用数据问老天,为云南鲁甸祈福

用数据问老天,为云南鲁甸祈福
图片来源:百度贴吧(马克西姆_云)  整理表述:“超级数学建模”小编    Chow小子8月3日,云南昭通市鲁甸发生6.5级地震,从地震开始,小编就一直关注着地震的最新情况。小编从事数据挖掘行业,试图用数据去叩问苍天:“为什么会让我们如此悲痛?!”在查看救援进展的同时,小编发现了这样的一篇分析帖子《云南1970-2011年度5级以上地震数据分析》,希望能为我们解答苍天

图片来源:百度贴吧(马克西姆_云)  

整理表述:“超级数学建模”小编    Chow小子

8月3日,云南昭通市鲁甸发生6.5级地震,从地震开始,小编就一直关注着地震的最新情况。小编从事数据挖掘行业,试图用数据去叩问苍天:“为什么会让我们如此悲痛?!”

在查看救援进展的同时,小编发现了这样的一篇分析帖子《云南1970-2011年度5级以上地震数据分析》,希望能为我们解答苍天的想法,也希望灾区人民能尽快渡过难关。

以下是具体内容:(源自百度贴吧用户  马克西姆_云)

刚处理完云南1970-2011年间5级以上地震数据,感觉很有意思,提供给相关人员参考。

总的情况概括如下:

  1. 该区域地震平均发生周期为3.41+-1.13年
  2. 期间明显发生过4次大的能量释放事件,但强度依次减弱,时间间隔逐年缩短

从数据形态上看现象明显(见附图),不清楚产生该现象的原因,

难道该区域板块正在逐年趋于稳定?!

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图1、地震次数随时间变化关系

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图2、图1数据微分

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图3、图1数据积分

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图4、能量集中释放度与集中释放前5级以上地震数累计量之关系

(注:能量集中释放度为本人定义的物理量,以一年里5级以上地震发生的次数来表示)

注:图1原始数据取自中国地震台网,其它为对数据的处理结果。

笔者觉得地震的规律应该如下图所示,一个地方大震后由于能量降低,那里之后的地震强度将逐年减弱,而与此同时,与该地相关联的另一个地方可能就开始蓄积能量,地震频度逐年增加,直至发生大的地震释放掉能量。所以认为,一个地方的地震强度在逐年减弱的话,要再发生大的地震,需要经历一个地震频度逐渐增加的过程。就现在云南的地震情况来看,近年里云南发生大震(7级以上)的可能性应该比较小。需要关注的是,虽着云南地震强度的减弱,哪里的地质能量在增强?

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我们都知道,地震就是地壳震动,而导致地壳震动的原因很可能是地壳的破裂或者板块之间的快速移位,而我们人类目前能够记录的信息就是地震的级数和地震的次数,而这些数据与地震机制之间的关系至今不明,所以我们就难以从测定的数据得到对未来有意义的信息。所以在处理数据之前一定要先建立一个模型,要有清晰的物理图像。。。

我认为我们(包括一些专家)目前对地震的一些认识是非常错误的,比如最近我才意识到,所谓“小震后地壳能量降低”的说法是很不负责任的:你只知道地震了以及震了几次,你怎么可以就此判断地壳能量降低了。所以我在这个帖子了给出的一个地区地震危险度的数据很可能是建立在错误的认识之上的,不足为据。

让我们从最原始的现象开始考虑地震的问题:

  1. 地壳是受力的,并且这个力是周期性的(假定行星自转和公转是主因)
  2. 在地壳受力的情况下,地壳能量可以减小,也可以增加
  3. 我们所感知的地震,仅仅表示地壳能量的变化,但究竟能量是增加还是减小,我们不得而知
  4. 地壳从低能态向高能态或从高能态向低能态的跃迁过程既可以通过小震逐步过渡,也可以通过大震一次到位
  5. 我们想知道的是,地壳通过大震发生能态转变的时候,其前期的小震有什么规律。

所以处理数据必须能够回答上面的问题,否则就没有意义。

比如说在某个地区的地壳存在两个主要能态,分别为高能态(E2)和低能态(E1),他们之间的能差dE=E2-E1。假定目前该地壳处于低能态,那么它要在外力作用下向高能态过渡,有下面一下方式:

