Физика Земли, 2023, № 2, стр. 115-148

ВВЕДЕНИЕ

В течение всего инструментального периода обширные территории Арктики были крайне неравномерно и слабо охвачены стационарными сейсмическими наблюдениями из-за сложных климатических и географических условий, а также в силу исторических и экономических причин. Развитие инструментальных наблюдений в Арктике проходило неравномерно как во времени, так и в пространстве.

Вплоть до конца ХХ в., функционирующая в Арктике сеть сейсмических станций, как отмечал Г.П. Аветисов в работе [Аветисов, 1996], достаточна для проведения общего мониторинга сейсмического режима Арктического региона в целом и накоплению данных по уже известным его особенностям, но совершенно не удовлетворительна для осуществления детального изучения наиболее интересных и важных с позиций научного и прикладного аспектов узловых фрагментов сейсмоактивных зон.

В результате, как отмечал в своей работе Г.Д. Панасенко [Панасенко, 1986], складывающиеся представления о сейсмичности Арктики неполны и односторонне отражают действительность, поскольку слабые землетрясения, изучение которых дает многое для выявления пространственно-временных вариаций сейсмичности и более правильного понимания связи ее с геологическим строением региона и развивающимися в его пределах геодинамическими процессами, не участвуют в их формировании.

В основе исследований по оценке сейсмической опасности любой территории лежит сейсмический каталог, по данным которого вычисляются параметры сейсмического режима. Для Арктического региона информация об исторических и палеоземлетрясениях практически недоступна, поэтому большую роль играют землетрясения, зарегистрированные за инструментальный период. Однако вычисление основных параметров зарегистрированных землетрясений в Арктике в течение всего инструментального периода проходило в условиях малого количества станций и их удаленности от очага, с применением устаревших в настоящее время скоростных моделей и алгоритмов локации. Кроме того, бюллетени не всех функционировавших в регионе в течение ХХ в. сейсмических станций были доступны сейсмологам для вычисления основных параметров арктических землетрясений.

В итоге распределение эпицентров части землетрясений из современных каталогов, особенно на шельфовых территориях арктических морей, не всегда соответствует действительности [Morozov et al., 2018; 2019; 2021]. А это, в свою очередь, может иметь последствия для будущих исследований, связанных с оценкой сейсмической опасности этих территорий. Поэтому возможны ситуации, когда недостаточный учет геодинамических факторов при разработке и эксплуатации месторождений может привести к большим экономическим потерям и экологическим последствиям.

С конца ХХ и в начале ХХI веков начался процесс интенсивного развития инструментальных наблюдений в Арктике. Количество зарубежных и отечественных сейсмических станций, оснащенных современной высокочувствительной аппаратурой, существенно увеличилось. Расширилась и географическая представительность стационарных сейсмических станций (рис. 1). В настоящий момент в Арктике функционирует наиболее плотная сеть стационарных сейсмических станций за весь период инструментальных наблюдений. Установка новых стационарных сейсмических станций позволила создать благоприятные условия для регистрации низкомагнитудных землетрясений в районах Арктики, ранее недоступных для детального сейсмического мониторинга, в том числе западного сектора Российской Арктики [Antonovskaya et al., 2020].

Рис. 1.

Карта сейсмических станций Евразийской Арктики, функционирующих в 80-х годах ХХ века (а) и на момент 2019 г. (б): 1 – сейсмические станции; 2 – сейсмические группы; 3 – сейсмические станции сети ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН (код сети AH, DOI: https://doi.org/10.7914/SN/AH).

Однако, как и в ХХ веке, сейсмические станции принадлежат различным международным и региональным сейсмическим сетям. Вычисленные параметры очагов арктических землетрясений отличаются в разных сейсмологических Центрах, т.к. основаны, чаще всего, на анализе данных лишь станций конкретной сети, собственных региональных моделей и шкал локальных магнитуд, а также вычислены с применением разных алгоритмов локаций. Чаще всего региональные сейсмические сети, в силу географического расположения, “специализируются” на мониторинге отдельных арктических территорий. В результате, низкомагнитудные землетрясения, зарегистрированные за пределами района ответственности, чаще всего одной или двумя станциями сети, не отражаются в каталогах регионального Центра. Кроме того, несмотря на возросшую плотность сейсмометрических наблюдений, условия для достоверной локации гипоцентров низкомагнитудных землетрясений до сих пор остаются неблагоприятными по причине неравномерного распределения сейсмических станций и их удаленности друг от друга.

Арктические землетрясения, зарегистрированные в течение всего инструментального периода, характеризуются магнитудными оценками разных типов и вычислены в разных международных и региональных сейсмологических Центрах. Часть землетрясений в каталогах не имеют магнитудных оценок. Это приводит к сложностям при сопоставлении данных о землетрясениях за разные периоды времени и для разных арктических территорий.

В настоящее время в рамках реализации проектов по освоению месторождений в Российской Арктике активно ведется проектирование и строительство промышленных систем и объектов. В соответствии с требованиями нормативных документов № 384-ФЗ [Технический регламент…, 2009], на разных стадиях реализации строительных проектов должны учитываться следующие оценки сейсмической опасности [Завьялов, Перетокин, 2022]:

• нормативная сейсмичность – оценки сейсмической опасности на основе действующего комплекта карт общего сейсмического районирования (ОСР);

• исходная сейсмичность – сейсмичность района строительства, которая принимается равной нормативной сейсмичности, либо конкретизируется в рамках исследований по детальному сейсмическому районированию (ДСР) или уточнению исходной сейсмичности (УИС);

• расчетная сейсмичность – сейсмическая опасность площадки будущего строительства, определяемая на стадии сейсмического микрорайонирования (СМР) с учетом результатов ДСР или УИС и реальных грунтовых условий.

Учитывая географическое положение и климатические условия Арктики, зачастую проектируемые объекты располагаются на шельфе или на суше, в условиях широко распространенной вечной мерзлоты. В связи с этим возникают следующие проблемы [Завьялов, Перетокин, 2022]:

• не вся территория западного сектора Российской Арктики обеспечена нормативными оценками сейсмической опасности;

• для проведения ДСР или УИС на территории арктической зоны РФ недостаточно сейсмотектонических и сейсмологических данных.

• наиболее часто используемые в РФ методы СМР не предназначены для мерзлых пород или обводненных грунтов дна акваторий.

Таким образом, в связи с необходимостью обеспечения безопасной эксплуатации промышленных систем и объектов при освоении крупных месторождений в западном секторе Российской Арктики существует необходимость в проведении исследований по уточнению параметров очагов землетрясений, зарегистрированных за весь период инструментальных наблюдений.

В данной статье представлены результаты многолетних исследований по созданию сводного уточненного и унифицированного каталога землетрясений для западного сектора Российской Арктики за весь инструментальный период наблюдений с 1908 по 2020 гг. Созданный каталог также включает данные о современной сейсмичности районов, ранее недоступных для детального сейсмического мониторинга. Результаты исследований позволили уточнить пространственное распределение землетрясений в регионе и сопоставить инструментальные данные с параметрами ЛДФ-моделей карт ОСР-97 и -2016.

ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ, ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И МЕТОДОВ ВЫЧИСЛЕНИЯ

Употребляемый в статье термин “Российская Арктика” – это часть акватории и территории Арктики, на которую в соответствии с международным правом распространяется юрисдикция российского государства [Лукин, 2012]. Российский сектор Арктики в ХХ веке был определен на основе разграничения арктического пространства по двум меридианам от крайних западной и восточной точек сухопутной границы России до Северного полюса. В официальных документах, например, в “Основах государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу”, утвержденной 18 сентября 2008 г., чаще всего употребляется политико-правовое понятие “Арктическая зона РФ”. Понятия “Арктическая зона РФ” и “Российская Арктика” по сути своей являются идентичными [Лукин, 2012]. Разделение на западный и восточный секторы Российской Арктики условно. Западный сектор включает географически Баренцево и Карское моря, Восточный – Восточно-Сибирское, Чукотское и море Лаптевых. Данное разделение совпадает с границами между Западно-Арктическим и Восточно-Арктическим секторами Евразийского шельфа, выделенные на основе различий во внутренней структуре и геодинамике в работе [Геология…, 2004].

