gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2024-15-6-0793XALEEBgtcrust-1948Research ArticleСОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКАRECENT GEODYNAMICSВЫЯВЛЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ГРУНТОВЫХ СЛОЕВ НА СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ БАЙКАЛО-МОНГОЛЬСКОГО РЕГИОНАIDENTIFICATION OF THE FEATURES OF THE INFLUENCE OF HETEROGENEOUS-VELOCITY GROUND LAYERS ON LARGE-EARTHQUAKE EFFECTS IN THE MONGOLIAN-SIBERIAN REGIONДжурикВ. И.DzhurikV. I.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

БрыжакЕ. В.BryzhakE. V.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

СеребренниковС. П.SerebrennikovS. P.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

КакоуроваА. А.KakourovaA. A.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

Институт земной коры СО РАНРоссияInstitute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202413122024156793793Copyright © Джурик В.И., Брыжак Е.В., Серебренников С.П., Какоурова А.А., 20242024Джурик В.И., Брыжак Е.В., Серебренников С.П., Какоурова А.А.Dzhurik V.I., Bryzhak E.V., Serebrennikov S.P., Kakourova A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/1948

Для территорий южной части Восточной Сибири и Северной Монголии дана количественная оценка влияния скоростных неоднородностей грунтовых слоев верхней части земной коры на единый обоснованный исходный сигнал. В сейсмическом отношении территория оценивается в 7–9 баллов, в геоморфологическом – представляется как система межгорных понижений и горных сооружений, в геологическом плане район входит в систему Байкальской рифтовой зоны как ее юго-западный и южный фрагмент.

Работа направлена на развитие методов изучения и прогноза сейсмических воздействий сильных землетрясений Байкало-Монгольского региона. Последовательность реализации поставленной задачи связана с необходимостью задания расчетных акселерограмм, построения сейсмогрунтовых моделей и проведения теоретических расчетов для исследуемого региона. При использовании относительно сильных землетрясений, зарегистрированных в 2020–2022 гг. одновременно в г. Иркутске и г. Улан-Баторе, для грунтов первой категории сформирован единый исходный сигнал с учетом вероятных очаговых зон для прогнозируемых близких и относительно далеких сильных землетрясений региона. Для построения расчетных сейсмогрунтовых моделей использованы результаты сейсморазведочных и сейсмометрических измерений, выполненных в последнее время, а также данные, полученные ранее другими исследователями. Учитывались и имеющиеся обобщенные сведения об изменении скоростей сейсмических волн с глубиной для наиболее распространенных типов рыхлых неводонасыщенных грунтов до первых сотен метров и коренных пород до возможной глубины возникновения землетрясений. Построенные модели характеризуются мощностью слоев, изменением скоростей продольных и поперечных волн с глубиной, объемной массой и декрементом затухания.

Результаты теоретических расчетов особенностей влияния скоростных неоднородностей грунтовых слоев на амплитудный и частотный состав сформированных исходных сигналов представлены в параметрах основных показателей сейсмических воздействий (максимальные ускорения, преобладающие частоты колебаний и соответствующий им амплитудный уровень, резонансные частоты и сопутствующие значения усиления колебаний) для построенных вероятных сейсмических моделей по расчетным акселерограммам, спектрам и частотным характеристикам.

The southern part of Eastern Siberia and the northern part of Mongolia were quantitatively assessed in terms of the influence of the upper-crustal heterogeneous-velocity ground layers on a single reasonable initial signal. Seismically, the territory is estimated at 7–9 intensity units; geomorphologically, it appears as a system of intermountain depressions and mountain structures; geologically, the area is a part of the Baikal rift zone system as its southwestern and southern fragments are incorporated therein.

