XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

В последние годы проблема появления землетрясений, связанная с инженерной деятельностью человека, стоит особенно остро. Это связано с тем, что участились случаи сейсмической активности при проведении техногенных работ.

Был составлен каталог землетрясений на Восточно-Европейской платформе с 1980 по 2021 год с минимальной магнитудой 2 (Таблица 1). Для анализа и обработки полученных данных были использованы такие программы как: Surfer, Microsoft Excel и Statistica.

Таблица 1. Каталог землетрясений на Восточно-Европейской платформе с 1980 по 2021 год с минимальной магнитудой 2

MicrosoftExcel Программа от Microsoft Excel была создана для более удобной работы пользователя с таблицами данных, преимущественно данная работа производится с числовыми значениями [4].

Основной особенностью MS Excel выступает его возможность использовать формулы для того, чтобы описывать между значениями разных ячеек различные связи [2].

Проведена оценка полученного массива данных с помощью описательного анализа. Для этого взята переменная «Магнитуда».

Рис.1. Распределения частот значений магнитуд землетрясений на Восточно-Европейской платформе

Эксцесс равен -1,29, а асимметричность 0,04, что свидетельствует о том, что данное распределение отлично от нормального, в котором данные параметры равняются 0.

Также об отклонении распределения от нормального говорит то, медиана больше среднего значения, а это значит, что распределение сдвинуто влево.

Из-за того что в данном случае на величину среднего влияют выбросы значений и наблюдаются некатегоризованные данные использование описательной статистики «среднее» невозможно и выбор падает на медиану.

Statistica – программный пакет для статистического анализа, реализующий функции анализа данных, управления данными, добычи данных, визуализации данных с привлечением статистических методов [3].

Для работы в программе Statistica был использован визуальный анализ для построения двумерных графиков и трёхмерных графиков. Для этого взяты такие переменные как «Время», «Глубина» и «Магнитуда».

Создали графики на которых можно увидеть параметры каждого землетрясения. На них отлично видны максимумы и минимумы значений, а также разница между ними.

Рис.2. Значения магнитуды землетрясений

Рис.3. Значения глубин залегания эпицентра землетрясения

Рассеянный график помогает в полной мере увидеть ситуацию на данной территории. Как видно на Рис.4, значения и магнитуды, и глубины возрастают с течением времени.

Рис.4. Рассеянный график

Surfer – графическая программа, предназначенная для построения контурных карт на сетчатой основе и трехмерных карт. Программа преобразует XYZ данные в организованную сетку и создает на их основе grid [.GRD] file. Этот файл используется как основа для построения различных видов карт [5].

Выполнена обработка и визуализация полученных данных различными методами построения сетей.

Рис.5. Метод степени обратных расстояний (Inverse Distance to a Power)

Метод степени обратных расстояний отображает так называемый «бычий глаз» возле точек с наибольшими значениями, но в данном случае видны изолинии, которые образовались вокруг точек со средними значениями, это означает метод не отображает реального распределения данных и не подходит для отображения ситуации распространения землетрясений.

Рис.6. Метод Кригинга, Криге (Kriging)

В данном случае метод Кригинга наиболее приемлем, так как в целом отображает распределение переменных. Данные распределены неравномерно, в местах где нет точек, он выполняет интерполяцию на эти области.

Рис.7. Метод ближайшего соседства (Nearest Neighbor)

На полученной картосхеме, построенной методом ближайшего соседства, изолинии вышли угловатыми и не имеющими ясно видимых границ, что более всего приведет к искажению данных и не позволит нам увидеть реальное распространение землетрясений, поэтому метод не может рассматриваться в данном случае.

Рис.8. Метод полиномиальной регрессии (Polynomial Regression)

Метод полиномиальной регрессии не подходит для построения необходимой карты, так как не является интерполяционным, так как не проходит через представленные точки. Количество исходных точек, необходимых для визуализации картины распространения землетрясений, недостаточно и их распределение по территории неравномерно.

Были использованы все методы построения карт, большая часть которых не подходит для данного случая из-за недостатков: на поверхности образуются разрывы, границы изолиний проходят исключительно по границам исследуемых нами точек и интерполируются на близлежащую территорию, изолинии выходят угловатыми и не имеющими ясно видимых границ. Наилучшим методом, который показывает наиболее реальную картину распространения землетрясений является Метод Кригинга.

На карте, построенной данным методом во-первых – все изолинии распределены равномерно по всей территории карты; во-вторых – изолинии имеют плавные изгибы, которые характерны природным процессам; в-третьих – в тех местах где нет точек данных он выполняет интерполяцию в этих областях. Данные характеристики выделяют её из всех карт, которые мы получили в результате использования других методов [1].

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что анализ сейсмической активности на Восточно-Европейской платформе с помощью различных программных средств выходит достаточно полный. С помощью Microsoft Excel были сформированы основные описательные статистики, выявлена наиболее подходящая описательная статистика – медиана. С помощью Statistica созданы графики, на которых можно увидеть параметры каждого землетрясения, и рассеянный график, помогающий в полной мере увидеть ситуацию на данной территории. С помощью Surfer были построены карты различными методами и выявлены плюсы и минусы каждого из них, после чего выбран наиболее подходящий. В данном случае это оказался Метод Кригинга, который показывает наиболее реальную картину распространения землетрясений.

Список Литературы:

Савватеева О. А., Анисимова О. В. Компьютерные технологии и статистические методы в экологии и природопользовании. Практикум: учебное пособие. — Дубна: Гос. ун–т «Дубна», 2015. — 192 с.

Denise, Etheridge Microsoft Office Excel 2007 Programming / Denise Etheridge. - Москва: СПб. [идр.]: Питер, 2015. - 352 c

Обзор STATISTICA // StatSoftRussia – URL: http://statsoft.ru/products/overview/ – Режимдоступа: свободный. Дата обращения: 08.12.2022.

Microsoft Excel // Microsoft – URL: https://www.microsoft.com/ru-ru/microsoft-365/excel – Режим доступа: свободный. Дата обращения: 08.12.2022.

Surfer // ScriptCult – URL: https://ru.scriptcult.com/6785.html – Режим доступа: свободный. Дата обращения: 08.12.2022.