(一)通过小震逐步过渡

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(二)通过大震一步到位

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地壳发生震动是我们人类无法控制的事情,但我们想知道的是,在发生大震之前和发生大震之后那些相伴的小震有什么样的规律!如果知道这个,那我们的地震监测就有了意义。

同样的,在高能态的地壳可以通过下列方式到达低能态:

(一)通过大量小震逐步过渡

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(二)通过大震迅速过渡

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四川和云南二地的地震规律就很能说明地块能态变化的差别:

云南的能态变化是逐步进行的,而四川则是平时小震很少,之后通过大震实现能态转变。

这个变化规律的差别与它们之间在地质结构和组成上的差别紧密相关。

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那么我们从地震部门得到的数据到底代表什么?有什么意义?

我们得到的是在不同时间发生的各种级数的地震的数量,也就是我们有地壳能量变化的程度和次数。如果我以一年里发生的级数大于5级的地震次数对时间作图的话,就得到本帖1楼的图。这个图代表什么呢?假定云南地块所受的力(F)为一个常数,并且是周期性的,即每年到某个时候都会有这样大小的力作用在这个地块上,让我们取该地块发生一次5级以上地震该地块(或该地块中的断裂带)发生的移位为dx,也就是说,如果该地一年发生n次dx大小的移位,就对应该地发生了n次5级以上地震,如果没有发生地震,则对应的移位量为零(注:为简化问题,我这里不考虑5级地震以上各级地震所对应的能量差别),那么发生n次5级以上地震后该地的能量变化为dE=Fndx,这样n=dE/(Fdx),可见地震的次数可以对应地壳的能量变化(注,如33楼吧友所言,这个结论很不准确,挺麻烦,还是请专家去搞准确吧)。这样如图1所示,我们就得到了能量变化量随时间的关系。

那么从这个能量变化量随时间的关系上我们能够得到什么有用的信息?

我们知道在力的作用下,材料会发生弹性形变,也可以发生塑性形变,前者将能量储存起来,而后者则是将能量通过材料结构的变化耗散掉。将同样的原理应用与地壳,我们就知道地壳能量的变化可以是弹性的(地壳不破裂),也可以是塑性的(地壳破裂)。发生一次地震,可能导致一个板块能量降低,但也可能同时导致另一板块能量上升。所以我认为,就我们所测得的地震数据而言,其反映的能量方面的信息应该即包含储能部分也包含耗能部分(因为我们不知道地震发生后地壳能量是升高了还是降低了)。如果是这样,那对图1的数据做傅立叶变换应该能够区分储能量和耗能量。然后我就对云南和四川的地震数据做了傅立叶函数变换,期望能得到更多的信息。

如下图所示:

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地震部门给我们的是时域空间的信息,通过傅立叶函数变换,我们得到的是频域空间的信息(包括相位、幅度、实部和虚部)。

从上面的图可以看到,四川和云南的地震频域谱明显不同,请专家看看里面有何奥秘。

另外从时间空间来看,我们也应该能得到一些有用的信息:

如果一个板块能量在上升,在上升过程中如果发生大震,那么在发生大震前,该区域小震数量随时间的变化规律是不是应该数量逐渐减少、时间跨度逐渐增大、级数逐渐提高?

如果一个板块能量在降低,在降低能量的过程中如果可能发生大震,那么在发生大震前,该区域小震的数量随时间是不是应该数量逐渐增多、时间跨度逐渐缩短。技术逐渐降低?

不管是升能还是降能,在发生大震后的小震变化规律是不是一样,都是数量逐渐减少、强度逐渐减弱,时间跨度逐渐增大?

要回答这些问题,需要专业人员仔细认真分析数据。

下面为姚安地震数据:

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小编结语:小编从事数据挖掘行业,对地震相关数据的解读需要更高的地震专家解读处理,小编想在最后提出一下个人看法:

  1. 根据耿庆国的“旱震理论”——大震之前必大旱。本次地震也一定程度上验证了这个理论。

云南省的旱灾全国闻名,从2009年末开始,至今仍在持续,影响到云南、贵州、广西、重庆、四川等地。“坡有薄田望天收,十年九旱水如油”,古老的民谣从人们嘴里唱出,挑动心坎,干旱、地震从来未曾远离这个地方。

  1. 由最后一图表明地震发生在7月份的概率较高,从天象角度看,主要为太阳回归的影响。

苍天,请给云南更多的爱。
金融工程, 数学算法