Сводный и унифицированный каталог землетрясений западного сектора Российской Арктики за весь инструментальный период наблюдений создавался для района, представленного на рис. 2. Район включает в себя российский сектор континентального шельфа Баренцева моря, шельф Карского моря и архипелаги Новая Земля, Северная Земля и Земля Франца-Иосифа.

Рис. 2.

Карта с обозначением района исследования.

Из-за перечисленных в разделе ВВЕДЕНИЕ условий, составление сводных уточненных и унифицированных каталогов для арктических территорий не является простой технической задачей. Поэтому авторами предложена совокупность технических решений, направленных на определение основных параметров землетрясений в западном секторе Российской Арктики, которая включает в себя: создание региональных скоростных моделей и модели регионализации, уточнение шкалы локальной магнитуды, учитывающей региональные особенности, создание сводного электронного архива бюллетеней сейсмических станций первой половины ХХ века и использование современного алгоритма локации сейсмических событий. Ниже приведено их краткое описание.

Как уже отмечалось, бюллетени не всех функционировавших в течение ХХ века сейсмических станций были доступны сейсмологам для оценки основных параметров арктических землетрясений. Поэтому авторами были проведены изыскания бюллетеней сейсмических станций, функционировавших, прежде всего, в первой половине ХХ века, в архивах, созданных при реализации крупных специализированных научных проектов: “Historical Seismogram Filming Project” [Lee et al., 1988], поддержанного ЮНЕСКО, “USGS WWFC Pilot Scanning Project” [Alejandro et al., 2019], “EuroSeismos” [Michelini et al., 2005], ISC-GEM (International Seismological Centre-Global Earthquake Model) [Storchak et al., 2015], а также в фондах ФИЦ ЕГС РАН, Российской государственной библиотеки, Геофизического Центра РАН, в различных научных статьях и монографиях. Также Й. Швейцером (Johannes Schweitzer) из Университета Осло был передан авторам большой архив, состоящий из бюллетеней сейсмических станций и сводных каталогов землетрясений первой половины ХХ века.

Результатом подобных изысканий стало создание сводного электронного архива, состоящего из бюллетеней сейсмических станций, функционировавших в первой половине ХХ в., сводных каталогов землетрясений ХХ в. и сведений об аппаратуре станций. Это позволило проводить исследования по уточнению параметров ранее зарегистрированных землетрясений на основе наиболее полных наборов инструментальных данных.

В конце ХХ и начале ХХI в. произошло существенное увеличение количества сейсмических станций в Арктике. Однако условия для достоверного вычисления гипоцентров землетрясений, особенно низкомагнитудных, остаются все еще неблагоприятными по причине неравномерного распределения сейсмических станций и их удаленности друг от друга. Поэтому, при вычислении основных параметров низкомагнитудных землетрясений необходимо использовать исходные цифровые данные максимально возможного количества станций международных и национальных сетей, функционирующих в настоящее время в регионе. Такие данные были получены авторами через официальные сайты GEOFON [GEOFON, 2022], ORFEUS [ORFEUS, 2022], IRIS [IRIS, 2022], а также в ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН и ФИЦ ЕГС РАН. Данные о временах вступлений сейсмических фаз можно получить также в бюллетенях ISC и ФИЦ ЕГС РАН и в сводном бюллетене для Европейской Арктики за период с 1990 по 2013 гг. [Schweitzer et al., 2021]. Это создало условия для вычисления параметров очагов современных землетрясений с привлечением максимально возможного числа функционирующих сейсмических станций, расположенных в широком азимутальном створе и диапазоне эпицентральных расстояний.

В течение ХХ века постепенно расширялись знания о распространении волн в Земле. Постепенно совершенствовались скоростные модели, применяемые при локации землетрясений, начиная от модели Р. Олдхэма [Oldham, 1900] до используемой в настоящее время ak135 [Kennett et al., 1995; Kennett, 2005]. В течение ХХ века параметры гипоцентров землетрясений вычислялись при использовании разных скоростных моделей, устаревших в настоящее время. Поэтому, при уточнении параметров очагов землетрясений по данным удаленных сейсмических станций использовалась актуальная в настоящее время глобальная скоростная модель ak135.

При значительном увеличении количества сейсмических станций в Арктике и появлении возможности регистрировать низкомагнитудные землетрясения остро встал вопрос о создании региональных моделей, т.к. глобальные модели не учитывают региональные особенности распространения сейсмических фаз. Для западного сектора Российской Арктики и прилегающих территорий использовалась модель BARENTS [Kremenetskaya et al., 2001] для локации землетрясений Баренцево-Карского региона и модель NOES [Морозов, Ваганова, 2017] – для севера Баренцево-Карского региона и Евразийского суббассейна.

Для уточнения параметров гипоцентров использовался алгоритм программы NAS (New Association System) [Asming, Prokudina, 2016; Fedorov et al., 2019], в усовершенствованном виде реализующий метод Generalized beamforming [Ringdal, Kværna, 1989]. Алгоритм программы NAS имеет ряд преимуществ, которые являются полезными для процесса уточнения параметров очагов землетрясений на основе бюллетеней сейсмических станций первой половины XX в. Во-первых, алгоритм программы игнорирует ошибочные времена вступлений сейсмических фаз, которые возникли из-за действий оператора или неисправности аппаратуры. Во-вторых, в бюллетенях нередки случаи, когда указаны только времена вступлений без идентификации фаз. В таких случаях алгоритм сам проводит идентификацию фаз по временам вступлений.

В программе NAS задается исходная точка пространства–времени – приблизительная локация сейсмического события и его примерное время. Алгоритм NAS производит ассоциацию и уточнение координат и времени в окрестности этой исходной точки. Программа выбирает круг большого радиуса вокруг исходной точки. В этом круге ищется более точная локация. При уточнении параметров очагов землетрясений начала ХХ в. мы задаем радиус круга равный 500 км. Круг покрывается перекрывающимися кругами меньших радиусов, формирующими сетку. Для каждого такого меньшего круга вычисляется рейтинговая функция R(c, t), оценивающая гипотезу о том, что событие произошло в ячейке c в момент времени t. Сетка уменьшается несколько раз. Каждый раз из сетки исключается 3/4 ячеек с наименьшими рейтингами, а каждая оставшаяся ячейка делится на четыре меньших. Рейтинги пересчитываются для этих уменьшенных ячеек. Такой поиск выполняется для набора фиксированных глубин (в этой работе от 0 до 100 км с шагом 5 км). Окончательно, за предварительную локацию события выбирается ячейка с максимальным рейтингом. Далее, на втором этапе локация уточняется с помощью минимизации невязки оценки времени в очаге по найденным таким образом временам и их весам и строятся доверительные области (эллипсы ошибок). Для расчета доверительной области, помимо знания известных фаз и координат датчиков, необходимы оценки погрешностей скоростной модели Δv (обычно выбирается значение 0.15 км/с) и оценки измерения вступлений Δt (2 с для землетрясений начала ХХ в. и 0.3 с для современных землетрясений) для разных типов волн.

Магнитуда землетрясений является одним из фундаментальных параметров, используемых в каталогах землетрясений. Понятие магнитуды было введено после нескольких десятилетий с момента создания первых сейсмометров. Впервые понятие магнитуда была введена Ч.Ф. Рихтером [Richter, 1935]. В настоящее время эта магнитуда обозначается индексом ML и рассчитывается по данным близких от очага сейсмических станций. Позже Б. Гутенбергом [Gutenberg, 1945] были введены шкалы магнитуд mB и MS, которые вычислялись по данным сейсмических станций на телесейсмических расстояниях. Это позволило рассчитывать магнитуды для землетрясений, произошедших в удаленных районах, а также районах, где отсутствуют сейсмические станции. Впоследствии способы расчета магнитуд, введенных Б. Гутенбергом, были изменены. В настоящее время MS оценивается с использованием значений амплитуд и соответствующих им периодов в диапазоне от 10 до 60 с и на эпицентральных расстояниях от 20° до 160° с применением формулы [Ванек и др., 1962]:

Для оценки локальной магнитуды землетрясений, зарегистрированных в западном секторе Российской Арктики и прилегающих территориях, использовалась уточненная для данного региона калибровочная кривая магнитуды ML [Морозов и др., 2020]:

Как уже отмечалось, арктические землетрясения, зарегистрированные в течение всего инструментального периода, характеризуются магнитудными оценками разных типов, вычисленных в разных международных и региональных сейсмологических центрах. Поэтому авторами были проведены исследования по выявлению корреляционных соотношений между магнитудами разных типов, вычисленных в различных сейсмологических центрах. На основе данных ISC за период с 1995 по 2020 гг. для региона Евразийская Арктика было получено 42 соотношения, которые условно можно разделить на три группы: магнитуды mb и MS, вычисленные в международных центрах; магнитуды mb, MS и ML, вычисленные в международных и региональных центрах; магнитуды ML – только в региональных центрах (табл. 1). Не все построенные соотношения являются в равной степени статистически значимыми. Наименьшие коэффициенты корреляции и детерминации имеют соотношения, связывающие магнитуды mb и MS, вычисленные в международных центрах, с локальными магнитудами ML, вычисленными в региональных центрах.

