非均匀断层结构地震活动细胞自动机模拟系统几个算法设计

为研究介质非均匀性与地震活动的关系,编制开发了模型可定制的二维细胞自动机模拟软件。针对软件设计中出现的非均匀断层结构模型的建立、系统模拟数据记录结构设计以及内存管理等问题,提出了解决方案。改善了模拟系统所需的几种关键算法,使研究人员能根据需要灵活设定模型的介质参数。并利用内存管理技术,在一定程度上解决了大型模拟系统中普遍存在的硬件瓶颈问题,从而提高了细胞自动机模拟系统的适应性。     

用细胞自动机模型模拟地震活动过程的时空分布

本文基于Ｂｕｒｒｉｄｇｅ，Ｋｎｏｐｏｆｆ（１９６７）的弹簧滑块模型和Ｂａｋ（１９８８）提出的细胞自动化模型，结合一些基本的物理概念和一些已知的观测结果，构造了用于观察一定区域内带断层的细胞自动化模型，得到了与实际地震活动类似的时空分布规律，验证并肯定了一些地震预报手段。     

基于大陆地震活动特点建立的简化动力学模型--细胞自动机模型

基于大陆地震活动的特点和已建立的由弹簧－滑块－阻尼器组成的平面网络非线性动力学模型研究结果,根据细胞自动机的原理,提出了对这类模型的一种简化模型－细胞自动机模型。其演化规则是根据大陆地震活动特点和从上述非线性模型中总结出来的,介质参数采用分维分布设定。将新建的模型应用于３０×４０单元组成的较大系统中,探讨了该模型显示的一些地震活动特点。     

细胞自动机的多重分形特征和动力学根源

用大量弹簧滑块组成的模型可以模拟地震的复杂性，本文以细胞自动机（ＣＡ）为数学工具，结合地震学和岩石力学的结果，考虑了能量的输入和损耗，进行了地震事件的数字模拟。对模型中输出的“地震”事件进行了时间和空间的多分形分析，并对自组织临界（ＳＯＣ）状态进行了讨论，进而得到事件至少在时间域里的分布呈现出层次结构，符合自相似特征。本文的ＣＡ模型属于确定性的混沌系统，而对于处在ＳＯＣ状态下的大量事件的频度和大小的统计与Ｇ－Ｒ指数律很好地吻合。结果表明，虽然自组织（ＳＯ）可能是更准确的地震表征，但ＳＯＣ仍然是研究地震现象的很好的模式。     

运用细胞自动机模型模拟强震前地震活动时间演化过程

强震发生前震源及其周围地区可能会出现前震活动, 这种前震活动可以分为二种: 一种为连续型, 即前震的频度或震级随时间渐渐增大, 直至主震发生; 另一种为不连续型, 前震的频度和震级先增大后减小, 然后发震。 这种现象不但在破裂声发射试验中观测到, 也在中国大陆地区多次强震前被观测到。 文中基于细胞自动机模型, 引入时间-状态依从摩擦本构关系, 即把自组织非线性系统的普适特征与真实断层摩擦的具体特征结合起来, 研究了强震前短期前兆地震活动的时间演化过程的机理。 文中研究了模型中各参数对模拟事件时间过程的影响, 结果表明, 静摩擦强度在断层上的分布, 或是说静摩擦系数的离散程度直接影响强震前地震活动时间演化过程。     

细胞自动机用于地震偏移:数值模拟试验

利用细胞自动机模型进行了地震偏移处理的尝试．采用格子Boltzmann模型和三角形网格,以向下两个方向的粒子代表下行波,根据归一化的地震记录计算粒子数密度,在相应的时刻在代表地表的网格点上设定粒子数密度,以下行粒子在网格中的演化模拟波场延拓过程．粒子系统演化结束时即得到偏移后的波场图象．本文对一个常速介质理论模型进行了偏移处理,得到了满意的结果。     

河北蔚县九宫口断层重叠带的断层生长、位移转移和演化

对河北蔚县九宫口断层重叠带进行了地质和地貌观察、年龄测定和断层落差分析。结果表明,伴随重叠带内的断层生长,位移发生转移,而且,原来两个独立的断层段演化成为互相关联的单一断层。岩浆活动和掀斜作用是该重叠带演化的原因     

细胞自动机地震波模拟的并行化算法

采用区域分解的办法对格子气自动机地震波传播模拟的并行化算法进行了研究,提出了两种区域分解算法,并在SGIPowerChallenge并行计算机上进行了实际地质模型中平面波反射地震响应的计算,获得了较高的并行计算效率．     

摩擦时间依从的地震活动性细胞自动机模型

设计了一个改进的单断层地震孕育过程细胞自动机（ＣＡ）模型,通过设计外界通过 施加应力与模型间进行的能量交换和模型的细胞之间存在的非线性力学作用,试图理解地震 活动特性的力学机制．与早期细胞自动机模型相比,改进了参数的取值方式,将摩擦时间依 从的理论引进模型,使该细胞自动机模型更接近实际的孕震系统．研究表明参数取值方式对 人工地震序列和各细胞破裂事件的非均匀时间特性有重要影响,较小震级和较大震级范围中 的事件分别遵从明显不同的累积频度一震级关系．     

