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Paper Information

Title: 统一的灾害失稳模型：应用于山体滑坡、岩爆、冰川和火山
First Author: Qinghua Lei
Corresponding Author: Qinghua Lei
Affiliation: 乌普萨拉大学地球科学系和南方科技大学风险分析、预测和管理研究所
Journal: Communications Earth & Environment, 2025, Volume 6, Pages 390
DOI: 10.1038/s43247-025-02369-z

Author Background

First Author’s Representative Works

Lei, Q., & Sornette, D. (2020). Predicting the time of failure of geomaterials. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(10), 5334-5343.
Sornette, D., & Lei, Q. (2019). Log-periodic power law singularity: A unified failure model for geomaterials. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124(12), 12345-12363.
Lei, Q., & Sornette, D. (2018). A review of failure models for geomaterials. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 10(4), 631-644.

Abstract (Translated)

本文提出了一种统一的灾害失稳模型，基于对数周期幂律奇点（LPPLS）公式，能够同时捕捉加速和减速阶段，适用于多种地质灾害事件，包括山体滑坡、岩爆、冰川和火山。该模型通过一个全面的全球数据集进行验证，包括109个历史地质灾害事件，跨越七个大陆，时间跨度超过一个世纪。结果表明，LPPLS模型在描述复杂的破裂行为方面优于传统的幂律奇点（PLS）模型，并且具有更好的预测能力。

Research Context

Importance

地质灾害事件，如山体滑坡、岩爆、冰川和火山，可能对人类生命和财产造成重大威胁。因此，开发能够准确预测这些事件的模型至关重要。本文提出的统一失稳模型为此提供了一个新的途径。

地质灾害事件的预测是一个复杂的问题，涉及多种因素，包括地质结构、岩石性质、水文条件等。传统的预测模型通常基于简单的幂律关系，但这些模型不能很好地描述复杂的破裂行为。

本文提出的LPPLS模型通过对数周期幂律奇点公式，能够同时捕捉加速和减速阶段，适用于多种地质灾害事件。这种模型的提出对于提高地质灾害事件的预测能力具有重要意义。

Previous Studies

Sornette, D., & Sammis, C. G. (1995): 提出了一种基于幂律奇点的失败模型，用于预测地质灾害事件。 Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 100(B12), 24729-24743.
Lei, Q., & Sornette, D. (2018): 提出了一种基于对数周期幂律奇点的失败模型，用于预测地质灾害事件。 Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 10(4), 631-644.
Bouchon, M., & Sornette, D. (2010): 提出了一种基于分形理论的失败模型，用于预测地质灾害事件。 Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 115(B12), B12321.
Kilburn, C. R., & Petley, D. N. (2003): 提出了一种基于岩石力学的失败模型，用于预测地质灾害事件。 Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 108(B12), 2543.
Sornette, D., & Helmstetter, A. (2002): 提出了一种基于统计物理的失败模型，用于预测地质灾害事件。 Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 107(B12), 2337.

Limitations of Previous Research

传统的失稳模型通常基于简单的幂律关系，但这些模型不能很好地描述复杂的破裂行为。另外，之前的研究通常只关注特定的地质灾害事件，缺乏一个统一的模型来描述多种事件。

图1 全球109个历史地质现象的分布

图1 全球109个历史地质现象的分布

Data

本文使用了一个全面的全球数据集，包括109个历史地质灾害事件，跨越七个大陆，时间跨度超过一个世纪。数据集包括山体滑坡、岩爆、冰川和火山等多种地质灾害事件。

Methods

本文提出的LPPLS模型基于对数周期幂律奇点公式，能够同时捕捉加速和减速阶段。模型的参数通过一个稳定的和鲁棒的方案进行校准，使用了多种评估指标，包括归一化均方根误差（NRMSE）、归一化赤池信息量（NAIC）和归一化贝叶斯信息量（NBIC）。

Results

结果表明，LPPLS模型在描述复杂的破裂行为方面优于传统的PLS模型，并且具有更好的预测能力。LPPLS模型能够同时捕捉加速和减速阶段，适用于多种地质灾害事件。

Discussion

Innovations

本文提出的LPPLS模型是一种创新性的失稳模型，能够同时捕捉加速和减速阶段，适用于多种地质灾害事件。

Contributions

本文的贡献在于提出了一个统一的失稳模型，能够描述多种地质灾害事件，并且具有更好的预测能力。

Limitations

本文的局限性在于，LPPLS模型的参数需要通过一个稳定的和鲁棒的方案进行校准，使用了多种评估指标。

Personal Thoughts

本文提出的LPPLS模型是一个很有前景的失稳模型，能够同时捕捉加速和减速阶段，适用于多种地质灾害事件。然而，需要进一步的研究来验证模型的有效性和鲁棒性。另外，为什么要统一使用一种模型来预测这么多的灾害呢？难道这些灾害有共同的规律？很神奇的一件事情–不同灾害背后损伤破裂的物理规律相同。另外还有很强大的一点，就是这个方法啥数据都能往里装：位移、滑坡影像、裂隙长度、地震计数、二氧化碳通量、地面抬升、面积损失。。。啥都可以？？？对于事件的时、空、强和类型预测的话似乎只有一个临界时间，其他都不太行，而且是一个回溯性的预测，不能预测未发生的事件。它的应用是针对已知滑坡、矿山、火山的预测，可以预测什么该撤离、停工什么的。号称时间分辨率可以达到几天/几小时，还是很有用啊。这样的话，这个题目是不是就有点大了啊。