Таблица 1.   

Уравнения линий ортогональной регрессии и их параметры между магнитудами разных типов, вычисленными в международных и региональных сейсмологических Центрах

Уравнения линий ортогональной регрессии $y = ax + b$	Объем выборки N	Магнитудный диапазон выборки	Коэффициент корреляции R	Коэффициент детерминации R2	Среднеквадратическое отклонение, σ	Доверительные интервалы для параметров a и b ортогональной регрессии ($y = ax + b$)
	Международные сейсмологические Центры
$m{{b}_{{ISC}}} = 1.60m{{b}_{{IDC}}} - 2.06$	1795	$\begin{gathered} 2.8 \leqslant m{{b}_{{IDC}}} \leqslant 5.9 \hfill \\ 2.6 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.93	0.86	$\begin{gathered} \sigma (m{{b}_{{IDC}}}) = 0.52 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.33 \hfill \\ \end{gathered} $	1.526 < a < 1.670 –2.341 < b < –1.804
$m{{b}_{{ISC}}} = 1.13m{{b}_{{NEIC}}} - 0.75$	1389	$\begin{gathered} 2.9 \leqslant m{{b}_{{NEIC}}} \leqslant 6.6 \hfill \\ 2.6 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.86	0.75	$\begin{gathered} \sigma (m{{b}_{{NEIC}}}) = 0.44 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.48 \hfill \\ \end{gathered} $	1.078 < a < 1.179 –0.975 < b < –0.532
$m{{b}_{{ISC}}} = 1.13m{{b}_{{MOS}}} - 0.86$	816	$\begin{gathered} 3.7 \leqslant m{{b}_{{MOS}}} \leqslant 6.7 \hfill \\ 3.0 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.89	0.78	$\begin{gathered} \sigma (m{{b}_{{MOS}}}) = 0.43 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.48 \hfill \\ \end{gathered} $	1.062 < a < 1.196 –1.186 < b < –0.564
$m{{b}_{{ISC}}} = 1.07m{{b}_{{BJI}}} - 0.67$	468	$\begin{gathered} 3.9 \leqslant m{{b}_{{BJI}}} \leqslant 6.6 \hfill \\ 3.7 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.73	0.53	$\begin{gathered} \sigma (m{{b}_{{BJI}}}) = 0.38 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.39 \hfill \\ \end{gathered} $	0.990 < a < 1.156 –1.099 < b < –0.273
$m{{b}_{{ISC}}} = 1.55m{{b}_{{EIDC}}} - 1.92$	604	$\begin{gathered} 3.0 \leqslant m{{b}_{{EIDC}}} \leqslant 5.5 \hfill \\ 2.6 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 5.9 \hfill \\ \end{gathered} $	0.90	0.81	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{EIDC}}}) = 0.34 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.51 \hfill \\ \end{gathered} $	1.439 < a < 1.678 –2.399 < b < –1.490
$m{{b}_{{ISC}}} = 0.88M{{S}_{{ISC}}} + 0.84$	1237	$\begin{gathered} 2.4 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ 2.8 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.80	0.64	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.57 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.52 \hfill \\ \end{gathered} $	0.842 < a < 0.915 0.698 < b < 0.966
$m{{b}_{{ISC}}} = 1.06M{{S}_{{IDC}}} + 0.23$	1070	$\begin{gathered} 2.2 \leqslant M{{S}_{{IDC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ 2.8 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.76	0.58	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{IDC}}}) = 0.50 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.52 \hfill \\ \end{gathered} $	1.014 < a < 1.108 0.058 < b < 0.388
$m{{b}_{{ISC}}} = 0.74M{{S}_{{MOS}}} + 1.49$	208	$\begin{gathered} 3.5 \leqslant M{{S}_{{MOS}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ 3.0 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.82	0.67	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{MOS}}}) = 0.52 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.41 \hfill \\ \end{gathered} $	0.657 < a < 0.831 1.094 < b < 1.871
$M{{S}_{{ISC}}} = 1.08M{{S}_{{IDC}}} - 0.25$	1223	$\begin{gathered} 2.6 \leqslant M{{S}_{{IDC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ 2.6 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.97	0.94	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{IDC}}}) = 0.47 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.51 \hfill \\ \end{gathered} $	1.027 < a < 1.132 –0.442 < b < –0.073
$M{{S}_{{ISC}}} = 1.01M{{S}_{{NEIC}}} - 0.05$	86	$\begin{gathered} 3.6 \leqslant M{{S}_{{NEIC}}} \leqslant 6.5 \hfill \\ 3.7 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.96	0.92	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{NEIC}}}) = 0.60 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.60 \hfill \\ \end{gathered} $	0.851 < a < 1.198 –0.924 < b < 0.691
$M{{S}_{{ISC}}} = 1.02M{{S}_{{MOS}}} + 0.01$	230	$\begin{gathered} 3.5 \leqslant M{{S}_{{MOS}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ 3.5 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.96	0.92	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{MOS}}}) = 0.53 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.54 \hfill \\ \end{gathered} $	0.912 < a < 1.134 0.508 < b < 0.476
$M{{S}_{{ISC}}} = 1.42M{{S}_{{BJI}}} - 2.63$	385	$\begin{gathered} 3.7 \leqslant M{{S}_{{BJI}}} \leqslant 7.0 \hfill \\ 3.0 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.83	0.69	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{BJI}}}) = 0.43 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.58 \hfill \\ \end{gathered} $	1.310 < a < 1.551 –3.240 < b < –2.075
$M{{S}_{{ISC}}} = 1.19M{{S}_{{EIDC}}} - 0.62$	291	$\begin{gathered} 2.7 \leqslant M{{S}_{{EIDC}}} \leqslant 6.0 \hfill \\ 2.4 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.1 \hfill \\ \end{gathered} $	0.93	0.86	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{EIDC}}}) = 0.50 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.59 \hfill \\ \end{gathered} $	1.080 < a < 1.307 –1.072 < b < –0.211
$M{{S}_{{ISC}}} = 0.86M{{S}_{{CSEM}}} + 0.86$	44	$\begin{gathered} 2.9 \leqslant M{{S}_{{CSEM}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ 2.9 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.95	0.89	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{CSEM}}}) = 0.85 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.74 \hfill \\ \end{gathered} $	0.727 < a < 1.023 0.202 < b < 1.434
$M{{S}_{{ISC}}} = 1.55m{{b}_{{NEIC}}} - 3.07$	941	$\begin{gathered} 2.9 \leqslant m{{b}_{{NEIC}}} \leqslant 6.6 \hfill \\ 2.4 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.75	0.56	$\begin{gathered} \sigma (m{{b}_{{NEIC}}}) = 0.41 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.57 \hfill \\ \end{gathered} $	1.471 < a < 1.632 –3.447 < b < –2.726
$M{{S}_{{ISC}}} = 1.67m{{b}_{{IDC}}} - 2.77$	897	$\begin{gathered} 2.6 \leqslant m{{b}_{{IDC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ 3.0 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 5.9 \hfill \\ \end{gathered} $	0.78	0.61	$\begin{gathered} \sigma (m{{b}_{{IDC}}}) = 0.36 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.54 \hfill \\ \end{gathered} $	1.571 < a < 1.771 –3.166 < b < –2.404
$M{{S}_{{ISC}}} = 0.69m{{b}_{{MOS}}} + 1.93$	642	$\begin{gathered} 3.7 \leqslant m{{b}_{{MOS}}} \leqslant 6.7 \hfill \\ 2.4 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.85	0.73	$\begin{gathered} \sigma (m{{b}_{{MOS}}}) = 0.59 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.44 \hfill \\ \end{gathered} $	0.653 < a < 0.743 1.749 < b < 2.109
	Международные и региональные сейсмологические Центры
$m{{b}_{{ISC}}} = 0.79m{{b}_{{NAO}}} + 1.05$	164	$\begin{gathered} 2.6 \leqslant m{{b}_{{NAO}}} \leqslant 6.2 \hfill \\ 3.4 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 5.9 \hfill \\ \end{gathered} $	0.80	0.65	$\begin{gathered} \sigma (m{{b}_{{NAO}}}) = 0.60 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.50 \hfill \\ \end{gathered} $	0.705 < a < 0.889 0.635 < b < 1.422
$m{{b}_{{ISC}}} = 0.94M{{L}_{{BER}}} + 1.19$	960	$\begin{gathered} 1.3 \leqslant M{{L}_{{BER}}} \leqslant 5.7 \hfill \\ 2.6 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.60	0.36	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{BER}}}) = 0.58 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.56 \hfill \\ \end{gathered} $	0.919 < a < 0.956 1.136 < b < 1.242
$m{{b}_{{ISC}}} = 1.45M{{L}_{{FCIAR}}} - 1.70$	219	$\begin{gathered} 2.6 \leqslant M{{L}_{{FCIAR}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ 2.8 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 5.5 \hfill \\ \end{gathered} $	0.55	0.30	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{FCIAR}}}) = 0.41 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.51 \hfill \\ \end{gathered} $	1.344 < a < 1.573 –2.163 < b < –1.276