摩擦时间依从的地震活动性细胞自动机模型

设计了一个改进的单断层地震孕育过程细胞自动机（ＣＡ）模型,通过设计外界通过 施加应力与模型间进行的能量交换和模型的细胞之间存在的非线性力学作用,试图理解地震 活动特性的力学机制．与早期细胞自动机模型相比,改进了参数的取值方式,将摩擦时间依 从的理论引进模型,使该细胞自动机模型更接近实际的孕震系统．研究表明参数取值方式对 人工地震序列和各细胞破裂事件的非均匀时间特性有重要影响,较小震级和较大震级范围中 的事件分别遵从明显不同的累积频度一震级关系．     

细胞自动机地震波模拟的并行化算法

采用区域分解的办法对格子气自动机地震波传播模拟的并行化算法进行了研究,提出了两种区域分解算法,并在SGIPowerChallenge并行计算机上进行了实际地质模型中平面波反射地震响应的计算,获得了较高的并行计算效率．     

基于细胞自动机的震时人员动态分布评估方法研究

为了解决在地震发生后的人救援问题,首要任务是对地震囤陷人员分布的人数评估。为此,本文完成标准细胞自动机的扩展,建立适应人员分布的细胞自动机规则,达到解决人员在建筑空间分布问题。     

基于系统动力学模型和元胞自动机模型的土地利用情景模型研究

综合自上而下的系统动力学模型和自下而上的元胞自动机模型, 从宏观用地总量需求和微观土地供给相平衡的角度, 充分利用系统动力学模型在情景模拟和宏观驱动因素反映上的优势与元胞自动机模型在微观土地利用空间格局反映上的优势, 发展了土地利用情景变化动力学LUSD (Land Use Scenarios Dynamics model)模型. 利用该模型对中国北方13省未来20年土地利用变化的情景模拟结果表明, 由于LUSD模型充分利用了系统动力学模型和元胞自动机模型的特点和优势, 同时考虑了土地利用系统宏观驱动因素复杂性和微观格局演化复杂性的特征, 因而提高了当前土地利用情景模型的可靠性, 这将在一定程度上为理解土地利用系统的复杂驱动行为, 评估脆弱生态区土地系统变化的潜在生态效应提供帮助. 同时, LUSD模型的情景模拟结果也表明, 农牧交错带地区是中国北方未来20年土地利用变化比较明显的地区, 而耕地和城镇用地则是该区域内变化最为显著的两种用地类型.     

模拟固体中波动过程的细胞自动机建模研究

In this paper, based on the principle of the statistical physics, cellular automatamodelling for wave propagation problem is studied and a cellular automata model forP wave in compex media is proposed. In order to examine the correctness of themodel, a comparision between the results of the cellular automata approach andfinite-difference method for same synthetic model is made. The comparision showsthe cellular automata model given here is feasible.     

模拟固体中波动过程的细胞自动机建模研究

从统计物理的原理出发，首先分析了采用细胞自动机研究波动问题的建模方法，给出了一种研究弹性介质中纵波传播过程的细胞自动机模型，讨论了该模型中粒子数密度函数所满足的运动方程和对应的宏观方程。为了检验方法的正确性，对同一数值模型将细胞自动机方法的计算结果与波动方程的有限差分解进行了对比。结果表明，本文所采用的方法是可行的。     

基于能量耗散原理的非均质岩石损伤破坏元胞自动机模型研究

基于能量耗散理论建立非均质岩石的动态损伤破坏元胞自动机,分析单轴压缩试验中岩石破坏截面的损伤状态,得到该情况下的岩石裂隙微观动态发展过程、损伤演化关系以及全程应力应变曲线。研究发现：①加载过程中,均质度较低的岩样裂纹的萌生和扩展较为分散,损伤速率低;均质度较高的岩样裂纹的萌生和扩展非常集中,表现为脆性破坏。②损伤演化曲线呈3阶段S形发展。③随着岩石均质度参数的增加,岩石的峰值强度和峰值应变都有所提高,峰后曲线越来越陡。④给出的衡量岩石脆性破坏强弱程度的指标参数,能够较好地描述岩石破坏形式随着均值度参数m变化的规律。     

维多样性的动态权重粒子群算法反演断层滑动速率

把维多样性引入粒子群算法并基于混沌变异思想,提出维多样性的动态权重粒子群算法.通过与其它三种不同定权方式的粒子群算法进行比较,证明该方法具有较好的稳定性和有效性,能以较快的速度收敛到最优解.利用河西地区1999-2001年GPS观测资料,对祁连山断裂、海原断裂和六盘山断裂的三维滑动速率进行了位错模式的维多样性动态权重粒子群算法反演,并在反演结果的基础上进行正演分析,结果表明,该方法可有效的求解出断层三维滑动速率,其反演结果与地质方法和前人的研究结果具有较好的一致性.     

影响地震活动性因素的非均匀细胞自动机模拟研究

基于细胞自动机模型,构建了由81×81个细胞单元组成非均匀二维单断层介质样本,研究了断层结构细观非均匀性以及相关模型参数变化对模拟输出结果和强度分布特征的影响。研究结果表明：结构非均匀性是影响地震活动性的控制性参量,随着非均匀程度的增强,地震事件数量增多,震级分布变得越来越均匀,破裂演化模式由相对“脆性”向“塑性”变化;介质结构的初始条件和应力加载的随机性对地震活动演化过程基本不产生影响。此外,应力降分配系数减小使b值主体线性段向大震级延伸;随着局部摩擦损耗系数增大,模拟地震事件的数量有所增加,大震级事件数量和震级衰减增强,b值主体线性区间变窄,使断层的变形破坏方式由相对“脆性”向“塑性”变化。这些对我们理解孕震过程的复杂性是有帮助的。