The work is aimed at developing methods for studying and predicting seismic effects of large earthquakes in the Mongolian-Baikal region. The implementation of the task is associated with the need of assigning calculated accelerograms, modeling seismic ground motion, and carrying out theoretical calculations for the region under study. Using the data from 2020-2022 relatively large earthquakes recorded simultaneously in Irkutsk and Ulaanbaatar, I category grounds were assigned a single initial signal with regard to potential source zones of near and distant large earthquakes in the region. Computational models of seismic ground motions were developed based on recently obtained seismic survey and seismometric measurement data. The authors also took into account the available general dataset on the change in seismic wave velocities with depth for the most common types of loose unsaturated grounds to a few hundred meters and for the bedrock to the probable depth of earthquake occurrence. The constructed models are characterized by layer thickness, change in longitudinal and transverse wave velocities with depth, volumetric mass, and attenuation decrement.

The results of theoretical calculations for the features of the influence of heterogenous-velocity ground layers on the amplitude and frequency composition of the assigned initial signals are presented as the parameters of seismic effects (maximum accelerations, predominant ground motions frequencies and their corresponding amplitude level, resonant frequencies and accompanying ground motions amplification values) for seismic probability models developed based on the calculated accelerograms, spectra, and frequency characteristics.

сейсмические воздействиясейсмогрунтовые моделиакселерограммыисходный сигналмаксимальные ускоренияспектрычастотные характеристикиseismic effectsseismic ground motion modelinginitial signalmaximum accelerationsspectrafrequency characteristicsИсследование выполнено при поддержке РФФИ и МОКНСМ в рамках научного проекта №20-55-44011. В работе задействовалось оборудование ЦКП «Геодинамика и геохронология» ИЗК СО РАН по гранту 075-15-2021-682This research was carried out with support from the Russian Foundation for Basic Research and the Ministry of Education, Culture, Science and Sports of Mongolia as part of scientific project № 20-55-44011. This work was conducted using equipment and infrastructure of the Centre for Geodynamics and Geochronology at the Institute of the Earth’s Crust SB RUS (grant no 075-15-2021-682)ReferencesАлешин А.С. Фундаментальные аспекты сейсмического микрорайонирования // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2017. № 4. С. 8–17.Aleshin А.S., 2017. Fundamental Aspects of Seismic Microzonation. Earthquake Engineering. Constructions Safety 4, 8–17 (in Russian)Boore D.M., Thompson E.M., 2014. Path Durations for Use in the Stochastic-Method Simulation of Ground Motions. Bulletin of the Seismological Society of America 104 (5), 2541–2552. https://doi.org/10.1785/0120140058.Boore D.M., Thompson E.M., 2014. Path Durations for Use in the Stochastic-Method Simulation of Ground Motions. Bulletin of the Seismological Society of America 104 (5), 2541–2552. https://doi.org/10.1785/0120140058.Chipizubov A.V., Smekalin O.P., Semenov R.M., 2003. Fault Scarps and Prehistoric Earthquakes in the Tunka Fault (Southwestern Baikal Region). Russian Geology and Geophysics 44 (6), 561–574.Chipizubov A.V., Smekalin O.P., Semenov R.M., 2003. Fault Scarps and Prehistoric Earthquakes in the Tunka Fault (Southwestern Baikal Region). Russian Geology and Geophysics 44 (6), 561–574.Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*. СП 14.13330.2018. М.: Стандартинформ, 2018. 115 с.Construction in Seismic Areas, 2018. An Actual Revision of SNiP II-7-81*. SP 14.13330.2018. Standartinform, Moscow, 115 p. (in Russian)Dzhurik V.I., Bryzhak E.V., Batsaikhan Ts., Serebrennikov S.P., Shagun A.N., Eskin A.Yu., 2022a. Spectral Analysis of Large Earthquakes in the Baikal-Mongolia Region as Recorded at Irkutsk and Ulaanbaatar in 2020–2021. Journal of Volcanology and Seismology 16, 385–395. https://doi.org/10.1134/s0742046322050049.Dzhurik V.I., Bryzhak E.V., Batsaikhan Ts., Serebrennikov S.P., Shagun A.N., Eskin A.Yu., 2022a. Spectral Analysis of Large Earthquakes in the Baikal-Mongolia Region as Recorded at Irkutsk and Ulaanbaatar in 2020–2021. Journal of Volcanology and Seismology 16, 385–395. https://doi.org/10.1134/s0742046322050049.Dzhurik V.I., Bryzhak E.V., Batsayhan Ts., Serebrennikov S.P., 2023. Predicting Dynamic Effects of Large Earthquakes in Areas of Degrading Permafrost (Baikal-Mongolia Region). Russian Geology and Geophysics 64 (3), 370–377. https://doi.org/10.2113/RGG20224478.Dzhurik V.I., Bryzhak E.V., Batsayhan Ts., Serebrennikov S.P., 2023. Predicting Dynamic Effects of Large Earthquakes in Areas of Degrading Permafrost (Baikal-Mongolia Region). Russian Geology and Geophysics 64 (3), 370–377. https://doi.org/10.2113/RGG20224478.Джурик В.И., Брыжак Е.В., Серебренников С.П., Ескин А.Ю. Оценка сейсмических воздействий сильных землетрясений в различных мерзлотных и сейсмических зонах Монголо-Сибирского региона // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 3. 0623. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2s-0623.Dzhurik V.I., Bryzhak E.V., Serebrennikov S.P., Yeskin A.Yu., 2022b. Evaluation of Seismic Impacts of Strong Earthquakes in Various Permafrost and Seismic Zones of the Mongolian-Siberian Region. Geodynamics & Tectonophysics 13 (2), 0623 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2s-0623.Джурик В.И., Дреннов А.Ф. Влияние глубинных и приповерхностных неоднородностей на динамику сейсмических сигналов // Геология и геофизика. 1991. № 9. С. 119–122.Dzhurik V.I., Drennov A.F., 1991. The Influence of Deep-Seated and Near-Surface Inhomogeneities on Seismic Signal Dynamics. Russian Geology and Geophysics 9, 119–122 (in Russian)Dzhurik V.I., Drennov A.F., Serebrennikov S.P., Bryzhak E.V., Eskin A.Y., 2015a. A Study of Dynamic Parameters for Earthquakes in the Baikal Rift Zone in Order to Derive the Expected Seismic Shaking. Journal of Volcanology and Seismology 9, 339–348. https://doi.org/10.1134/S0742046315050036.Dzhurik V.I., Drennov A.F., Serebrennikov S.P., Bryzhak E.V., Eskin A.Y., 2015a. A Study of Dynamic Parameters for Earthquakes in the Baikal Rift Zone in Order to Derive the Expected Seismic Shaking. Journal of Volcanology and Seismology 9, 339–348. https://doi.org/10.1134/S0742046315050036.Джурик В.И., Ключевский А.В., Серебренников С.П., Демьянович В.М., Батсайхан Ц., Баяраа Г. Сейсмичность и районирование сейсмической опасности территории Монголии. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2009. 420 с.Dzhurik V.I., Klyuchevskii A.V., Serebrennikov S.P., Demyanovich V.M., Batsaikhan Ts., Bayaraa G., 2009. Seismicity and Seismic Hazard Zoning of Mongolia. IEC SB RAS, Irkutsk, 420 p. (in Russian)Dzhurik V.I., Tubanov Ts.