THE SEISMICITY MIGRATION STUDY BASED ON SPACE-TIME DIAGRAMS

Seismicity migration is studied by a new method based on space-time diagrams and a combination of cluster and regression analyses. Data from the global and Baikal regional earthquake catalogues are analysed with the application of the specially designed geographic information system (GIS) in order to establish parameters and mechanisms of seismicity migration in space and time. We study the migration of seismic events in the following geostructural systems: the Baikal rift zone (BRZ), the area between BRZ and the Indo-Eurasian interplate collision zone, the area between BRZ and the West-Pacific seismic foci Benoiff zone, and two segments of the Middle Atlantic ridge.

As evidenced by the obtained results, studying regimes of seismic migration provides for analyses of space-time distribution of seismic energy in the fault-block structure of the lithosphere and facilitates more detailed studies of the origin of deformation waves and mechanisms of the seismotectonic regime of the Earth. Forward (from the equator) and backward (towards the equator) migration of seismic events are established in all the regions under study. It is assumed that this phenomenon may result from regular changes of the polar compression of the Earth due to variations of its rotation regime. Besides, it is revealed that energy clusters of migration are regularly generated, and the regularity may be related to the 11-year cycle of the solar activity which impacts the seismic regime. We discuss the need to study the interference of wave deformations in the lithosphere which are initiated by several external energy sources. It is proposed to consider the regimes of planetary seismicity migration as a reflection of redistribution of endogenic (primarily heat) energy of the Earth during the destruction of its lithospheric shell under the impacts of cosmogenic factors via triggering mechansms. With reference to our positive experiences of applying the proposed concept to BRZ, we consider possibilities of using the seismicity migration data for prediction of earthquakes in the planetary and regional scales.

1. Bykov V.G., 2005. Deformation waves of the Earth: concept, observations and models. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 46 (11), 1176–1190.

2. Chery J., Merkel S., Bouissou S., 2001. A physical basis for time clustering of large earthquakes. Bulletin of the Seismological Society of America 91 (6), 1685–1693. http://dx.doi.org/10.1785/0120000298.

3. Dolgaya А.А., Vikulin А.А., 2015. Study of space-time regularities of seismicity in the Baikal rift zone. In: Tectonics and geodynamics of the continental and oceanic lithosphere: general and regional aspects. Proceedings of the XLVIITectonic Meeting, vol. 1. GEOS, Moscow, p. 130–133 (in Russian) [Долгая А.А., Викулин А.А. Исследование пространственно-временных закономерностей сейсмичности Байкальской рифтовой зоны // Тектоника и геодинамика континентальной и океанической литосферы: общие и региональные аспекты: Материалы XLVII Тектонического совещания. М.: ГЕОС, 2015. Т. 1. С. 130–133].

4. Dovbnich M.M., 2007. The influence of variations of Earth’s rotational mode and lunar-solar tides on a stressed state of the tectonosphere. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine (Dopovidi Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy) (11), 105–112 (in Ukrainian) [Довбнич М.М. Влияние вариаций ротационного режима Земли и лунно-солнечных приливов на напряженное состояние тектоносферы // Доповiдi Національної академії наук України. 2007. № 11. C. 105–112].

5. Levi K.G., Zadonina N.V., Yazev S.A., Voronin V.I., Naurzbaev M.M., Khantemirov R.M., 2012. Heliogeodynamics: Natural Aspects of Global Solar Minimums. In 3 volumes. Vol. 1, Book 1. Publishing House of the Irkutsk State University, Irkutsk, 511 p. (in Russian) [Леви К.Г., Задонина Н.В., Язев С.А., Воронин В.И., Наурзбаев М.М., Хантемиров Р.М. Гелиогеодинамика: Природные аспекты глобальных солнечных минимумов. В 3 т. Т. 1, кн. 1. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2012. 511 с.].

6. Levina Е.А., 2011. Geoinformation System for Prediction of Earthquakes and Rock Shocks: Development and Application for the Baikal Rift Zone and the Norilsk Field. Synopsis of the Thesis, PhD in Geology and Mineralogy. Irkutsk, 19 p. (in Russian) [Левина Е.А. Геоинформационная система для прогноза землетрясений и горных ударов: разработка и примеры применения в Байкальской рифтовой зоне и Норильском месторождении: Автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук. Иркутск, 2011. 19 с.].