$m{{b}_{{ISC}}} = 1.07M{{L}_{{HEL}}} + 0.01$	158	$\begin{gathered} 2.2 \leqslant M{{L}_{{HEL}}} \leqslant 5.2 \hfill \\ 2.6 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 5.7 \hfill \\ \end{gathered} $	0.52	0.27	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{HEL}}}) = 0.56 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.58 \hfill \\ \end{gathered} $	1.002 < a < 1.145 0.273 < b < 0.268
$m{{b}_{{ISC}}} = 1.02M{{L}_{{NAO}}} + 0.96$ (до 2009 г.)	436	$\begin{gathered} 1.8 \leqslant M{{L}_{{NAO}}} \leqslant 5.9 \hfill \\ 2.8 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 5.7 \hfill \\ \end{gathered} $	0.54	0.29	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{NAO}}}) = 0.54 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.55 \hfill \\ \end{gathered} $	1.003 < a < 1.031 0.924 < b < 1.004
$m{{b}_{{ISC}}} = 0.92M{{L}_{{NAO}}} + 0.44$ (после 2009 г.)	558	$\begin{gathered} 2.3 \leqslant M{{L}_{{NAO}}} \leqslant 5.9 \hfill \\ 2.8 \leqslant m{{b}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.76	0.57	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{NAO}}}) = 0.56 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{ISC}}}) = 0.53 \hfill \\ \end{gathered} $	0.872 < a < 0.980 0.231 < b < 0.631
$m{{b}_{{NEIC}}} = 0.59M{{L}_{{FCIAR}}} + 2.08$	131	$\begin{gathered} 2.9 \leqslant M{{L}_{{FCIAR}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ 4.0 \leqslant m{{b}_{{NEIC}}} \leqslant 5.6 \hfill \\ \end{gathered} $	0.61	0.38	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{FCIAR}}}) = 0.46 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{NEIC}}}) = 0.33 \hfill \\ \end{gathered} $	0.505 < a < 0.684 1.6967 < b < 2.426
$m{{b}_{{MOS}}} = 0.65M{{L}_{{FCIAR}}} + 2.03$	77	$\begin{gathered} 3.3 \leqslant M{{L}_{{FCIAR}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ 4.2 \leqslant m{{b}_{{MOS}}} \leqslant 5.8 \hfill \\ \end{gathered} $	0.72	0.52	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{FCIAR}}}) = 0.48 \hfill \\ \sigma (m{{b}_{{MOS}}}) = 0.35 \hfill \\ \end{gathered} $	0.521 < a < 0.788 1.426 < b < 2.567
$M{{S}_{{ISC}}} = 1.12M{{S}_{{BER}}} - 0.02$	31	$\begin{gathered} 2.4 \leqslant M{{S}_{{BER}}} \leqslant 5.9 \hfill \\ 3.0 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.1 \hfill \\ \end{gathered} $	0.72	0.52	$\begin{gathered} \sigma (M{{S}_{{BER}}}) = 0.66 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.72 \hfill \\ \end{gathered} $	1.012 < a < 1.244 –0.514 < b < 0.420
$M{{S}_{{ISC}}} = 0.94M{{L}_{{FCIAR}}} - 0.21$	158	$\begin{gathered} 2.9 \leqslant M{{L}_{{FCIAR}}} \leqslant 4.9 \hfill \\ 2.8 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 4.9 \hfill \\ \end{gathered} $	0.62	0.38	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{FCIAR}}}) = 0.38 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.37 \hfill \\ \end{gathered} $	0.830 < a < 1.069 –0.705 < b < 0.229
$M{{S}_{{MOS}}} = 1.11M{{L}_{{FCIAR}}} - 0.57$	21	$\begin{gathered} 3.7 \leqslant M{{L}_{{FCIAR}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ 3.5 \leqslant M{{S}_{{MOS}}} \leqslant 5.6 \hfill \\ \end{gathered} $	0.57	0.33	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{FCIAR}}}) = 0.55 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{MOS}}}) = 0.59 \hfill \\ \end{gathered} $	1.082 < a < 1.142 –0.703 < b < –0.434
$M{{S}_{{IDC}}} = 0.91M{{L}_{{FCIAR}}} - 0.06$	247	$\begin{gathered} 2.6 \leqslant M{{L}_{{FCIAR}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ 2.7 \leqslant M{{S}_{{IDC}}} \leqslant 5.6 \hfill \\ \end{gathered} $	0.61	0.37	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{FCIAR}}}) = 0.46 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{IDC}}}) = 0.43 \hfill \\ \end{gathered} $	0.830 < a < 0.988 –0.380 < b < 0.235
$M{{S}_{{ISC}}} = 1.09m{{b}_{{NAO}}} - 0.55$	140	$\begin{gathered} 3.0 \leqslant m{{b}_{{NAO}}} \leqslant 6.2 \hfill \\ 2.9 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.1 \hfill \\ \end{gathered} $	0.74	0.55	$\begin{gathered} \sigma (m{{b}_{{NAO}}}) = 0.58 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.62 \hfill \\ \end{gathered} $	0.983 < a < 1.199 –1.054 < b < –0.105
$M{{S}_{{ISC}}} = 0.54M{{L}_{{NAO}}} + 1.87$	532	$\begin{gathered} 2.0 \leqslant M{{L}_{{NAO}}} \leqslant 5.9 \hfill \\ 2.6 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.38	0.14	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{NAO}}}) = 0.72 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.56 \hfill \\ \end{gathered} $	0.472 < a < 0.611 1.639 < b < 2.098
$M{{S}_{{ISC}}} = 0.99M{{L}_{{BER}}} + 0.77$	553	$\begin{gathered} 1.3 \leqslant M{{L}_{{BER}}} \leqslant 5.7 \hfill \\ 2.6 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.4 \hfill \\ \end{gathered} $	0.66	0.43	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{BER}}}) = 0.61 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.60 \hfill \\ \end{gathered} $	0.960 < a < 1.024 0.669 < b < 0.862
$M{{S}_{{ISC}}} = 0.98M{{L}_{{HEL}}} + 0.06$	106	$\begin{gathered} 2.2 \leqslant M{{L}_{{HEL}}} \leqslant 5.2 \hfill \\ 2.8 \leqslant M{{S}_{{ISC}}} \leqslant 6.1 \hfill \\ \end{gathered} $	0.59	0.35	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{NAO}}}) = 0.58 \hfill \\ \sigma (M{{S}_{{ISC}}}) = 0.57 \hfill \\ \end{gathered} $	0.936 < a < 1.017 –0.099 < b < 0.217
	Региональные сейсмологические Центры
$M{{L}_{{FCIAR}}} = 0.88M{{L}_{{BER}}} + 1.40$	283	$\begin{gathered} 1.5 \leqslant M{{L}_{{BER}}} \leqslant 5.2 \hfill \\ 2.2 \leqslant M{{L}_{{FCIAR}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ \end{gathered} $	0.65	0.42	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{BER}}}) = 0.52 \hfill \\ \sigma (M{{L}_{{FCIAR}}}) = 0.48 \hfill \\ \end{gathered} $	0.816 < a < 0.946 1.238 < b < 1.558
$M{{L}_{{FCIAR}}} = 0.65M{{L}_{{NAO}}} + 1.58$ (после 2009 г.)	424	$\begin{gathered} 1.9 \leqslant M{{L}_{{NAO}}} \leqslant 5.8 \hfill \\ 2.0 \leqslant M{{L}_{{FCIAR}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ \end{gathered} $	0.67	0.44	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{NAO}}}) = 0.64 \hfill \\ \sigma (M{{L}_{{FCIAR}}}) = 0.48 \hfill \\ \end{gathered} $	0.616 < a < 0.690 1.464 < b < 1.694
$M{{L}_{{FCIAR}}} = 0.92M{{L}_{{KOLA}}} + 1.37$ (после 2011 г.)	298	$\begin{gathered} 1.3 \leqslant M{{L}_{{KOLA}}} \leqslant 4.4 \hfill \\ 2.3 \leqslant M{{L}_{{FCIAR}}} \leqslant 6.3 \hfill \\ \end{gathered} $	0.45	0.20	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{KOLA}}}) = 0.46 \hfill \\ \sigma (M{{L}_{{FCIAR}}}) = 0.45 \hfill \\ \end{gathered} $	0.909 < a < 0.937 1.336 < b < 1.405
$M{{L}_{{BER}}} = 1.22M{{L}_{{NAO}}} - 0.52$ (до 2009 г.)	1191	$\begin{gathered} 1.6 \leqslant M{{L}_{{NAO}}} \leqslant 5.9 \hfill \\ 0.9 \leqslant M{{L}_{{BER}}} \leqslant 5.7 \hfill \\ \end{gathered} $	0.74	0.54	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{NAO}}}) = 0.48 \hfill \\ \sigma (M{{L}_{{BER}}}) = 0.56 \hfill \\ \end{gathered} $	1.168 < a < 1.268 –0.656 < b < –0.399
$M{{L}_{{BER}}} = 0.70M{{L}_{{NAO}}} + 0.32$ (после 2009 г.)	1395	$\begin{gathered} 0.8 \leqslant M{{L}_{{NAO}}} \leqslant 5.9 \hfill \\ 0.8 \leqslant M{{L}_{{BER}}} \leqslant 5.7 \hfill \\ \end{gathered} $	0.73	0.52	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{NAO}}}) = 0.67 \hfill \\ \sigma (M{{L}_{{BER}}}) = 0.52 \hfill \\ \end{gathered} $	0.678 < a < 0.723 0.248 < b < 0.383
$M{{L}_{{NAO}}} = 1.60M{{L}_{{KOLA}}} - 0.90$ (после 2009)	198	$\begin{gathered} 1.4 \leqslant M{{L}_{{KOLA}}} \leqslant 3.8 \hfill \\ 1.9 \leqslant M{{L}_{{NAO}}} \leqslant 5.2 \hfill \\ \end{gathered} $	0.64	0.42	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{KOLA}}}) = 0.45 \hfill \\ \sigma (M{{L}_{{NAO}}}) = 0.61 \hfill \\ \end{gathered} $	1.466 < a < 1.754 –1.273 < b < –0.566
$M{{L}_{{BER}}} = 1.01M{{L}_{{KOLA}}} - 0.13$	108	$\begin{gathered} 1.7 \leqslant M{{L}_{{KOLA}}} \leqslant 3.7 \hfill \\ 1.5 \leqslant M{{L}_{{BER}}} \leqslant 3.6 \hfill \\ \end{gathered} $	0.87	0.75	$\begin{gathered} \sigma (M{{L}_{{KOLA}}}) = 0.42 \hfill \\ \sigma (M{{L}_{{BER}}}) = 0.43 \hfill \\ \end{gathered} $	0.853 < a < 1.198 –0.567 < b < 0.242