А., Serebrennikov S.P., Drennov А.F., Bryzhak Е.V., Eskin А.Yu., 2015b. An Overview of the Technique for Seismicity Microzonation Mapping of the Ulan-Ude City Territory. Geodynamics & Tectonophysics 6 (3), 365–386. https://doi.org/10.5800/GT-2015-6-3-0186.Dzhurik V.I., Tubanov Ts.А., Serebrennikov S.P., Drennov А.F., Bryzhak Е.V., Eskin А.Yu., 2015b. An Overview of the Technique for Seismicity Microzonation Mapping of the Ulan-Ude City Territory. Geodynamics & Tectonophysics 6 (3), 365–386. https://doi.org/10.5800/GT-2015-6-3-0186.Emanov A.F., Emanov A.A., Shevkunova E.V., Fateev A.V., Gladyshev E.A., Arapov V.V., Artemova A.I., Podkorytova V.G., Chechel’nitskii V.V., Radziminovich Y.B., Kobeleva E.A., 2022. The Khuvsgul Earthquake of January 12, 2021 (MW=6.7, ML=6.9) and Early Aftershocks. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 58, 59–73. https://doi.org/10.1134/S1069351322100019.Emanov A.F., Emanov A.A., Shevkunova E.V., Fateev A.V., Gladyshev E.A., Arapov V.V., Artemova A.I., Podkorytova V.G., Chechel’nitskii V.V., Radziminovich Y.B., Kobeleva E.A., 2022. The Khuvsgul Earthquake of January 12, 2021 (MW=6.7, ML=6.9) and Early Aftershocks. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 58, 59–73. https://doi.org/10.1134/S1069351322100019.Field E.H., 2000. A Modified Ground-Motion Attenuation Relationship for Southern California That Accounts for Detailed Site Classification and a Basin-Depth Effect. Bulletin of the Seismological Society of America 90 (6B), S209–S221. https://doi.org/10.1785/0120000507.Field E.H., 2000. A Modified Ground-Motion Attenuation Relationship for Southern California That Accounts for Detailed Site Classification and a Basin-Depth Effect. Bulletin of the Seismological Society of America 90 (6B), S209–S221. https://doi.org/10.1785/0120000507.Гилёва Н.А., Кобелева Е.А., Радзиминович Я.Б., Мельникова В.И., Чечельницкий В.В. Быстринское землетрясение 21.09.2020 г. (Mw=5.5) в Южном Прибайкалье: предварительные результаты инструментальных и макросейсмических наблюдений // Вопросы инженерной сейсмологии. 2020. Т. 47. № 4. С. 55–71. https://doi.org/10.21455/VIS2020.4-4.Gileva N.A., Kobeleva E.A., Radziminovich Ya.B., Melnikova V.I., Chechelnitsky V.V., 2020. The September 21, 2020, Mw=5.5, Bystraya Earthquake in the Southern Baikal Region: Preliminary Results of Instrumental and Macroseismic Observations. Problems of Engineering Seismology 47 (4), 55–71 (in Russian) https://doi.org/10.21455/VIS2020.4-4.Голенецкий С.И. Землетрясения в Иркутске. Иркутск: Имя, 1997. 92 с.Golenetskii S.I., 1997. Earthquakes in Irkutsk. Imya, Irkutsk, 92 p. (in Russian)Гуревич Г.И. Деформируемость сред и распространение сейсмических волн. М.: Наука, 1974. 484 с.Gurevich G.I., 1974. Deformability of Media and Seismic Wave Propagation. Nauka, Moscow, 484 p. (in Russian)Дженкинс Г.М., Ваттс Д.Г. Спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1972. Вып. 2. 287 с.Jenkins G.M., Watts D.G., 1971. Spectral Analysis and Its Applications. Vol. 2. Mir, Moscow, 257 p. (in Russian)Калинина А.В., Аммосов С.М., Быкова В.В., Татевосян Р.Э. О влиянии параметров верхней части грунтового разреза на реакцию грунтов при сейсмическом воздействии // Вопросы инженерной сейсмологии. 2017. Т. 44. № 4. С. 77–92. DOI:10.21455/VIS2017.4-5.Kalinina A.V., Ammosov S.M., Bykova V.V., Tatevossian R.E., 2017. Effect of the Uppermost Part of the Soil Profile on the Site Response. Questions of Engineering Seismology 44 (4), 77–92 (in Russian) DOI:10.21455/VIS2017.4-5.Хилько С.Д., Курушин Р.А., Кочетков В.М., Мишарина Л.А., Мельникова В.