Synthetic Earthquake Catalog for 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

The synthetic earthquake catalog for the Eastern sector of the Arctic zone of the Russian Federation is constructed in the paper. It reproduces and models the key properties of the catalog of actual earthquakes in the region. At the regional level, the Gutenberg–Richter magnitude frequency law for earthquakes of different magnitudes is satisfied both for the catalog as a whole and for the catalog of main shocks, in which aftershocks are removed. Local values of the parameters of this law are reproduced. The synthetic catalog includes aftershocks, while local ratios of the number of aftershocks and the total number of earthquakes, estimated from the catalog of actual events, are observed. The results of strong earthquake-prone areas recognition using the FCAZ method are used as a model of the spatial distribution of the strongest earthquakes in the region (М ≥ 5.5). Preliminary calculations of the normative intensity were carried out to compare three variants of the synthetic catalog (full model, without aftershocks, without FCAZ recognition results and aftershocks).

About the authors

P. N. Shebalin

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

Author for correspondence.
Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, 3, Molodezhnaya St., Moscow, 119296; 84/32, Profsoyuznaya St., Moscow, 117997

A. D. Gvishiani

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, 3, Molodezhnaya St., Moscow, 119296; Bldg. 1, 10, Bolshaya Gruzinskaya St., Moscow, 123242

P. A. Malyutin

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

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, 84/32, Profsoyuznaya St., Moscow, 117997

E. M. Grekov

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

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, 84/32, Profsoyuznaya St., Moscow, 117997

A. O. Antipova

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

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, 3, Molodezhnaya St., Moscow, 119296; 84/32, Profsoyuznaya St., Moscow, 117997

I. A. Vorobyova

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

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, 3, Molodezhnaya St., Moscow, 119296; 84/32, Profsoyuznaya St., Moscow, 117997

B. A. Dzeboev

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences; Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, 3, Molodezhnaya St., Moscow, 119296; Bldg. 1, 10, Bolshaya Gruzinskaya St., Moscow, 123242

B. V. Dzeranov

Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: p.n.shebalin@gmail.com
Russian Federation, 3, Molodezhnaya St., Moscow, 119296