Полученные корреляционные соотношения между магнитудами разных типов, частично опубликованные в работе [Морозов и др., 2022], в совокупности с результатами подобных исследований в работах [Аветисов, 1996; Di Giacomo et al., 2015; Petrova, Gabsatarova, 2020], в целом позволяют создавать сводные унифицированные каталоги землетрясений отдельных районов Арктики за весь инструментальный период.

Совокупность технических решений по определению основных параметров землетрясений в западном секторе Российской Арктики и сравнение с ранее использованными подходами представлена в табл. 2.

Составление сводного предварительного каталога землетрясений для западного сектора Российской Арктики за период с начала XX века по 2020 г. производилось на основе данных из различных источников, представленных на рис. 3. Из предварительного каталога были исключены ядерные взрывы, произведенные на полигоне “Новая Земля”, на основе открытых баз данных по ядерным взрывам [Yang X. et al., 2003; Халтурин и др., 2005], а также все сейсмические события, произошедшие непосредственно в районах ядерного полигона.

Рис. 3.

Список использованных источников для поиска информации о землетрясениях, зарегистрированных в западном секторе Российской Арктики.

Для каждого землетрясения производился поиск времен вступлений в бюллетенях сейсмических станций, функционировавших в тот период времени. Для этого был произведен поиск бюллетеней и/или исходных цифровых данных сейсмических станций в источниках, указанных табл. 2. В итоговый каталог не включались землетрясения, вступления от которых регистрировались менее чем тремя станциями.

Из-за малого количества сейсмических станций и их удаленности для большинства землетрясений невозможно было надежно вычислить глубину очага. Поэтому для большей части землетрясений расчет координат эпицентров производился при определенной фиксированной глубине его очага. Землетрясения в районе исследования происходят в пределах земной коры. Однако очаг землетрясения не может располагаться выше некоторого H_min. Минимально возможная глубина очага землетрясений определялась из значений их магнитуд согласно формуле из работы [Ризниченко, 1979]:

Для низкомагнитудных землетрясений в районе зоны перехода “континент–океан” на севере шельфа Баренцева и Карского морей использовалась фиксированная глубина, равная 5 км. Для остальных землетрясений указан вычисленный алгоритмом программы NAS диапазон возможных глубин, а в скобках указана глубина, при которой значение рейтинговой функции, реализованной в алгоритме NAS, принимает максимальное значение. Для таких глубин и были вычислены координаты эпицентров.

В данной статье сведены и частично переработаны результаты многолетних исследований авторов по уточнению параметров арктических землетрясений для Баренцево-Карского региона за период с 1904 по 1989 гг. [Morozov et al., 2018; 2019], для архипелага Новая Земля с 1986 по 2014 гг. [Morozov et al., 2017], для архипелага Северная Земля и полуострова Таймыр с 1912 по 2020 гг. [Morozov et al., 2021] и для зоны перехода “континент–океан” в Евразийской Арктике с 2011 по 2020 гг. Некоторые районы шельфа Баренцева и Карского морей за период с 1990 по 2011 гг. не были охвачены авторами в предыдущих исследованиях. Поэтому данные по редким землетрясениям в этих районах были взяты из уточненного каталога ISC [International Seismological Centre, 2020].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Итоговыми результатами исследования являются два каталога (табл. 3, табл. 4). Первый каталог представляет собой непосредственно сводный уточненный и унифицированный каталог землетрясений для западного сектора Российской Арктики. Каталог содержит 125 землетрясений, зарегистрированных за период с 1908 по 2020 гг. В каталоге указаны параметры их гипоцентров и эллипсов ошибок, характеристики исходных данных и вычисленные и унифицированные магнитуды (табл. 3).

Второй каталог включает в себя землетрясения, которые в различных источниках отнесены к району исследования, но в процессе уточнения параметров очагов были приурочены к сейсмоактивным районам за пределами района исследования. Также землетрясения, для которых были обнаружены вступления сейсмических фаз на записях менее трех сейсмических станций, т.е. не соблюдалось требование к минимальному количеству станций. Во второй каталог также включены сейсмические события, которые с большой вероятностью имеют техногенную природу. В графе “Примечание” указаны причины нахождения каждого события в этом каталоге (табл. 4).

