关联分析方法在地震前兆数据中的应用研究

发布时间：2020-08-15 15:50

【摘要】：地震是全球公认的一种大型自然灾害,大地震发生带来的经济损失和人员伤亡是惊人的。加强地震监测预报,有利于降低地震带来的危害。地震活动特点、前兆异常以及同震异常等研究一直是地震学者们研究的热点,大量研究表明地震孕育发生过程中地震各学科前兆数据均会发生异常变化,说明这些异常在物理上应该有一定的联系。关联分析方法能够挖掘出大量数据集中不同项之间潜在的联系。因此本文尝试采用Apriori关联分析算法,分析前兆观测数据异常与地震的关联性以及众多测项之间的关联性,试图分析出与地震关联程度较高的前兆观测测项,为地震前兆异常研究提供新的分析手段。本文首先利用2008年上半年四川省部分地震台站的前兆数据以及该时间段内四川省3级以上地震数据,采用db4小波对地震前兆数据进行小波二层分解。接着采用滑动阈值方法对前兆数据的二层高频成分信息进行定量的异常提取。最后在定义了强弱关联规则的基础上,采用Apriori关联分析算法对地震与不同前兆学科数据以及不同学科的测项数据之间进行了定量的关联分析,并得到了一些隐含的关联规则。研究过程中得到的隐含关联规则包括:(1)利用Apriori关联分析算法分别对流体、地电、地磁和形变学科中部分测项数据与3级以上地震之间进行关联规则生成,发现地震与深层水温、地电场三分量、地磁水平和垂直分量以及分量钻孔应变观测之间的关联性较弱。其中,两个流体台站的深层水温均与地震之间产生了弱关联规则;地震与电场观测的东西分量生成的弱关联规则台站数最多;地震与地磁垂直分量之间的关联性比水平分量之间的关联性强;而参与计算的形变数据中,只有距离地震发生区较近的姑咱台形变数据与地震之间形成关联规则,其分量钻孔应变观测的北南分量与地震生成了弱关联规则。(2)对众多测项数据之间关联分析时,发现同一台站相同学科同一测点的不同测项之间的关联性较强,而不同学科的测项之间的关联性较弱。地电场观测三分量之间相关性较强,生成了强关联规则。形变分量钻孔应变观测北南分量与东西分量、北东分量之间的关联性较强。通过计算强关联规则的提升度,发现这些强关联规则的前项和后项之间的关联强度呈正相关。不同学科的测项之间主要表现在分量钻孔应变观测北南分量与电场三分量、水位、深层水温以及磁偏角之间形成了弱关联规则,它们之间的关联性较弱。
【学位授予单位】：防灾科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P315.72
【图文】：

流程图,算法思想,流程图,项集

其时间复杂度较高。我们知道，只有满足最小筛选出来，而这些规则占总规则数的少部分，我们所，如果事先将无用的规则剪去，减少计算其支持度和生成的代价。为此，学者们提出了许多高效的关联挖地对其进行改进以提高关联规则生成的效率。出的 Apriori 关联规则挖掘算法[38]。法描述是一种广度优先算法，其算法思想为：从上至下进行事务数据集，计算每个项出现的个数，将不小于最小 L1，L1项集之间相互连接形成候选项集 C2，再次扫不小于最小支持度的项集作为频繁 2 项集 L2，按照这不到频繁 k 项集 Lk时，算法可终止。Apriori 算法包体算法流程如图 2.1：

防灾减灾,断裂带,四川省,地震带

3.1.1 四川省地质构造背景四川处于我国一个大地震带--南北地震带上，地质构造比较复杂多样，内部分布着大大小小多条断裂带，断裂带是地震高发区，在断裂带上形成了多条地震带，见图 3.1。四川省四周由山脉环绕，川西北为青藏高原东南边缘与横断山脉的部分形成的川西高原，这里有活跃的龙门山断裂带和横断山断裂带，断裂带岩石中强大的应力来至西南方向的青藏高原，而最终的应力来源于印度板块与欧亚板块的正面碰撞，这种强大的挤压力在地壳中传播，当岩石承受不住强大的应力时，就会破碎、断裂释放巨能并以机械波的形式向四周传播，这种机械波的释放集中区域主要在山与盆地的交界处，使得其内部断层活动频繁、地震频发，是中小地震的高发区，2008 年发生的汶川特大地震也在此断裂带发生。近十年来，四川省内发生 3 级以上的地震将近数百上千次，其发生的地震数位居全国第五位。先 2008 年至今，先后发生了三次 7 级以上的大地震，这些大地震都带来了一定程度的经济损失和人员伤亡。

台站分布,四川省,台站,前兆数据

3.1.2 四川省地震台站概况为了大力加强对四川省地震的监测，摸清地震发生前后的异常规律，随着国家地震台网的建设四川省也开始了台网的建设，经过几十年的建设和改造，已建成了 35 个包括国家级、省级、市级、县级的地震台站，此外还包括 6 个观测井点和 8 个地震遥测台网以及 400 多个流动观测点。这些台站观测了大量的测震、重力、形变、流体、地磁等前兆学科数据，为水文地质、地球物理学、尤其是地震学等研究提供了基础观测资料。“九五”“十五”数字化建设后，台站监测技术告别了模拟数据时代，逐渐采用高精度的监测仪器记录前兆数据，台站观测数据从模拟期的一天一个数变成了时值、分值、秒值等高采样频率的数据，随着技术的改进，数据采集的精度也大大提高，台站观测测项数逐步增多，观测资料不断丰富，观测质量不断提高，为前兆数据分析提供了更加精细化的资料，提高了四川省地震监测能力，加强了防震减灾能力。

【参考文献】