7. Levina Е.А., Ruzhich V.V., 2010. Earthquake migration of various scales as manifestation of the initiated energy flow in case of wave deformations of the lithosphere of the Earth. In: Triggering mechanisms in geosystems: proceedings of the All-Russia Workshop-Meeting. GEOS, Moscow, p. 71–78 (in Russian) [Левина Е.А., Ружич В.В. Разномасштабная миграция землетрясений как проявление инициированного энергопотока при волновых деформациях литосферы Земли // Триггерные эффекты в геосистемах: Материалы Всероссийского семинара-совещания. М.: ГЕОС, 2010. С. 71–78].

8. Liu M., Stein S., Wang H., 2010. A 2000-year record of migrating earthquakes in North China: Implications for earthquake hazards in continental interiors. Geophysical Research Abstracts 12, EGU2010-6785.

9. Lyubushin А.А., Pisarenko V.F., Ruzhich V.V., Buddo V.Yu., 1998. Identification of periodicity in seismic regime. Vulkanologiya i Seismologiya (1), 62–76 (in Russian) [Любушин А.А., Писаренко В.Ф., Ружич В.В., Буддо В.Ю. Выделение периодичностей в сейсмическом режиме // Вулканология и сейсмология. 1998. № 1. С. 62–76].

10. Maximov I.V., Vorobiev V.N., Gindin B.V., 1967. On quasi-periodic long-term variations of tide-generating force of the Moon and the Sun. Geomagnetism i Aeronomiya 7 (2), 323 (in Russian) [Максимов И.В., Воробьев В.Н., Гиндин Б.В. О квазипериодическом характере долгопериодических изменений приливообразующей силы Луны и Солнца // Геомагнетизм и аэрономия. 1967. Т. 7. № 2. С. 323].

11. Mogi K., 1968. Migration of seismic activity. Bulletin of Earthquake Research Institute 46, 53–74. Northern California Earthquake Data Center, On-line Catalogue, 2015. Available from: http://www.ncedc.org (last accessed May 13, 2015).

12. Novopashina A.V., 2013. The method for identification of seismicity migration in Pribaikalie by GIS. Geoinformatika (1), 33–36 (in Russian) [Новопашина А.В. Методика выявления миграций сейсмической активности Прибайкалья средствами ГИС // Геоинформатика. 2013. № 1. С. 33–36].

13. Novopashnina A.V., San’kov V.A., 2015. Migration of seismic activity in strike-slip zones: A case study of the boundary between the North American and pacific plates. Russian Journal of Pacific Geology 9 (2), 141–153. http://dx. doi.org/10.1134/S1819714015020050.

14. Odessky I.A., 1972. Wave Movements of the Earth's Crust. Nedra, Leningrad, 206 p. (in Russian) [Одесский И.А. Волновые движения земной коры. Л.: Недра, 1972. 206 с.].

15. Orlov V.A., Panov S.V., Parushkin M.D., Fomin Yu.N., 2007. On relationship between seismicity of the Earth and solar activity from results of precision deformographic observations. In: Geodynamics and the State of Stresses of the the Earth Interior. Proceedings of the conference with participation of foreign researchers, 02–05 October 2007. Novosibirsk, p. 77–83 (in Russian) [Орлов В.А., Панов С.В., Парушкин М.Д., Фомин Ю.Н. О связи сейсмичности Земли с солнечной активностью по результатам прецизионных деформографических наблюдений // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли: Труды конференции с участием иностранных ученых, 2–5 октября 2007 г. Новосибирск, 2007. С. 77–83].

16. Ponomareva E.I., Ruzhich V.V., Levina E.A., 2014. On-line middle-term forecast of earthquakes in Pribaikalie and its possibilities. Izvestia, Irkutsk State University. Earth Sciences Series 8, 67–78 (in Russian) [Пономарёва Е.И., Ружич В.В., Левина Е.А. Оперативный среднесрочный прогноз землетрясений в Прибайкалье и его возможности // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Науки о Земле». 2014. Т. 8. С. 67–78].

17. Popov V.L., 2013. Mechanics of Contact Interaction and Friction Physics. From Nanotribology to Dynamics of Earthquakes. Fizmatlit, Moscow, 350 p. (in Russian) [Попов В.Л. Механика контактного взаимодействия и физика трения. От нанотрибологии до динамики землетрясений. Москва: Физматлит, 2013. 350 c.].