Второй каталог содержит 31 сейсмическое событие, среди них 19 землетрясений, эпицентры которых в разных источниках находились в пределах западного сектора Российской Арктики, но после процедуры уточнения были приурочены к сейсмоактивным районам за пределом западного сектора. В основном это районы хребта Гаккеля и архипелага Шпицберген. Для девяти землетрясений не обнаружено достаточного количества вступлений на сейсмических станциях. Для трех сейсмических событий 1974, 1978 и 1989 гг. в разделе “Примечание” указано, что они, вероятно, имеют техногенную природу. Уточненные эпицентры событий 1974 и 1978 гг. попадают в район полигона на архипелаге Новая Земля, а эпицентр события 1989 г. – в район крупного промышленного карьера на Кольском полуострове. Данный факт косвенно указывает на техногенный тип их источника.

Распределение количества землетрясений из уточненного каталога по годам представлено на рис. 4а. Отчетливо видно, что с начала ХХ в. и до 90-х годов регистрировались только единичные сейсмические события в пределах района исследования. В период с 1990 по 2000 гг., несмотря на экономический кризис в России, закрытие одних сейсмических станций компенсировалось открытием новых и модернизацией действующих сейсмических станций [Старовой, 2005; Маловичко и др., 2007; Виноградов и др., 2012]. Общее количество отечественных и зарубежных сейсмических станций в регионе увеличивалось. С этими процессами и связано увеличение в этот период количества зарегистрированных землетрясений в западном секторе Российской Арктики.

Рис. 4.

Распределение землетрясений из созданного сводного уточненного и унифицированного каталога землетрясений западного сектора Российской Арктики: (а) – по годам; (б) – по магнитудам mb, MS и ML; (в) – по унифицированной магнитуде mb; (г) – по унифицированной магнитуде MS.

Однако, более 60% всех землетрясений из каталога было зарегистрировано в период с 2012 по 2020 гг. Как уже отмечалось, в конце XX и в начале XXI века произошло существенное увеличение количества российских и зарубежных сейсмических станций в Евразийской Арктике, оснащенных современной высокочувствительной аппаратурой, что сказалось на уменьшении порога регистрации землетрясений для отдельных районов Арктики. В частности, с 2010 г. начинает развертываться арктическая часть Архангельской сейсмической сети (код сети AH, DOI: https://doi.org/10.7914/SN/AH), станции которой в настоящий момент функционируют на архипелагах Земля Франца-Иосифа, Северная Земля и побережье Карского моря. Активно развивалась сеть арктических станций Кольского филиала ФИЦ ЕГС РАН. Сотрудниками Центрального отделения ФИЦ ЕГС РАН в 2017 г. установлены три сейсмические станции по полуострове Ямал: Бованенково (BVNN), Сабетта (SBTT) и Харасавэй (HRSV) [Виноградов, Пятунин, 2017]. Сотрудникам Якутского филиала ФИЦ ЕГС РАН удалось модернизировать существующие и установить новые станции на севере Якутии, доведя их количество до уровня конца 80-х г.

Распределение по типам магнитуд и их значениям в зависимости от времени показано на рис. 4б. Для первой половины ХХ века землетрясения в каталоге оценены магнитудами MLH, которые приравниваются к значениям MS(MOS), вычисленным в ФИЦ ЕГС РАН [Расчет…, 2022], а значения MS(MOS), в свою очередь, практически аналогичны значениям MS(ISC), вычисленным в ISC [Petrova, Gabsatarova, 2020]. С конца 60-х годов землетрясения в каталоге оценены магнитудами mb(ISC). А с середины 90-х годов в связи с развитием региональных сетей преобладают магнитудные оценки ML.

Рисунок 4б хорошо иллюстрирует регистрационные возможности сейсмических станций, функционирующих в разные периоды времени. Практически до 90-х годов в пределах западного сектора Российской Арктики регистрировались только сильные землетрясения с магнитудами MS и mb не ниже 4.0. Начиная с 90-х г. регистрируются землетрясения с магнитудами ML не ниже 2.0. А после 2010 г., в связи со значительным увеличением количества стационарных сейсмических станций в регионе, землетрясения регистрируются с магнитудами ML не ниже 1.3.

В качестве унифицированной магнитуды в сводном каталоге выступают магнитуды mb(ISC) и MS(ISC) (рис. 4в, 4г). Значения унифицированной магнитуды mb(ISC) являются более предпочтительными для дальнейших использований, т.к. для значительной части землетрясений они уже были вычислены непосредственно по исходным данным, а при вычислении остальных значений использовалось меньшее количество соотношений с невысокими значениями коэффициента детерминации (R²). Однако, 45 определений унифицированной магнитуды mb(ISC) в итоговом каталоге были получены с использованием корреляционных соотношений с коэффициентом детерминации R² ниже 0.3, либо значения исходных магнитуд находились за пределом диапазона магнитуд, при котором были получены данные соотношения. Для унифицированной магнитуды MS(ISC) таких соотношений 57. Эти определения относятся в основном к низкомагнитудным землетрясениям, зарегистрированными в зоне перехода “континент–океан”. Эти определения отмечены звездочками в табл. 3 и рассматриваются как ненадежные.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В пределах западного сектора Российской Арктики наибольшая сейсмичность проявляется в пределах зоны перехода “континент–океан” и о. Белый, архипелагов Новая Земля и Северная Земля (рис. 5). Сам шельф Баренцева и Карского морей характеризуется редкой и рассеянной сейсмичностью. Также в район исследования попадают фрагменты сейсмичности полуострова Таймыр и севера Фенноскандии. Ниже приведен анализ сейсмичности для конкретных сейсмоактивных районов.

Рис. 5.

Батиметрическая (а) и тектоническая (б) по [Атлас…, 2004] карты с обозначением эпицентров землетрясений из созданного сводного уточненного и унифицированного каталога землетрясений западного сектора Российской Арктики. Цифрами на тектонической карте обозначены: 1 – поднятие Белый и Виктория; 2 – желоб Франц Виктория; 3 – желоб Святой Анны; 4 – желоб Воронина.

Зона перехода “континент–океан”

В пределах зоны перехода “континент–океан” зарегистрировано наибольшее количество землетрясений (более 70%) и самые сильные по магнитуде землетрясения. Землетрясение с магнитудой Mw(ISC) = 6.6, произошедшее 14 октября 1908 г., было сильнейшим в этом районе за весь период наблюдений. Эпицентр находился в устье грабена Франц-Виктория, западнее архипелага Земля Франца-Иосифа (рис 5б). 18 февраля 1948 г. в районе устья грабена Франц-Виктория произошло второе сильное землетрясение с магнитудой MLH = 6.3. В этом же году произошло еще два сильных землетрясения: 26 сентября с магнитудой MLH = 5.0 и 22 ноября с MLH = 5.2. Следующая активизация произошла 13 и 14 марта 1967 г., когда произошли два землетрясения с магнитудами MLH = 4.4 и 4.7. В дальнейшем в этом районе происходили землетрясения с магнитудами значительно меньшими, чем в первой половине ХХ в. (табл. 3). При этом большая часть землетрясений в пределах зоны перехода “континент–океан” была зарегистрирована в период с 2012 по 2020 гг., вследствие, как уже отмечалось, существенного увеличения количества российских и зарубежных сейсмических станций в Евразийской Арктике (рис. 6).

Рис. 6.

Распределение землетрясений по годам из созданного сводного уточненного и унифицированного каталога землетрясений для зоны перехода “континент–океан”.

Главной особенностью распределения эпицентров землетрясений зоны перехода “континент–океан” является ее неравномерность в пространстве. Прослеживается четкая приуроченность эпицентров к отрицательным морфоструктурам континентального склона – желобам (грабенам) и положительным – поднятиям (рис. 5б). Большая часть зарегистрированных землетрясений приходится на желобы Франц-Виктория и Св. Анны. В районе самих желобов эпицентры землетрясений также расположены неравномерно. Желоб Франц-Виктория является одним из основных (после архипелага Шпицберген) сейсмически активных районов в Баренцево-Карского регионе.

В районе желоба Франц-Виктория эпицентры землетрясений тяготеют к нескольким его частям. Большинство эпицентров располагаются в устьевой части грабена, непосредственно у континентального склона, и на границе грабена с поднятием Белый и Виктория, в его северной и южной частях. Сейсмическая активность наблюдается также в пределах самого восточного о. Белый архипелага Шпицберген, который также относится к поднятию Белый и Виктория. В частности, в районе о. Белый 30 января 2013 г. произошло землетрясение магнитудой ML(AH) = 3.4. После этого землетрясения в течение пяти часов было зарегистрировано шесть землетрясений, которые вероятнее всего являются его афтершоками. В пределах района исследования это одно из двух землетрясений в течение всего инструментального периода, для которого были зарегистрированы афтершоки.

