Parameters of the Seismic Regime of the Eastern Sector of the Arctic Zone of the Russian Federation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This work constructs a seismic regime model for the eastern sector of the Arctic Zone of the Russian Federation (AZRF) based on a newly developed, comprehensive integral earthquake catalog for the region, using a uniform magnitude scale from 1982 to 2020. The model parameters are calculated using a novel high-contrast mean-position method, where values are determined within large-radius circles but are assigned to the mean position of epicenters. A quantitative verification method, the L-test, based on the likelihood function, demonstrates that the model aligns well with the initial data. The magnitude–frequency distribution reconstructed from the model corresponds well to observations, both in terms of slope and the number of earthquakes. The epicenters of the largest earthquakes (M ≥ 6) from both the 1982–2020 period and the 1900–1981 period, according to the Kondorskaya–Shebalin catalog, are located in areas with high expected recurrence of such earthquakes as calculated by the model.

About the authors

I. A. Vorobieva

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics, Russian Academy of Sciences

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119296; Moscow, 117997

P. N. Shebalin

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119296; Moscow, 117997

A. D. Gvishiani

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119296

B. A. Dzeboev

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119296

B. V. Dzeranov

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 119296

P. A. Malyutin

Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics, Russian Academy of Sciences

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, Moscow, 117997

References

  1. Баранов С.В., Шебалин П.Н. Закономерности постсейсмических процессов и прогноз опасности сильных афтершоков. М.: РАН. 2019. 218 с.
  2. Имаев В.С., Имаева Л.П., Козьмин Б.М. Сильное Улахан-Чистайское землетрясение 20 января 2013 года (Мs = 5.7) в зоне влияния системы разлома Улахан на Северо-Востоке России // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 2020. Т. 65. Вып. 4. С. 740–759. doi: 10.21638/spbu07.2020.408
  3. Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации – ОСР-97. Масштаб: 1:8 000 000. 1999 г. / В.Н. Страхов, В.И. Уломов (гл. ред.). Объединенный институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН. 4 листа.
  4. Кондорская Н.В., Шебалин Н.В. (ред.). Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г. М.: Наука. 1977. 536 с.
  5. Никонов А.А. Определение магнитуд и повторяемости сильных землетрясений прошлого по сейсмодислокациям (на примере зоны сочленения Памира и Тянь-шаня) // Докл АН СССР. 1980. Т. 250. № 3. С. 336.
  6. Ризниченко Ю.В. Oб изучении сейсмического режима // Изв. АН СССР. Сер. Геофизическая. 1958. № 9. С. 1057–1074.
  7. Ризниченко Ю.В. Сейсмический режим и сейсмическая активность. Сейсмическое районирование территории СССР. М.: Наука. 1980. С. 47–58.
  8. Сейсмическое районирование территории СССР: методические основы и региональное описание карты 1978 г. М.: Наука. 1980. 307 с.
  9. Шебалин Н.В. Количественная макросейсмика (фрагменты незавершенной монографии). Магнитное поле Земли: математические методы описания. Проблемы макросейсмики. Вычислительная сейсмология; Вып. 34. М.: ГЕОС. 2003. С. 57–200.
  10. Шебалин П.Н., Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Скоркина А.А. Почему необходимы новые подходы к оценке сейсмической опасности? // Докл. РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 507. № 1. С. 91–97. doi: 10.31857/S2686739722601466