18. Revuzhenko A.F., 2013. Tidal Waves and Directional Transfer of the Earth's Masses. Nauka, Novosibirsk, 204 p. (in Russian) [ Приливные волны и направленный перенос масс Земли. Новосибирск: Наука, Ruzhich V.V., 1997. Seismotectonic Destruction of the Earth's Crust in the Baikal Rift Zone. Publishing House of SB RAS,

19. Novosibirsk, 144 p. (in Russian) [Ружич В.В. Сейсмотектоническая деструкция в земной коре Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. 144 с.].

20. Ruzhich V.V., Khromovskikh V.S., Peryazev V.A., 1989. Analysis of global space-time migration of strong earthquake foci from geotectonic positions. In: Engineering geodynamics and geological medium. Nauka, Novosibirsk, p. 72–80 (in Russian) [Ружич В.В., Хромовских В.С., Перязев В.А. Анализ глобальной пространственно-временной миграции очагов сильных землетрясений с геотектонических позиций // Инженерная геодинамика и геологическая среда. Новосибирск: Наука, 1989. С. 72–80].

21. Ruzhich V.V., Levina E.A., 2012. Seismomigrational processes as the reflection of internal dynamics in zones of intraplate and interplate faults. In: Recent geodynamics of Central Asia and hazardous natural processes: results of quantitative studies. Proceedings of the All-Russia Meeting and Youth School on Recent Geodynamics (23–29 September 2012, Irkutsk). In 2 volumes. Vol. 2. Institute of the Earth's Crust, SB RAS, Irkutsk, p. 71–74 (in Russian) [Ружич В.В., Левина Е.А. Сейсмомиграционные процессы как отражение внутренней динамики в зонах внутриплитных и межплитных разломов // Современная геодинамика Центральной Азии и опасные природные процессы: результаты исследований на количественной основе: Материалы Всероссийского совещания и молодежной школы по современной геодинамике (г. Иркутск, 23–29 сентября 2012 г.). В 2-х т. Иркутск: ИЗК СО РАН, 2012. Т. 2. С. 71–74].

22. Sherman S.I., 2013. Deformation waves as a trigger mechanism of seismic activity in seismic zones of the continental lithosphere. In: Triggering effects in geosystems. Proceedings of the All-Russia Workshop-Meeting. Institute of Geosphere Dynamics (IDG) RAS, Moscow, p. 46–53 (in Russian) [Шерман С.И. Деформационные волны как тригерный механизм активизации разломов в сейсмических зонах континентальной литосферы // Тригерные эффекты в геосистемах: Материалы II всероссийского семинара-совещания. М.: ИДГ РАН, 2013. С. 46–53].

23. Sherman S.I., 2014. Seismic Process and the Forecast of Earthquakes: Tectonophysical Conception. Academic Publishing House “Geo”, Novosibirsk, 359 p. (in Russian) [Шерман С.И. Сейсмический процесс и прогноз землетрясений: тектонофизическая концепция. Новосибирск: Академическое издательство «Гео», 2014. 359 с.].

24. Shestopalov I.P., Kharin E.P., 2004. On relationship between the Earth seismicity and solar and geomagnetic activity. In: Solar-Earth Relationships and Electomagnetic Precursors of Earthquakes. IKIR FEB RAS, Petropavlovsk-

25. Kamchatsky, p. 64–76 (in Russian) [Шестопалов И.П., Харин Е.П. О связи сейсмичности Земли с солнечной и геомагнитной активностью // Солнечно-земные связи и электромагнитные предвестники землетрясений. Петропавловск-Камчатский: ИКИР ДВО РАН, 2004. С. 64–76].

26. Sidorenkov N.S., 2004. Instability of the Earth rotation. Vestnik, Russian Academy of Sciences 74 (8), 701–715 (in Russian) [Сидоренков Н.С. Нестабильность вращения Земли // Вестник Российской академии наук. 2004. Т. 74. № 8. С. 701–715].

27. Sobolev G.A., Shestopalov I.P., Kharin E.P., 1998. Implications of solar flares for the seismic activity of the Earth. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 34 (7), 603–607.