Эпицентры землетрясений, зарегистрированных в районе желоба Св. Анны, также тяготеют к его широкой устьевой части в районе континентального подножия. Часть эпицентров слабых землетрясений располагаются напротив устьевой части желоба Святой Анны. Эпицентры землетрясений также приурочены и к центральной части желоба. Количество и магнитуда зарегистрированных землетрясений также может свидетельствовать о сейсмической активности желоба.

Западнее архипелага Северная Земля расположен желоб Воронина. Желоб характеризуется полным отсутствием зарегистрированных землетрясений, что является одной из особенностей в распределении эпицентров в пределах района исследования.

Из-за удаленности сейсмических станций не удалось надежно вычислить глубины очагов землетрясений в пределах зоны перехода “континент–океан”. Только для землетрясения 14 марта 1967 г. с mb(ISC) = 4.7 в пределах желоба Франц-Виктория вычислен диапазон возможных глубин от 0 до 36 км. Максимальное значение рейтинговой функции, реализованной в алгоритме NAS, приходится на глубину 4 км. Для остальных землетрясений принималось минимально возможное значение глубины в зависимости от магнитуды: от 3 до 12 км. Для низкомагнитудных землетрясений, зарегистрированных ближайшими станциями в период с 2011 по 2020 гг., принималось значение фиксированной глубины 5 км. Исходя из тектонических условий, с уверенностью можно говорить, что имеют место коровые землетрясения преимущественно в верхнем его слое [Morozov et al., 2018].

В пределах района исследования только для четырех землетрясений вычислены параметры механизма очага [Аветисов, 1996]. Для двух землетрясений, произошедших в пределах желоба Франц-Виктория 18 февраля и 22 ноября1948 гг., имеющиеся решения у разных авторов [Мишарина, 1967; Ассиновская, 1994] дали сдвиговый механизм. Но при хорошем совпадении положения нодальных плоскостей азимуты соответствующих осей напряжений отличаются почти на 90°, что заставляет предположить ошибку у одного из авторов. Для землетрясения, произошедшего также в пределах желоба 14.03.1967 г., по трем определениям [Мишарина, 1967; Ассиновская, 1994; Аветисов, 1996] совпадение результатов достаточно удовлетворительное. Получен сдвиговый или сбросово-сдвиговый механизм с широтно ориентированной осью растяжения.

Рассмотренные особенности пространственного распределения землетрясений представляют определенный научный интерес. Во-первых, в силу географических и климатических условий, рассматриваемый регион до сих пор остается сейсмически слабо изученным. Во-вторых, полученные данные совместно с имеющейся геофизической информацией позволяют по-новому взглянуть на геодинамику региона. В работе [Morozov et al., 2018], обобщающей имеющиеся геофизические, геотектонические и полученные сейсмические данные, сделано предположение, что превалирующим геодинамическим фактором, отвечающим за возникновение низкомагнитудных землетрясений в зоне перехода “континент–океан”, является изостатическая компенсация лавинного осадконакопления.

Архипелаг Новая Земля

Архипелаг Новая Земля – крупнейший в Российской Арктике – расположен в восточной части Баренцева моря (рис. 5а). Он включает в себя два крупных острова – Северный и Южный, которые разделены узким проливом Маточкин Шар (2–3 км) и множеством более мелких островов. До 1990 г. на архипелаге действовал ядерный полигон, поэтому большинство зарегистрированных сейсмических событий в регионе явились результатом функционирования полигона. На полигоне было проведено в общей сложности 130 ядерных испытаний в атмосфере, в воде и под землей [Халтурин и др., 2005].

Только одно сейсмическое событие, произошедшее 1 августа 1986 г. до прекращения функционирования полигона в 1990 г., относят к землетрясениям. В работе [Marshall et al., 1989] по наличию четких вступлений глубинных фаз и вычисленной глубине очага в 24 км делается предположение о тектонической природе данного событий. Однако однозначного мнения у сейсмологического сообщества по поводу природы этого событий нет.

После 1990 г. в пределах архипелага было зарегистрировано 14 землетрясений, для которых была проведена процедура уточнения (табл. 3). Три события, указанные в работе [Ringdal, 1997] и в бюллетене ISC, зарегистрированы и слоцированы по данным одной или двух сейсмических групп. Нам не удалось обнаружить дополнительные вступления на ближайших от этих событий сейсмических станциях. Поэтому нами эти события не рассматривались и перенесены в табл. 4 с примечанием о недостаточности данных для уточнения.

Большинство эпицентров располагается в пределах о. Северный, преимущественно в южной его части и вдоль западного побережья, и могут быть приурочены к субмеридиональным разломам (рис. 5б). Непосредственно к территории о. Южный относится лишь эпицентр события 1986 г., приуроченный к области пересечения субмеридиональных и субширотных разломов, имеющих четкое выражение в рельефе с амплитудой до 700 м и переходом от низкогорья к прибрежно-морской равнине [Аветисов, 1996]. Часть эпицентров располагается в акваториях Баренцева и Карского морей и приурочены к различным тектоническим структурам.

Значения магнитуд зарегистрированных землетрясений варьируют: для вычисленных mb от 3.1 до 4.7; для ML от 2.0 до 3.8. Унифицированная магнитуда mb(ISC) варьирует от 2.3 до 4.7. Самое сильное землетрясений с mb(ISC) = 4.7 произошло 11 октября 2010 г. Землетрясение, произошедшее 1 августа 1986 г., имеет близкую оценку магнитуды – mb(ISC) = 4.6.

Для большинства землетрясений в пределах архипелага удалось вычислить диапазоны возможных глубин (рис. 7; табл. 3). Для землетрясений, произошедших в пределах о. Северный, характерны глубины в нижнем слое коры. Землетрясения, произошедшие в районе о. Южный и в акваториях Баренцева и Карского морей, имеют диапазон возможных глубин в верхней части коры.

Рис. 7.

Диаграмма распределения глубин землетрясений, зарегистрированных в пределах архипелага Новая Земля.

Только для одного землетрясения, произошедшего 1 августа 1986 г., были вычислены параметры механизма очага в работе [Ассиновская, 1994]. Результаты характеризуются в работе как надежные. Был получен взбросовый механизм с субширотным горизонтальным сжатием.

ОСР-97

На рис. 8а представлена ЛДФ-модель фрагмента карты ОСР-97 с наложенными эпицентрами землетрясений и их эллипсами ошибок из созданного каталога (табл. 3). ЛДФ-модель для западного сектора Российской Арктики представлена большим количеством доменов разной площади и с максимально возможными магнитудами (MLH) землетрясений от 4.0 до 6.5. Модель ограничивается с севера в районе бровки континентального шельфа. Наибольшие значения максимальных магнитуд характерны для доменов на севере Баренцева и Карского морей, архипелагов Новая Земля и Северная Земля, и полуострова Таймыр. Сравнение параметров модели с инструментальными данными представлено в табл. 5. Можно сделать следующие выводы:

Рис. 8.

Фрагмент ЛДФ-модели карты ОСР-97 (а) и ОСР-2016(б).

Таблица 5.  

Сравнения параметров ЛДФ-моделей карт ОСР-97, -2016 с инструментальными данными из итогового каталога

Примечания: Зеленым цветом указаны домены, для которых не выявлены превышения значений M_max магнитудами зарегистрированных землетрясений. Соответственно, красным выделены домены, для которых такие превышения выявлены.