И., Гилева Н.А., Ласточкин С.В., Балжинням И., Монхоо Д. Землетрясения и основы сейсмического районирования Монголии. М.: Наука, 1985. 224 с.Khilko S.D., Kurushin R.A., Kochetkov V.M., Misharina L.A., Melnikova V.I., Gilyova N.A., Lastochkin S.V., Baljinnyam I., Monkhoo D., 1985. Earthquakes and Basis for Seismic Zoning of Mongolia. Nauka, Moscow, 224 p. (in Russian)Назаров Ю.П. Расчетные модели сейсмических воздействий. М.: Наука, 2012. 414 с.Nazarov Yu.P., 2012. Computational Models of Seismic Effects. Nauka, Moscow, 414 p. (in Russian)Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 года. М.: Наука, 1977. 536 с.New Catalog of Strong Earthquakes in the USSR from Ancient Times to 1975, 1977. Nauka, Moscow, 536 p. (in Russian)Павленко О.В. Сейсмические волны в грунтовых слоях: нелинейное поведение грунта при сильных землятрясениях последних лет. М.: Научный мир, 2009. 260 с.Pavlenko O.P., 2009. Seismic Waves in Ground Layers: Nonlinear Ground Behavior During Large Earthquakes over Recent Years. Naychny Mir, Moscow, 260 p. (in Russian)Оценка влияния грунтовых условий на сейсмическую опасность: Методическое руководство по сейсмическому микрорайонированию / Ред. О.В. Павлов. М.: Наука, 1988. 223 с.Pavlov O.V. (Ed.), 1988. Assessing the Influence of Ground Conditions on Seismic Hazard. Methodological Guide to Seismic Microzoning. Nauka, Moscow, 223 p. (in Russian)Недра Байкала по сейсмическим данным / Ред. Н.Н. Пузырев. Новосибирск: Наука, 1981. 105 с.Puzyrev N.N. (Ed.), 1981. Baikal Interior from Seismic Data. Nauka, Novosibirsk, 105 p. (in Russian)Radziminovich N.A., 2022. Earthquake Depth Frequency Distribution in the Baikal Rift System. Pure and Applied Geophysics 179, 619–639. https://doi.org/10.1007/s00024-022-02952-x.Radziminovich N.A., 2022. Earthquake Depth Frequency Distribution in the Baikal Rift System. Pure and Applied Geophysics 179, 619–639. https://doi.org/10.1007/s00024-022-02952-x.Ратникова Л.И. Методы расчета сейсмических волн в тонкослоистых средах. М.: Наука, 1973. 124 с.Ratnikova L.I., 1973. Methods for the Computation of Seismic Waves in Finely-Layered Media. Nauka, Moscow, 124 p. (in Russian)Ризниченко Ю.В. Проблемы сейсмологии. М.: Наука, 1985. 408 с.Riznichenko Yu.V., 1985. Problems of Seismology. Nauka, Moscow, 408 p. (in Russian)Сейсмические свойства скальных грунтов. Новосибирск: Наука, 1988. 134 с.Seismic Ground Properties, 1988. Nauka, Novosibirsk, 134 p. (in Russian)Тубанов Ц.А., Санжиева Д.П.-Д., Кобелева Е.А., Предеин П.А., Цыдыпова Л.Р. Кударинское землетрясение 09.12.2020 г. (Mw=5.5) на озере Байкал: результаты инструментальных и макросейсмических наблюдений // Вопросы инженерной сейсмологии. 2021. Т. 48. № 4. С. 32–47. DOI:10.21455/VIS2021.4-2.Tubanov Ts.A., Sanzhieva D.P.-D., Kobeleva E.A., Predein P.A., Tcydypova L.R., 2021. Kudarinsky Earthquake of 09.12.2020 (Mw=5.5) on Lake Baikal: Results of Instrumental and Macroseismic Observations. Problems of Engineering Seismology 48 (4), 32–47 (in Russian) DOI:10.21455/VIS2021.4-2.Зорин Ю.А., Беличенко В.Г., Турутанов Е.Х., Мордвинова В.В., Кожевников В.М., Хозбояр П., Томуртогоо О., Арвиасбаатар Н., Гао Ш., Девис П. Байкало-Монгольский трансект // Геология и геофизика. 1994. Т. 35. № 7–8. С. 94–110.Zorin Yu.A., Belichenko V.G., Turutanov E.Kh., Mordvinova V.V., Kozhevnikov V.M., Khozboyar P., Tomurtogoo O., Arviasbaatar N., Gao Sh., Devis P., 1994. Baikal-Mongolia Transect. Russian Geology and Geophysics 35 (7–8), 94–110 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.