  11. Akinci A., Moschetti M.P., Taroni M. Ensemble smoothed seismicity models for the new Italian probabilistic seismic hazard map // Seismological Research Letters. 2018. V. 89. № 4. P. 1277–1287. doi: 10.1785/0220180040
  12. Baiesi M., Paczuski M. Scale-free networks of earthquakes and aftershocks // Physical Review E. 2004. V. 69. Is. 6. P. 066106-1–066106-8. DOI: 10.1103/ PhysRevE.69.066106
  13. Baranov S.V., Narteau C., Shebalin P.N. Modeling and Prediction of Aftershock Activity // Surveys in Geophysics. 2022. V. 43. P. 437–48. doi: 10.1007/s10712-022-09698-0
  14. Bender B. Maximum likelihood estimation of b-values for magnitude grouped data // Bulletin of the Seismological Society of America. 1983. V. 73. P. 831–851.
  15. Bird P. An updated digital model of plate boundaries // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2003. V. 4. Is. 3. P. 1027. doi: 10.1029/2001GC000252
  16. Chebrov V.N. The Olyutorskii earthquake of April 20, 2006: Organizing surveys, observations, problems, and results // Volcanology and Seismology. 2010. V. 4. P. 75–78. doi: 10.1134/S0742046310020016
  17. Christophersen A., Litchfield N., Berryman K., Thomas R., Basili R., Wallace L., et al. Development of the Global Earthquake Model’s neotectonic fault database // Natural Hazards. 2015. V. 79. P. 111–135. doi: 10.1007/s11069-015-1831-6
  18. Cornell C.A. Engineering seismic risk analysis // Bulletin of the Seismological Society of America. 1968. V. 58. Is. 5. P. 1583–1606.
  19. Daragan-Sushchova L.A., Petrov O.V., Sobolev N.N., Daragan-Sushchov Y.I., Grin’ko L.R., Petrovskaya N.A. Geology and tectonics of the northeast Russian Arctic region, based on seismic data // Geotectonics. 2015. V. 49. P. 469–484. doi: 10.1134/S0016852115060023
  20. Frankel A. Mapping seismic hazard in the central and eastern United States // Seismological Research Letters. 1995. V. 66. № 4. P. 8–21. doi: 10.1785/gssrl.66.4.8
  21. Gardner J.K., Knopoff L. Is the sequence of earthquakes in southern California, with aftershocks removed, Poissonian? // Bulletin of the Seismological Society of America. 1974. V. 64. P. 1363–1367.
  22. Gerstenberger M.C., Marzocchi W., Allen T., Pagani M., Adams J., Danciu L., et al. Probabilistic seismic hazard analysis at regional and national scales: State of the art and future challenges // Reviews of Geophysics. 2020. V. 58. e2019RG000653. doi: 10.1029/2019RG000653
  23. Giardini D., Grunthal G., Shedlock K.M., Zhang P. The GSHAP Global Seismic Hazard Map // Annali di Geofisica. 1999. V. 42. Is. 6. P. 1225–1228. doi: 10.4401/ag-3784
  24. Grassberger P., Procaccia I. Measuring the Strangeness of Strange Attractors // Physica D: Nonlinear Phenomena. 1983. V. 9. P. 189–208. doi: 10.1016/0167-2789(83)90298-1
  25. Gutenberg B., Richter C.F. Frequency of earthquakes in California // Bulletin of the Seismological Society of America. 1944. V. 34. № 4. P. 185–188.
  26. Gvishiani A.D., Vorobieva I.A., Shebalin P.N., Dzeboev B.A., Dzeranov B.V., Skorkina A.A. Integrated earthquake catalog of the Eastern sector of the Russian Arctic // Applied Sciences (Switzerland). 2022. V. 12. № 10. P. 5010. doi: 10.3390/app12105010
  27. Hamling I.J., Hreinsdóttir S., Clark K., Elliott J., Liang C., Fielding E., et al. Complex multifault rupture during the 2016 Mw 7.8 Kaikōura earthquake, New Zealand // Science. 2017. V. 356. № 6334. doi: 10.1126/science.aam7194
  28. Helmstetter A., Werner M.J. Adaptive spatiotemporal smoothing of seismicity for longterm earthquake forecasts in California // Bulletin of the Seismological Society of America. 2012. V. 102. Is. 6. P. 2518–2529. doi: 10.1785/0120120062
