较为显著．这点与对台湾花莲地震的研究结果一致．但Beamish(1982)对Carlisle 5级地震的研究结果，是实部Fu，Cu的变化较为显著．      

粘弹性场地地形对地震动影响分析的显式有限元-有限差分方法

推导出了分析二维粘及弹性场地地形对地震动影响的显式有限元-有限差分方法．这一方法中，首先利用人工边界及有限元离散方法，给出问题分析的有限元离散网格计算力学模型，并利用一种类似于差分方法的有限元方法，建立局部网格节点的动力方程，而后利用笔者提出的有阻尼体系动力方程求解的显式差分格式，及推广的多次透射边界公式，给出网格节点运动量计算的时域显式逐步积分公式．利用计算机程序实现这一方法的计算具有所需计算机内存量小及计算时间量小的优势，而且，这一方法适用于任意地形情况，具有较高的计算精度及较好的计算稳定性．      

唐山地区地壳裂隙各向异性

根据相关函数分析方法，利用唐山地区强地面运动数字台网的资料，进行了剪切波分裂的分析和研究，讨论了唐山地区的地壳中的裂隙各向异性.在1982——1984年的3年里，流动台网中所属21个台站中的16个台站记录到可供研究的地震事件．通过对131个有效记录的计算和分析，得到了唐山地区剪切波分裂的慢剪切波时间延迟和快剪切波偏振方向Paz，并进而计算了该地区的裂隙密度．分析表明，唐山地区的应力场非常复杂，有很强的局部区域特征．由于复杂的断裂分布，16个台站呈现不同的剪切波分裂特征，值分散，Paz各不相同，并且在不止一个台站上观测到以小时为时间间隔的尺度下，和Paz同样是离散的．通过计算，唐山地区，Paz和的平均结果分别为0.007 1 s/km、100和0.022．      

中国大陆莫霍界面深度图

过去十年在中国大陆上已进行了数万公里的深地震测深(DSS)剖面工作，取得了许多地壳构造的结果．我们根据这些材料，绘制了中国大陆莫霍界面深度图．在缺少DSS资料的地区，我们采用了天然地震面波及其它资料． 根据莫霍界面深度图，中国大陆可以分为8个地壳块体，块体内部的莫霍深度变化不大，不同块体之间，莫霍深度有很大变化． 本文对影响中国大陆不同地壳块体的莫霍界面深度的某些因素，进行了初步探讨，它对研究地壳演化的过程有重要意义．      

海南省澄迈县小区域地磁变化观测及解释

1991年12月下旬，在海南省澄迈县的一条短测线上进行了小测点距地磁短周期变化的三分量观测．在20～500 s的观测周期范围内，测线上地磁变化的垂直变化主要和北向水平分量相关．地磁复数转换函数实部的剖面图显示出，该地区存在一短波长的不对称局部异常变化，叠加于区域性的单调趋势性变化之上．用基于二维导电率结构电磁感应的有限元正演计算的广义逆矩阵反演方法，对该小测线上的观测数据进行了反演，以探讨测线地下介质的导电率结构．讨论指出，该小区域的地磁短周期变化异常和海南岛北部东西向的王五——文教断裂有关．      

用全局反演方法确定地震震源的最佳和极端模型

本文发展了一种利用波形资料反演地震矩张量的全局方法．这种方法不依赖于初始解的选择，也不受目标函数和约束条件的具体形式限制．当以记录图与理论地震图的误差函数作为目标函数时，用该方法得到的是震源最佳模型；当分别以矩张量分量某种组合的最小或最大为目标，约束误差函数在允许的界限内，能够得到震源的极端模型．由于许多震源性质可以用矩张量分量的组合表示，因此极端模型能够估计出最佳模型的不确定性范围．我们利用一真实地震的波形资料反演结果，证明了这个方法的有效性．      

用经验格林函数方法从长周期数字波形资料中提取共和地震的震源时间函数

1990年4月26日，在青海省共和县发生了一次震级MS=6.9地震．这次地震之后，于1990年5月7日、1994年1月3日和1994年2月16日在原震区又发生了MS分别为5.5，6.0和5.7的余震．我们分别以这几次余震的中国数字地震台网的长周期记录作为经验格林函数对该地震的长周期记录进行反褶积，提取了该地震的远场震源时间函数．无论以哪次余震的记录作为经验格林函数，反褶积的结果都相当一致．结果表明，发生于1990年4月26日的MS=6.9地震至少由两次规模相当的事件构成，两次事件的发震时刻相差约30 s．第一次事件的持续时间较短，约12 s，震源时间函数的上升时间约5 s；第二次事件的持续时间较长，约17 s，上升时间约8 s．分析分别从P波和SH波提取的震源时间函数，我们注意到，从SH波中提取的震源时间函数比从P波中提取的震源时间函数复杂，表明这次地震的震源过程除了上述两次规模相当的事件外，还存在规模较小的事件．这一结果与我们由矩张量反演得到的结果以及用宽频带波形资料借助于经验格林函数方法所得的结果一致．我们以较小余震对较大余震做反褶积得到较大余震的震源时间函数．结果表明，发生在1994年1月3日的MS=6.0和1994年2月16日的MS=5.7地震的震源过程相当简单，其震源时间函数为一简单脉冲．对于1990年4月26日MS=6.9地震，我们从不同台站的资料中得到的震源时间函数具有方位依赖性．然而，这种方位依赖性在3个余震的震源时间函数中几乎没有显示．从不同台站或同一台站的不同震相求得的震源时间函数的幅度存在差异，但震源时间函数在其持续时间上的积分却相当稳定，亦即从任何一个台站测得的标量地震矩相当一致． 以3个余震的记录作为经验格林函数得到的1990年4月26日地震的相对标量地震矩分别为22(以1994年1月3日MS=6.0地震的记录为经验格林函数)、26(以1994年2月16日MS=5.7地震的记录为经验格林函数)和66(以1990年5月7日MS=5.5地震的记录为经验格林函数)．据此推算，MS=6.0地震与MS=5.7地震的相对标量地震矩为1.18；MS=6.0地震与MS=5.5地震的相对标量地震矩为3.00；MS=5.7地震与MS=5.5地震的相对标量地震矩为2.54．这些结果与我们从资料中直接得到的相对标量地震矩(分别为1.15，3.43和3.05)一致，表明了作为提取震源时间函数的经验格林函数方法副产品的相对标量地震矩是地震大小的一种很稳定的度量.      

台湾大地震长周期波对上海的影响研究

用小地震记录作为半经验格林函数，合成了台湾大地震在上海地区引起的长周期地震波，长周期直至20 s，以供上海地区长周期结构抗震验算和设计参考使用．《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)给出的地震影响系数曲线，长周期部分不超过3 s，地震安全性评价长周期部分的结果也具有较大的不确定性．本研究弥补了上述不足．      

多层层状构造含水层地下水径向稳定层流单井排放诱发地表位移的精密计算

基于地下水径向辐射渗流单井排放诱发地表位移的一般公式，结合多层层状构造含水层地下水径向渗流的降深表达式，导出了多层层状构造含水层潜水井和承压井稳定流单井排放诱发地表位移的解析表达式．讨论了所求表达式具体的数值积分方案，以20个结点的Hermite求积公式编制了计算程序，并以实例验证了本文方法的有效性．本研究为多层层状含水层地下水稳定层流流场地区进行高精度动态大地测量时，定量考虑地下水排放诱发的地壳形变提供了基础．