Results of fundamental and applied seismological research in the Magadan region in 2016-2020

The results of fundamental and applied research, carried out by Magadan Branch of GS RAS during 2016-2020 in Magadan and Chukotka regions are presenting. Estimation of Seismic hazard of Russia’s Northeast (Magadan region) and seismic hazard maps for recurrence periods of 500, 1000 and 5000 years in scale close to that of detailed seismic zoning (DSZ) were made in cooperation with Institute of the Earth’s Physics RAS. In course of this work the estimation of initial seismic intensity and parameters of possible ground shaking in areas of critical facilities of Magadan region were made. For all of them a seismic micro zonation was carried out with methods of direct earthquake registration and comparing acoustic impedance. As result, a seismic amplification and intensity of seismic impact on the soils under main critical facilities were obtaining. The research results are shown on detailed seismic zoning maps that are basic for building projects of objects above.

Models of strong ground motions for probabilistic detailed seismic zoning of the territory of North Ossetia-Alania. Part 2.

В статье описываются модели спектров и акселерограмм колебаний грунта, а также ytfhfrnthys ( спектральных ) моделей балльности сотрясений, разработанные в рамках исследований по созданию нового варианта вероятностной карты ДСР территории РСОАлания. Спектры Фурье и спектры реакции моделируются в виде наборов уровней спектральной плотности (S) и спектральных ускорений (SA) на различных частотах (f). Эти параметры рассматриваются как случайные величины, имеющие лог. нормальное распределение вероятностей при различных сочетаниях магнитуд землетрясений (М) и расстояний до очага (D). Построение функций распределения выполнено в два этапа. Сначала определены среднестатистические оценки S(М,D,f) или SA(М,D,f), а затем путем корректировок эти оценки приближены к условиям рассматриваемой территории. Корректировки сделаны на основе анализа сейсмогеологических особенностей района, влияющих на рассматриваемые параметры СДГ. Базовые ( среднестатистические ) построения проведены с использованием более 2500 спектров ускорений колебаний грунта при землетрясениях различных районов мира с М2,5 7,7, D2 808 км и I3 10 баллов MSK. Применен также новый метод восстановления спектров колебаний грунта при землетрясениях по их макросейсмическому полю. Для этого использованы данные макросейсмических обследований 27 сильных землетрясений региона с M3,5 7,0 и силой сотрясений в эпицентре 6 9 баллов MSK. Привлечены также данные о силе сотрясений в эпицентрах 189 ощутимых и сильных землетрясений данного района из работы А.А. Никонова. Спектральные балльности (Iс) рассчитываются через спектры Фурье по зависимостям из работы Ю.К. Чернова и А.Ю. Чернова (2008 г.). Акселерограммы моделировались как в виде временных функций, генерируемых методом случайных колебаний, так и подбором записей реальных землетрясений с последующим их масштабированием в спектральновременной области. В обоих случаях критериями точности построений являлись близости спектров, а также амплитуд, периодов и длительностей, измеренных на акселерограммах к соответствующим моделям спектров и описанным в первой части статьи моделям единичных параметров. Получаемые посредством разработанных моделей оценки всех параметров СДГ сопоставлялись между собой, а также с оценками по другим известным в мире моделям тесты на внутреннюю и внешнюю согласованность. Показан высокий уровень согласованности и непротиворечивости всех моделируемых параметров СДГ при землетрясениях всех рассматриваемых M и D. Выполненные для сравнения такие же тесты для некоторых других моделей СДГ, рекомендуемых для использования на территории РФ, показали преимущества наших моделей по данному показателю. Разработанные модели СДГ могут быть полезными при вероятностном и детерминистском ( ситуационном ) анализе сейсмической опасности территории РСОАлания и других районов со сходными сейсмогеологическими условиями. The article describes the models of spectra and accelerograms of soil vibrations, as well as nontraditional (spectral) models of shake intensity, developed as part of investigation to create a new version of the DSZ probability map of the territory of North OssetiaAlania. Fourier spectra and reaction spectra are modeled as sets of spectral density levels (S) and spectral accelerations (SA) at different frequencies (f). These parameters are considered as random variables having a log. normal probability distribution for various combinations of earthquake magnitudes (M) and focal distance (D). The construction of distribution functions is performed in two stages. First, average estimates are defined S(М,D,f) or SA(М,D,f), and then, by adjustments, these estimates are approximated to the conditions of the considered territory. Corrections are made on the basis of the analysis of seismic and geological features of the region, affecting the considered parameters of SGM. Basic (average) constructions were carried out using more than 2500 spectra of soil vibration accelerations during earthquakes in various regions of the world with M2.5 7.7, D2 808 km and I3 10 MSK points. A new method has also been applied for reconstructing the spectra of soil vibrations during earthquakes according to their macroseismic field. For this the data from macroseismic surveys of 27 strong earthquakes in the region with M3.5 7.0 and shaking strength at the epicenter of 6 9 MSK points was used. The data on the strength of the shaking at the epicenters of 189 tangible and strong earthquakes in this region from the work of A.A. Nikonov was used. The spectral intensities (Iс) are calculated through the Fourier spectra according to the dependences from the work of Yu.K. Chernova and A.Yu. Chernova (2008). Accelerograms were modeled both in the form of time vibrations generated by the random vibrations method and by selecting records of real earthquakes with their subsequent scaling in the spectraltemporal area. In both cases, the criteria for the accuracy of the constructions were the proximity of the spectra, as well as the amplitudes, periods, and durations measured on the accelerograms to the corresponding spectral models and models of unit parameters described in the first part of the article. Estimates obtained by means of the developed models for evaluating all the parameters of the SGM were compared with each other, as well as with estimates using other models known in the world tests for internal and external consistency. A high level of consistency and noncontradiction of all simulated SGM parameters during earthquakes of all considered M and D is shown. The same tests performed for comparison for some other SGM models recommended for use in the Russian Federation showed the advantages of our models according to this indicator. The developed SGM models can be useful for probabilistic and deterministic (situational) analysis of seismic hazard in the territory of North OssetiaAlania and other regions with similar seismic and geological conditions