References

  1. Воробьева И.А., Шебалин П.Н., Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Дзеранов Б.В. Параметры сейсмического режима восточного сектора Арктической зоны Российской Федерации // Физика Земли. 2024. № 5. С. 3–21.
  2. Гвишиани А.Д., Соловьев А.А., Дзебоев Б.А. Проблема распознавания мест возможного возникновения сильных землетрясений: актуальный обзор // Физика Земли. 2020. № 1. С. 5–29. https://doi.org/10.31857/S0002333720010044
  3. Гельфанд И.М., Губерман Ш.А., Извекова М.Л., Кейлис-Борок В.И., Ранцман Е.Я. О критериях высокой сейсмичности // Докл. АН СССР. 1972. Т. 202. № 6. С. 1317–1320.
  4. 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. https://doi.org/10.21638/spbu07.2020.408
  5. Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации – ОСР-97. Масштаб: 1 : 8 000 000 / Главные редакторы: В.Н. Страхов, В.И. Уломов. М.: Объединенный институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, 1999. 4 л.
  6. Крушельницкий К.В., Шебалин П.Н., Воробьева И.А., Селюцкая О.В., Антипова А.О. Границы применимости закона Гутенберга–Рихтера в задачах оценки сейсмической опасности и риска // Физика Земли. 2024. № 5. С. 69‒84.
  7. Малютин П.А., Скоркина А.А., Воробьева И.А., Баранов С.В., Маточкина С.Д., Молокова А.П., Шебалин П.Н. Характерное распределение глубин коровых землетрясений Южной Сибири // Физика Земли. 2024. № 4. C. 50–63. https://doi.org/10.31857/S0002333724040046
  8. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г. / Ред. Н.В. Кондорская, Н.В. Шебалин. М.: Наука, 1977. 536 с.
  9. Пояснительная записка к комплекту карт ОСР-2016 и список населенных пунктов, расположенных в сейсмоактивных зонах / Гл. ред. В.И. Уломов, М.И. Богданов // Инженерные изыскания. 2016. № 7. С. 49–60.
  10. Ризниченко Ю.В. Сейсмический режим и сейсмическая активность // Сейсмическое районирование территории СССР / Под ред. В.И. Бунэ, Г.П. Горшкова. М.: Наука, 1980. С. 47–58.
  11. Шебалин Н.В. Количественная макросейсмика (фрагменты незавершенной монографии) // Магнитное поле Земли: математические методы описания. Проблемы макросейсмики. М.: ГЕОС, 2003. (Вычислительная сейсмология, Вып. 34). С. 57–200.
  12. Шебалин П.Н. Современные подходы к сокращению ущерба от землетрясений // Вестник РАН. 2024. Т. 94. № 8. С. 738‒748.
  13. Шебалин П.Н., Тихоцкий С.А., Коваленко А.А. О совершенствовании подходов к сокращению ущерба от землетрясений // Вестник РАН. 2024. Т. 94. № 10. С. 900‒909.
  14. Шебалин П.Н., Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Скоркина А.А. Почему необходимы новые подходы к оценке сейсмической опасности? // Доклады РАН. Науки о Земле. 2022. Т. 507. № 1. С. 91–97. https://doi.org/10.31857/S2686739722601466
  15. 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. https://doi.org/10.1785/0220180040
  16. Baiesi M., Paczuski M. Scale-free networks of earthquakes and aftershocks // Physical Review E. 2004. V. 69. Iss. 6. P. 066106-1–066106-8. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.69.066106
  17. Baranov S.V., Gvishiani A.D., Narteau C., Shebalin P.N. Epidemic type aftershock sequence exponential productivity // Russian Journal of Earth Sciences. 2019. V. 19. Iss. 6. ES6003. https://doi.org/10.2205/2019ES000695
  18. Baranov S.V., Narteau C., Shebalin P.N. Modeling and Prediction of Aftershock Activity // Surveys in Geophysics. 2022. V. 43. P. 437–448. https://doi.org/10.1007/s10712-022-09698-0
  19. 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.
  20. Chebrov V.N. The Olyutorskii earthquake of April 20, 2006: Organizing surveys, observations, problems, and results // Journal of Volcanology and Seismology. 2010. V. 4. № 2. P. 75–78. https://doi.org/10.1134/S0742046310020016
  21. Cornell C.A. Engineering seismic risk analysis // Bulletin of the Seismological Society of America. 1968. V. 58. Iss. 5. P. 1583–1606.
  22. 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. https://doi.org/10.1134/S0016852115060023
  23. Dzeboev B.A., Gvishiani A.D., Agayan S.M., Belov I.O., Karapetyan J.K., Dzeranov B.V., Barykina Y.V. System-Analytical Method of Earthquake-Prone Areas Recognition // Applied Sciences. 2021. V. 11. № 17. 7972. https://doi.org/10.3390/app11177972
  24. 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.
  25. 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.
  26. https://doi.org/10.1029/2019RG000653
  27. Giardini D., Grunthal G., Shedlock K.M., Zhang P. The GSHAP Global Seismic Hazard Map // Annali di Geofisica. 1999. V. 42. Iss. 6. P. 1225–1228. https://doi.org/10.4401/ag-3784