  29. Howarth J.D., Cochran U.A., Langridge R.M., Clark K., Fitzsimons S.J., Berryman K., et al. Past large earthquakes on the Alpine Fault: Paleoseismological progress and future directions // New Zealand Journal of Geology and Geophysics. 2018. V. 61. Is. 3. P. 309–328. doi: 10.1080/00288306.2018.1464658
  30. Imaeva L.P., Imaev V.S., Koz’min B.M. Dynamics of the Zones of Strong Earthquake Epicenters in the Arctic–Asian Seismic Belt // Geosciences. 2019. V. 9. Is. 4. 168. doi: 10.3390/geosciences9040168
  31. Kagan Y.Y., Jackson D.D., Geller R.J. Characteristic Earthquake Model, 1884–2011, R.I.P. // Seismological Research Letters. 2012. V. 83. Is. 6. P. 951–953. doi: 10.1785/0220120107
  32. Kanao M., Suvorov V., Toda S., Tsuboi S. Seismicity, structure and tectonics in the Arctic region // Geoscience Frontiers. 2015. V. 6. Is. 5. P. 665–677. doi: 10.1016/j.gsf.2014.11.002
  33. Kondorskaya N.V., Shebalin N.V. New Catalog of Strong Earthquakes in the USSR from Ancient Times through 1977. Report SE-31. Translated and Published by World Data Center A for Solid Earth Geophysics, EDIS, Boulder, Colorado. July 1982. 608 p.
  34. Kossobokov V.G., Mazhkenov S.A. On similarity in the spatial distribution of seismicity // Computational seismology and geodynamics. EOS: Transactions, American Geophysical Union. 1994. V. 1. P. 6–21.
  35. Lander A.V., Levina V.I., Ivanova E.I. The earthquake history of the Koryak Upland and the aftershock process of the MW 7.6 April 20(21), 2006 Olyutorskii earthquake // Volcanology and Seismology. 2010. V. 4. P. 87–100. doi: 10.1134/S074204631002003X
  36. Marsan D., Lengline J. Extending Earthquakes’ Reach Through Cascading // Science. 2008. V. 319. P. 1076–1079. doi: 10.1126/science.1148783
  37. Molchan G.M., Dmitrieva O.E. Aftershock Identification: Methods and New Approaches // Geophysical Journal International. 1992. V. 109. Is. 3. P. 501–516. doi: 10.1111/j.1365-246x.1992.tb00113.x
  38. Pagani M., Monelli D., Weatherill G. et al. Openquake engine: An open hazard (and risk) software for the global earthquake model // Seismological Research Letters. 2014. V. 85. Is. 3. P. 692–702. doi: 10.1785/0220130087
  39. Pisarenko V.F., Pisarenko D.V. A Modified k-Nearest-Neighbors Method and Its Application to Estimation of Seismic Intensity // Pure and Applied Geophysics. 2022. V. 179. № 11. P. 4025–4036. doi: 10.1007/s00024-021-02717-y
  40. Reasenberg P. Second-order moment of central California seismicity, 1969–1982 // Journal of Geophysical Research: Solid Earth (1978–2012). 1985. V. 90. Is. B7. P. 5479–5495.
  41. Rogozhin E.A., Ovsyuchenko A.N., Marakhanov A.V., Novikov S.S. A geological study of the epicentral area of the April 20(21), 2006 Olyutorskii earthquake // Volcanology and Seismology. 2010. V. 4. P. 79–86. doi: 10.1134/S0742046310020028
  42. Schwartz D.P., Coppersmith K.J. Fault behavior and characteristic earthquakes: Examples from the Wasatch and San Andreas fault zones // Journal of Geophysical Research. 1984. V. 89. № B7. P. 5681–5698.
  43. Shebalin P.N., Narteau C., Baranov S.V. Earthquake productivity law // Geophysical Journal International. 2020. V. 222. Is. 2. P. 1264–126913. doi: 10.1093/gji/ggaa252
  44. Shebalin P., Baranov S., Vorobieva I. Earthquake Productivity Law in a Wide Magnitude Range // Frontiers in Earth Science. 2022. V. 10. 881425. doi: 10.3389/feart.2022.881425
  45. Shebalin P.N., Baranov S.V., Vorobieva I.A., Grekov E.M., Krushelnitskii K.V., Skorkina A.A., Selyutskaya O.V. Seismicity Modeling in Tasks of Seismic Hazard Assessment // Doklady Earth Sciences. 2024. doi: 10.1134/S1028334X23603115
