Проект РНФ (20-17-00180)

В рамках проекта РНФ 20-17-00180 «Развитие сценарного подхода в задачах оценки сейсмической опасности и риска» в 2022 г. выполнены следующие работы.

Проведена подготовка калиброванного каталога землетрясений региона Алтай-Саяны-Прибайкалье с приведением магнитуды к единой шкале. Использованы источники данных как региональных сетей Единой геофизической службы РАН (Алтай-Саянский, Байкальский, Якутский регионы и регионы Приморья), так и данные мирового каталога ISC. Была проведена работа по объединению этих каталогов и идентификации дублей. С этой целью был использован метод на основе модифицированного метода ближайшего соседа вероятностной метрики в пространстве сетевых погрешностей определения эпицентров и времен сейсмических событий, разработанный ранее в рамках проекта РНФ 21-77-30010. В объединенном каталоге произведено удаление данных о взрывах. В результате объединения оказалось, что данные российских сетей и каталог ISC в значительной степени дополняют друг друга. Данные более чем о половине землетрясений содержатся либо только в каталоге ISC, либо только в российских региональных каталогах. Была проведена унификация магнитуды в объединенном каталоге на основе полученных регрессионных соотношений. Процедура создания калиброванного каталога детально описана в документе по ссылке
https://www.itpz-ran.ru/wp-content/rnf/rnf-20-17-00180/calib_cat_report.pdf.
Построенный калиброванный каталог землетрясений региона Алтай-Саяны-Прибайкалья доступен по ссылке
https://www.itpz-ran.ru/wp-content/rnf/rnf-20-17-00180/S_Siberia_ForUpload.txt.
Описание формата каталога и каталогов основных толчков и афтершоков приведено в документе «Каталоги Южной Сибири».
https://www.itpz-ran.ru/wp-content/rnf/rnf-20-17-00180/Формат_Каталоги_Южной_Сибири.pdf

Важным результатом в 2022 г. была доработка метода оценки параметров Общего закона подобия землетрясений, обеспечивающего разную разрешающую способностью в местах с разной плотностью сейсмических событий. Идея метода состоит в том, что параметры подсчитываются в кругах фиксированного радиуса, но значения приписываются не центру круга, как это делается обычно, а к среднему положению землетрясений выборки. По новой методике проведена оценка параметров новой модели сейсмического режима для региона Алтай-Саяны-Прибайкалье. Построены карты вариаций параметра закона Гутенберга-Рихтера и продуктивности землетрясений.
Вариации b https://www.itpz-ran.ru/wp-content/rnf/rnf-20-17-00180/b.pdf,
a3.5 https://www.itpz-ran.ru/wp-content/rnf/rnf-20-17-00180/a_3.5.pdf,
a6 https://www.itpz-ran.ru/wp-content/rnf/rnf-20-17-00180/a_6.pdf,
a8 https://www.itpz-ran.ru/wp-content/rnf/rnf-20-17-00180/a_8.pdf
и продуктивность https://www.itpz-ran.ru/wp-content/rnf/rnf-20-17-00180/Продуктивность.pdf.

Разработана новая методика построения синтетического каталога землетрясений. Основная идея нашего подхода состоит в предположении о том, что этот закон Гутенберга-Рихтера выполняется на региональном уровне, а возможные локальные отклонения компенсируются при осреднении по всему региону. При моделировании это предположение учитывается таким образом, что времена и магнитуды событий в синтетическом каталоге определяются для всего региона независимо от местоположения в соответствии с региональным законом повторяемости, а их местоположение генерируется как векторная случайная величина с заданным распределением по пространству.

Другое важное предположение состоит в том, что сильнейшие землетрясения происходят в ограниченном количестве зон в пределах рассматриваемого региона. В рамках проекта предполагается, что сильнейшие землетрясения приурочены к местам пересечений морфоструктурных линеаментов, что подтверждается фактическими данными. Разделение этих объектов на опасные и безопасные проводится на основе геолого-геофизической информации о них методами распознавания образов. При построении синтетического каталога возможное местоположение эпицентров сильнейших землетрясений ограничено окрестностями пересечений линеаментов, распознанных как опасные.

Афтершоки обычно исключаются из рассмотрения, чтобы избежать неправомерного завышения сейсмической опасности в местах недавних сильных землетрясений. С другой стороны, афтершоки вносят существенный дополнительный вклад в общую сейсмичность. В нашем подходе вклад афтершоков учиывается с помощью стохастического моделирования афтершоковых процессов с помощью модели ETAS-e, являющейся модификацией широко известной модели ETAS с учетом экспоненциального закона продуктивности землетрясений, установленного ранее в рамках предшествующего проекта РНФ.

По разработанной методике сгенерирован синтетический каталог землетрясений по региону Алтай-Саяны-Прибайкалье с учетом региональных значений закона повторяемости Гутенберга-Рихтера для определения магнитуды и времени фоновых событий, локальных значений для определения гипоцентров и модели ETAS-e для афтершоков. Каталог сгенерирован на условный период 40 000 лет.
https://www.itpz-ran.ru/wp-content/rnf/rnf-20-17-00180/baikalSynthCat.txt

Для проверки соответствия моделей реальным данным разработана методика верификации модели сейсмического режима в виде синтетического каталога землетрясений и определены критерии качества модели. Методика применима как ретроспективно, так и для будущих периодов времени. Методика построена на функции правдоподобия – совместной вероятности конкретных реализаций землетрясений в течение периода теста T. Вероятность каждой из реализаций определяется из моделей. В общем случае модель представляется в элементах (ячейках) пространства и магнитуды на регулярной сетке. Мы используем шаг сетки 0.1 градуса по пространству и 0.1 единицы магнитуды. Фактические реализации модели в течение периода времени T в общем виде представляется с такой же дискретизацией. Совместная вероятность – это вероятность наблюдения w(i,j) землетрясений магнитуды i во всех пространственных элементах согласно модели. Предполагается, что значения в разных ячейках независимы. В этом случае совместное правдоподобие представляет собой произведение вероятностей, рассчитанных в каждой ячейке пространства и магнитуды. Проведена ретроспективная оценка качества сгенерированного синтетического каталога. Результаты свидетельствуют о хорошем соответствии модели реальным данным.
https://www.itpz-ran.ru/wp-content/rnf/rnf-20-17-00180/verification_results_syn_cat_Baikal.pdf

Были продолжены работы по моделированию волновых форм для сценарных землетрясений с протяженным очагом и M=6, 6.5, 7, 7.5, 8, на удалениях от 50 до 200 км, с помощью стохастического метода моделирования синтетических акселерограмм. Моделирование выполнялось не только в рамках классической модели Аки-Бруна, но и с помощью модели очагового спектра Аки-Бруна-Гусева, с двумя характерными частотами с различным скейлингом. Также по имеющимся литературным данным была уточнена использованная ранее модель ak135, а также учтено частотно-зависимое затухание, что позволило уточнить полученные ранее оценки в инженерном диапазоне частот 1-8 Гц.

Опубликовано две статьи в журналах первого квартиля и принята в печать одна статья в журнале индексируемом РИНЦ, WOS, Scopus.