  28. Gutenberg B., Richter C.F. Frequency of earthquakes in California // Bulletin of the Seismological Society of America. 1944. V. 34. № 4. P. 185–188.
  29. 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. 2022a. V. 12. № 10. 5010. https://doi.org/10.3390/app12105010
  30. Gvishiani A.D., Dzeboev B.A., Dzeranov B.V., Kedrov E.O., Skorkina A.A., Nikitina I.M. Strong Earthquake-Prone Areas in the Eastern Sector of the Arctic Zone of the Russian Federation // Applied Sciences. 2022b. V. 12. № 23. 11990. https://doi.org/10.3390/app122311990
  31. Helmstetter A., Werner M.J. Adaptive spatiotemporal smoothing of seismicity for long-term earthquake forecasts in California // Bulletin of the Seismological Society of America. 2012. V. 102. № 6. P. 2518–2529. https://doi.org/10.1785/0120120062
  32. Holschneider M., Narteau C., Shebalin P., Peng Z., Schorlemmer D. Bayesian analysis of the modified Omori law // Journal of Geophysical Research. 2012. V. 117(B6). B06317.
  33. 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. № 4. 168. https://doi.org/10.3390/geosciences9040168
  34. Kanao M., Suvorov V., Toda S., Tsuboi S. Seismicity, structure and tectonics in the Arctic region // Geoscience Frontiers. 2015. V. 6. Iss. 5. P. 665–677. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2014.11.002
  35. 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.
  36. 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 // Journal of Volcanology and Seismology. 2010. V. 4. № 2. P. 87–100. https://doi.org/10.1134/S074204631002003X
  37. New Catalog of Strong Earthquakes in the USSR from Ancient Times through 1977. Report SE-31 / Editors-in-Chief N.V. Kondorskaya and N.V. Shebalin. Translated and Published by World Data Center A for Solid Earth Geophysics, EDIS, Boulder, Colorado, July 1982. 608 p.
  38. 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 // Journal of Volcanology and Seismology. 2010. V. 4. № 2. P. 79–86. https://doi.org/10.1134/S0742046310020028
  39. Shebalin P., Baranov S. Long-delayed aftershocks in New Zealand and the 2016 M7.8 Kaikoura earthquake // Pure and Applied Geophysics. 2017. V. 174. № 10. P. 3751–3764. https://doi.org/10.1007/s00024-017-1608-9
  40. Shebalin P.N., Narteau C., Baranov S.V. Earthquake productivity law // Geophysical Journal International. 2020. V. 222. Iss. 2. P. 1264–1269. https://doi.org/10.1093/gji/ggaa252
  41. Shebalin P., Baranov S., Vorobieva I. Earthquake Productivity Law in a Wide Magnitude Range // Frontiers in Earth Science. 2022. V. 10. 881425. https://doi.org/10.3389/feart.2022.881425
  42. 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. V. 515. P. 514–525. https://doi.org/10.1134/S1028334X23603115
  43. 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. https://doi.org/10.35540/2686-7907.2020.1.09
  44. 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. № 6. P. 2694–2711.
  45. 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. https://doi.org/10.1785/0120000233
  46. Ulomov V.I. Seismic hazard of Northern Eurasia // Annali di Geofisica. 1999. V. 42. Iss. 6. P. 1023–1038. https://doi.org/10.4401/ag-3785
  47. 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. https://doi.org/10.2205/2024ES000892
  48. 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. https://doi.org/10.3389/feart.2022.820277
  49. Wells D.L., Coppersmith K.J. New Empirical Relationships among Magnitude, Rupture Length, Rupture width, Rupture Area, and Surface Displacement // Bulletin of the Seismological Society of America. 1994. V. 84. P. 974–1002.
  50. 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. https://doi.org/10.1029/2019gc008515
  51. Wyss M., Nekrasova A., Kossobokov V. Errors in expected human losses due to incorrect seismic hazard estimates // Natural Hazards. 2012. V. 62. Iss. 3. P. 927–935.
  52. Zaliapin I., Gabrielov A., Wong H., Keilis-Borok V. Clustering analysis of seismicity and aftershock identification // Physical Review Letters. 2008. V. 101. Iss. 1. 018501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.018501
  53. Zaliapin I., Ben-Zion Y. Earthquake clusters in southern California I: identification and stability // Journal of Geophysical Research. 2013. V. 118. Iss. 6. P. 2847–2864. https://doi.org/10.1002/jgrb.50179
  54. 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. https://doi.org/10.1785/0120090192
  55. 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. https://doi.org/10.5194/essd-14-4489-2022
  56. 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. https://doi.org/10.1198/016214502760046925

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 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».