28. StatSoft, On-line Statistics Guidebook, 2015. Available from: http://www.statsoft.ru/home/textbook/modules/ stcluan.html (last accessed May13, 2015).

29. Stovas M.V., 1963. On the loaded state of the crustal layer in the zone between 30 and 40°. In: Problems of Planetary Geology. Gosgeoltekhizdat, Moscow, p. 275–284 (in Russian) [Стовас М.В. О нагруженном состоянии корового слоя в зоне между 30 и 40° // Проблемы планетарной геологии. М.: Госгеолтехиздат, 1963. С. 275–284].

30. Tsaregradsky V.A., 1963. On the issue of deformation of the Earth's crust. In: Problems of planetary geology. Gosgeoltekhizdat, Moscow, p. 149–221 (in Russian) [Цареградский В.А. К вопросу о деформациях земной коры // Проблемы планетарной геологии. М.: Госгеолтехиздат, 1963. С. 149–221].

31. Tyapkin K.F., 2012. Variations of the position of the rotation axis in the Earth body: cause, mechanism and use for explanation of global tectonic processes in the Earth's crust. Geophysical Journal 34 (6), 91–100 (in Russian) [Тяпкин К.Ф. Изменение положения оси вращения в теле Земли: причина, механизм и использование для объяснения глобальных тектонических процессов в земной коре // Геофизический журнал. 2012. T. З4. № 6. С. 91–100].

32. Utkin V.I., Yurkov A.K., Tsurko I.A., 2012. Variations of irregularity of earth rotation as triggering factor of seismicity. Geologiya i Geofizika Yuga Rossii (1), 3–13 (in Russian) [Уткин В.И., Юрков А.К., Цурко И.А. Вариации неравномерного вращения Земли как триггирующий фактор сейсмичности планеты // Геология и геофизика юга России. 2012. № 1. С. 3–13].

33. Vikulin A.V., 2003. Physics of Wave Seismic Process. KOMSP GS RAS, KSTU, Petropavlovsk-Kamchatsky, 152 p. (in Russian) [Викулин А.В. Физика волнового сейсмического процесса. Петропавловск-Камчатский: КОМСП ГС РАН, КГПУ, 2003. 152 с.].

34. Vikulin A.V., Akmanova D.R., Vikulina S.A., Dolgaya A.A., 2012. Migration of seismic and volcanic activity as display of wave geodynamic process. Geodynamics & Tectonophysics 3 (1), 1–18. http://dx.doi.org/10.5800/GT-2012-3-1-0058.

35. Vikulin A.V., Bykov V.G., Luneva М.N., 2000. Nonlinear deformation waves in a rotational model of a seismic process. Computational Technologies 5 (1), 31–39 (in Russian) [Викулин А.В., Быков В.Г., Лунева М.Н. Нелинейные волны деформации в ротационной модели сейсмического процесса // Вычислительные технологии. 2000. Т. 5. № 1. С. 31–39].

36. Vikulin A.V., Ivanchin A.G., 2015. Rotational movements of geomedium – an alternative to plate tectonics. In: Tectonics and geodynamics of continental and oceanic lithosphere: general and regional aspects. Proceedings of the XLVII Tectonic Meeting. Vol. 1. GEOS, Moscow, p. 62–67 (in Russian) [Викулин А.В., Иванчин А.Г. Вращательные движения геосреды – альтернатива тектонике плит // Тектоника и геодинамика континентальной и океанической литосферы: общие и региональные аспекты: Материалы XLVII Тектонического совещания. М.: ГЕОС, 2015. Т. 1. С. 62–67].

37. Vorobiev V.N., 1971. Some consequences of analysis of total potential of long-term part of tide-generation force. Geomagnetism i Aeronomiya 11 (1), 189 (in Russian) [Воробьев В.Н. Некоторые следствия анализа суммарного потенциала долгопериодической части приливообразующей силы // Геомагнетизм и аэрономия. 1971. Т. 11. № 1. С. 189].

38. Zagoruiko N.G., 1999. Applied Methods of Data and Knowledge Analysis. Publishing House of Institute of Mathematics, SB RAS, Novosibirsk, 270 p. (in Russian) [Загоруйко Н.Г. Прикладные методы анализа данных и знаний. Новосибирск: Изд-во Ин-та математики СО РАН, 1999. 270 с.].