Models of strong ground motions for probabilistic detailed seismic zoning of the territory of North Ossetia-Alania. Part I

В РСОАлания проводятся исследования по созданию новой вероятностной карты ДСР данной территории. Составная часть этих исследований разработка эффективных моделей сильных движений грунта (СДГ) при потенциально опасных землетрясениях региона. В первой части посвященной данным исследованиям статьи рассмотрены модели единичных характеристик СДГ пиковых ускорений грунта (PGA), периодов ускорений с максимальной амплитудой (Ta), длительностей основной фазы колебаний (), а также макросейсмической интенсивности (балльности) сотрясений (I). Модели представлены в виде статистически заданных функций распределения вероятностей случайных величин (значений параметров колебаний и силы сотрясений грунта) при различных магнитудах землетрясений (М) и расстояниях до очага (D). Модели строились в два этапа. Сначала определены среднестатистические функции изменения с расстоянием PGA(М,D), Ta(М,D), (М,D) и I(М,D). Затем, путем введения в эти зависимости корректирующих поправок они приближены к условиям исследуемой территории РСОАлания. Среднестатистические зависимости строились на основе анализа большого объема исходных данных по инструментальной регистрации и макросейсмическим описаниям сильных землетрясений. Использованы данные двух видов. Первый подборки из 35ти и 24х известных и апробированных эмпирических зависимостей PGA(M,D) и I(M,D), построенных разными авторами для различных сейсмоактивных районов мира. Второй непосредственные измерения по более, чем 2500 акселерограммам ощутимых и сильных землетрясений мира, имеющих одновременную оценку силы сотрясений в точке регистрации. Использованы также макросейсмические описания нескольких десятков сильных землетрясений на территории РФ и других стран. Корректирующие поправки определены на основе анализа общих сейсмотектонических условий территории, особенностей среды распространения сейсмических возмущений, механизмов очагов и других характеристик исследуемого района, влияющих на моделируемые параметры СДГ. Для проверки надежности и реалистичности разработанных моделей, проведено перекрестное (между собой) сопоставление получаемые на их основе оценок PGA, Ta, и I. Проведено также сопоставление полученных моделей с разработками других авторов, для других районов. Во всех случаях наблюдается высокий уровень согласованности и непротиворечивости, полученных в настоящем исследовании результатов. В целом разработанные модели отвечают основным требованиям международной и отечественной инженерносейсмологической практики, способствуют повышению точности и надежности вероятностных оценок сейсмической опасности на региональном уровне и могут быть использованы в целях ДСР территории РСОАлания при производстве как вероятностных, так и детерминистских (сценарийных) оценок. In RNOAlania studies to establish a new probabilistic maps of the Detailed Seismic Zoning (DSZ) are being conducted. An integral part of these studies is the development of effective models of Strong Ground Motion (SGM) in potentially dangerous earthquakes in the region. In the first part of the article devoted to these studies, the models of single characteristics SGM Peak Ground Accelerations (PGA), periods of accelerations with maximum amplitude (Ta), durations of the main phase of oscillations (), as well as macroseismic intensity (score) of shaking (I) are considered. The models are presented in the form of statistically given functions of probabilities distribution of random variables (values of fluctuations parameters and force of ground shaking) at various magnitudes of earthquakes (M) and distances to the center (D). Models were built in two stages. First, the average change functions with the distance PGA(М,D), Ta(М,D), (М,D) and I(М,D) are determined. Then, by introducing corrective amendments into these dependences, they were brought to close the conditions of the investigated territory of the RNOAlania. Average dependences were based on the analysis of a large amount of initial data on instrumental registration and macroseismic descriptions of strong earthquakes. Two types of data were used. The first is a collection of 35 and 24 known and tested empirical dependences of PGA(M,D) and I(M,D), built by different authors for different seismic regions of the world. The second is direct measurements of more than 2,500 accelerograms of the worlds palpable and strong earthquakes, which have a simultaneous assessment of the shaking strength at the point of registration. Also used the macroseismic descriptions of several tens of strong earthquakes in the territory of the Russian Federation and other countries. Corrective amendments are determined on the basis of the analysis of general seismotectonic conditions of the territory, features of the medium of seismic disturbances, mechanisms of foci and other characteristics of the study area affecting the simulated parameters of SGM. To verify the reliability and realism of the developed models, a crosscomparison (among themselves) obtained on the basis of their estimates of PGA, Ta, and I. The comparison of the obtained models with the developments of other authors for other areas is also carried out. In all cases, there is a high level of consistency and connectivity in the results obtained in this study. In general, the developed models are in agreement with the basic requirements of international and domestic engineeringseismological practice, contribute to the accuracy and reliability of probabilistic seismic hazard assessments at the regional level and can be used for the purposes of DSZ of the territory of the Russian Federation in the production of both probabilistic and deterministic (scenario) assessments.