  46. Shibaev S.V., Kozmin B.M., Imaev V.S., Imaeva L.P., Petrov A.F., Starkova N.N. The February 14, 2013 Ilin-Tas (Abyi) earthquake (Mw = 6.7), Northeast Yakutia // Russian Journal of Seismology. 2020. V. 2. № 1. P. 92–102. doi: 10.35540/2686-7907.2020.1.09
  47. Skorkina A.A. Scaling of two corner frequencies of source spectra for earthquakes of the Bering fault // Russian Journal of Earth Sciences. 2020. V. 20. № 2. ES2001. doi: 10.2205/2020ES000704
  48. Spada M., Wiemer S., Kissling E. Quantifying a potential bias in probabilistic seismic hazard assessment; seismotectonic zonation with fractal properties // Bulletin of the Seismological Society of America. 2011. V. 101. Is. 6. P. 2694–2711.
  49. Stock C., Smith E.G.C. Adaptive kernel estimation and continuous probability representation of historical earthquake catalogs // Bulletin of the Seismological Society of America. 2002. V. 92(3). P. 904–912. doi: 10.1785/0120000233
  50. Ulomov V.I. Seismic hazard of Northern Eurasia // Annali di Geofisica. 1999. V. 42. Is. 6. P. 1023–1038. doi: 10.4401/ag-3785
  51. Van Stiphout T., Zhuang J., Marsan D. Seismicity declustering // Community Online Resource for Statistical Seismicity Analysis. 2012. CORSSA. doi: 10.5078/corssa-52382934
  52. Vorobieva I.A., Grekov E.M., Krushelnitskii K.V., Malyutin P.A., Shebalin P.N. High Resolution Seismicity Smoothing Method for Seismic Hazard Assessment // Russian Journal of Earth Sciences. 2024.V. 24. ES1003. doi: 10.2205/2024ES000892
  53. Vorobieva I., Shebalin P., Narteau C., Beauducel F., Nercessian A., Clouard V., Bouin M.-P. Multiscale mapping of completeness magnitude of earthquake catalogs // Bulletin of the Seismological Society of America. 2013. V. 103. Is. 4. P. 2188–2202. doi: 10.1785/0120120132
  54. Vorobieva I.A., Gvishiani A.D., Dzeboev B.A., Dzeranov B.V., Barykina Yu.V., Antipova A.O. Nearest Neighbor Method for Discriminating Aftershocks and Duplicates When Merging Earthquake Catalogs // Frontiers in Earth Science. 2022. V. 10. 820277. doi: 10.3389/feart.2022.820277
  55. Wesnousky S.G. Crustal deformation processes and the stability of the Gutenberg-Richter relationship // Bulletin of the Seismological Society of America. 1999. V. 89. № 4. P. 1131–1137.
  56. Wessel P., Luis J.F., Uieda L., Scharroo R., Wobbe F., Smith W.H.F., Tian D. Generic mapping tools version 6 // Geochemistry, Geophysics, Geosystems.2019. V. 20. P. 5556–5564. doi: 10.1029/2019gc008515
  57. Wyss M., Nekrasova A., Kossobokov V. Errors in expected human losses due to incorrect seismic hazard estimates // Natural Hazards. 2012. V. 62. Is. 3. P. 927–935. doi: 10.1007/s11069-012-0125-5
  58. Zaliapin I., Ben-Zion Y. Earthquake clusters in southern California I: identification and stability // Journal of Geophysical Research. 2013. V. 118. P. 2847–2864. doi: 10.1002/jgrb.50179
  59. Zechar J.D., Gerstenberger M.C., Rhoades D.A. Likelihood-based tests for evaluating space–rate–magnitude earthquake forecasts // Bulletin of the Seismological Society of America. 2010. V. 100. № 3. P. 1184–1195. doi: 10.1785/0120090192
  60. Zelenin E., Bachmanov D., Garipova S., Trifonov V., Kozhurin A. The Active Faults of Eurasia Database (AFEAD): the ontology and design behind the continental-scale dataset // Earth System Science Data. 2022. V. 14. P. 4489–4503. doi: 10.5194/essd-14-4489-2022
  61. Zhuang J., Ogata Y., Vere-Jones D. Stochastic declustering of space-time earthquake occurrences // Journal of the American Statistical Association. 2002. V. 97. P. 369–380. doi: 10.1198/016214502760046925

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».