SEISMICITY PATTERNS FOR A DETAILED PROBABILISTIC SEISMIC ZONING OF THE NORTH OSSETIA-ALANIA TERRITORY

В рамках исследований по созданию нового альбома вероятностных карт детального сейсмического районирования территории РСО-Алания разработан ряд моделей региональной и локальной сейсмичности района. Модели в вероятностной форме описывают места (зоны) возникновения потенциально опасных для изучаемой территории землетрясений, максимальные возможные магнитуды этих землетрясений, размеры, механизмы и ориентацию очагов, повторяемость землетрясений разных магнитуд во времени, распределение очагов землетрясений по глубине. Исследования проведены с использованием большого объема сейсмостатистических, макросейсмических, сейсмотектонических, инструментальных и других данных. Модели позволяют повысить точность и детальность прогнозных оценок на региональном и локальном уровнях, т.к. более полно учитывают особенности пространственно-временного распределения потенциально опасных очагов землетрясений, а также представляют итоговую информацию в виде, необходимом для ее дальнейшего включения в вероятностный анализ сейсмической опасности (probabilistic seismic hazard analysis – PSHA) A number of models of regional and local seismicity of the region have been developed within the framework of research on the creation of a new album of probabilistic maps of detailed seismic zoning of the RNO-Alania territory. Models in probabilistic form describe the place (zone) of occurrence of potentially dangerous earthquakes for the study area, the maximum possible magnitude of these earthquakes, the size, mechanisms and orientation of the foci, the frequency of earthquakes of different magnitudes in time, the distribution of earthquake foci in depth. Research conducted using large volume seismostatistics, macroseismic, seismotectonic, instrumental and other data. The models make it possible to increase the accuracy and detail of predictive estimates at the regional and local levels, as they take into account more fully the features of the spatial and temporal distribution of potentially dangerous earthquake foci, and also provide the final information in the form necessary for its further inclusion in the probabilistic seismic hazard analysis – PSHA.

USAGE OF PROGRAM ALGORYTHMIC TOOL OF OSR-97 METHODIC IN DETAILED SEISMIC ZONING PROBLEMS

В Российской Федерации исторически сложилась двухступенчатая схема оценки сейсмической опас- ности - оценка исходной сейсмичности для средних грунтов и последующая корректировка оценок с уче- том реальных грунтовых условий площадки Historically in the Russian Federation formed two-staged assessment scheme of seismic hazard assessment of the initial seismicity for average soils and the following correction of assessments with accounting of site real soil conditions