– т.к. ЛДФ-модель ограничивается бровкой континентального шельфа, то большое количество землетрясений, происходящих непосредственно в устьевых зонах желобов, у основания континентального склона и абиссальной равнине, не учитываются моделью;

– для землетрясений первой половины ХХ века характерно наличие больших по площади эллипсов ошибок. В результате эллипс может перекрывать участки нескольких доменов с разными значениями M_max;

– эпицентр самого сильного землетрясения 14 октября 1908 г. с MLH = 6.6, после процедуры уточнения его основных параметров [Morozov et al., 2019] сместился на запад в район устья желоба Франц-Виктория ближе к эпицентру другого сильного землетрясения 18 февраля 1948 г. с MLH = 6.3. Поэтому эпицентр, который ранее был приурочен к домену №7RUD0065 с максимальной магнитудой 6.5, в настоящее время находится в районе домена №7RUD0006 с максимальной магнитудой 5.0;

– эпицентр землетрясения 2 июня 1928 г. с MLH = 4.7 после процедуры уточнения сместился к устью желоба Святой Анны. Значение магнитуды землетрясения незначительно превышает значение максимальной магнитуды домена №7RUD0229 MLH = 4.5, располагающегося в районе желоба;

– магнитуды землетрясений в районе архипелага Новая Земля не превышают значений M_max доменов, но их глубины располагаются ниже глубин сейсмогенных слоев у соответствующих доменов;

– после процедуры уточнения эпицентр землетрясения 13 апреля 1912 г. с MLH = 5.2 из района архипелага Северная Земля был смещен к хребту Гаккеля. В результате значения магнитуд оставшихся землетрясений, зарегистрированных в пределах архипелага, значительно ниже M_max домена;

– для домена № 7RUD0245, располагающегося на шельфе Карского моря у побережья полуострова Таймыр, также выявлено незначительное превышение магнитуды единственного землетрясения MLH = 4.7 по сравнению с M_max = 4.5.

Можно предложить следующие рекомендации:

– Расширить ЛДФ-модель за пределы бровки континентального склона для учета сейсмичности, происходящей в устьевых зонах желобов, у основания континентального склона и абиссальной равнины.

– В районе устья желоба Франц-Виктория произошло два землетрясения с магнитудами 6.3 и 6.5. Поэтому необходимо изменить конфигурацию и увеличить площадь домена в районе устья желоба Франц-Виктория, характеризующегося M_max = 6.5.

– Необходимо изменить глубину сейсмогенного слоя для доменов, располагающихся в районе архипелага Новая Земля.

– Возможно необходимо понизить значения M_max для доменов архипелага Северная Земля и шельфа Баренцева и Карского морей.

Зоны ВОЗ [Аветисов и др., 2002]

На рис. 9 представлены зоны ВОЗ [Аветисов и др., 2002] с наложенными эпицентрами землетрясений и их эллипсами ошибок из созданного каталога. На карте представлены дизъюнктивные узлы, линеаменты и зоны-домены вне узлов и линеаментов. Зоны ВОЗ для западного сектора Российской Арктики представлены небольшими по площади участками с максимально возможными магнитудами (mb) землетрясений от 3.4 до 5.3. Сравнение параметров зон ВОЗ с инструментальными данными представлено в табл. 6. Можно сделать следующие выводы:

Рис. 9.

Фрагмент карты зон ВОЗ по работе [Аветисов и др., 2002].

Таблица 6.  

Сравнения параметров зон ВОЗ по работам [Ассиновская, 1993; Аветисов и др., 2002] с инструментальными данными из итогового каталога

Примечания: Зеленым цветом указаны зоны ВОЗ, для которых не выявлены превышения значений M_max магнитудами зарегистрированных землетрясений. Соответственно, красным выделены зоны ВОЗ, для которых такие превышения выявлены.

– карта зон ВОЗ не учитывает сейсмичности в районе о. Белый, желоба Святой Анны и континентального склона севернее и восточнее архипелага Земля Франца-Иосифа, а также на шельфе Баренцева и Карского морей;

– значения максимальных магнитуд для зон ВОЗ зоны перехода “континент–океан” и архипелага Северная Земля занижены по сравнению с магнитудами произошедших землетрясений;

– конфигурация зон ВОЗ в районе архипелага Новая Земля не соответствует распределению зарегистрированных землетрясений;

– в пределах зоны ВОЗ в районе архипелага Северная Земля не было зарегистрировано ни одного землетрясения. Здесь наблюдается только большое количество низкомагнитудных землетрясений, регистрируемых одной-двумя станциями и связываемых с деструкцией ледников [Антоновская и др., 2018].

Можно предложить следующие рекомендации:

– изменить конфигурацию и параметры зон ВОЗ в пределах континентального склона, архипелагов Новая Земля, Северная Земля и Земля Франца-Иосифа;

– добавить зоны ВОЗ в районе шельфа Баренцева и Карского морей.

Зоны ВОЗ [Ассиновская, 1994]

На рис. 10 представлены зоны ВОЗ [Ассиновская, 1994] с наложенными эпицентрами землетрясений и их эллипсами ошибок из итогового каталога. На карте представлены дизъюнктивные узлы, линеаменты и зоны-домены вне узлов и линеаментов. Зоны ВОЗ для западного сектора Российской Арктики ограничены только акваторией Баренцева моря и представлены большими по площади участками с максимально возможными магнитудами (mb) землетрясений до 5.7–5.9. Сравнения параметров зон ВОЗ с инструментальными данными представлено в табл. 6. Можно сделать следующие выводы:

Рис. 10.

Фрагмент карты зон ВОЗ по работе [Ассиновская, 1994].

– зоны ВОЗ ограничиваются бровкой континентального шельфа, поэтому большое количество землетрясений, происходящих севернее устья желоба Франц-Виктория, у основания континентального склона и абиссальной равнине, не учитывается;

– зоны ВОЗ района устья желоба Франц-Виктория, в котором произошло два самых сильных землетрясения 14 октября 1908 г. с mb = 6.3 и 18 февраля 1948 г. с mb = 6.2, имеют заниженные значения максимальной магнитуды;

– эпицентры зарегистрированных землетрясений в пределах архипелага Новая Земля располагаются в пределах субмеридиональных линеаментов. Однако некоторые линеаменты имеют заниженные оценки максимальных магнитуд по сравнению с магнитудами зарегистрированных землетрясений.

На основе описанных выше особенностей можно предложить следующие рекомендации:

– изменить параметры зон ВОЗ в пределах континентального склона, архипелагов Новая Земля и шельфа Баренцева моря;

– охватить зонами ВОЗ желоб Святой Анны восточнее архипелага Земля Франца-Иосифа, т.к. сейсмичность в районе желоба вносит свой вклад в сейсмическую опасность территории архипелага.

ВЫВОДЫ

В течение всего ХХ и начала ХХI веков развитие инструментальных наблюдений в Евразийской Арктике, частью которого является западный сектор Российской Арктики, проходило медленно и неравномерно как во времени, так и в пространстве. Особенности развития инструментальных наблюдений напрямую влияли на сейсмологическую изученность арктических территорий. В Евразийской Арктике, в основном, объектом исследования становились сейсмоактивные районы, такие как срединно-океанические хребты, архипелаг Шпицберген, шельф моря Лаптевых и полуостров Таймыр. Большой пласт исследований характерен для западной части Баренцево-Карского региона, которая имела хорошую инструментальную представительность практически в течение всего периода. Центральная и восточная части Баренцево-Карского региона, которые входят в западный сектор Российской Арктики, напротив, всегда имели слабую инструментальную представительность. Поэтому эти районы редко становились объектом исследования сейсмичности, за исключением архипелага Новая Земля с функционирующим до 1990 г. ядерным полигоном.

Малое количество стационарных сейсмических станций и их удаленность в пределах западного сектора Российской Арктики в течение практически всего ХХ в. не позволяло регистрировать низкомагнитудные землетрясения, изучение которых дает многое для выявления пространственно-временных вариаций сейсмичности и более правильного понимания связи ее с геологическим строением региона и развивающимися в его пределах геодинамическими процессами.

В ходе многолетних исследований по сведению, уточнению и унификации основных параметров зарегистрированных в пределах западного сектора Российской Арктики землетрясений, создан единый уточненный и унифицированный каталог землетрясений за период с 1908 по 2020 гг. Созданный каталог включает в себя данные о современной сейсмичности районов, ранее недоступных для детального сейсмического мониторинга, что позволило уточнить пространственное распределение землетрясений в регионе. В пределах западного сектора Российской Арктики наибольшая сейсмичность проявляется в пределах зоны перехода “континент–океан” и о. Белый, архипелагов Новая Земля и Северная Земля. Сам шельф Баренцева и Карского морей характеризуется редкой и рассеянной сейсмичностью. Также в район исследования попадают фрагменты сейсмичности полуострова Таймыр и севера Фенноскандии.

Было выполнено сравнение параметров ЛДФ-моделей, карт ОСР-97 и ОСР-2016 и зон ВОЗ из работ [Ассиновская, 1994; Аветисов и др., 2002] с инструментальными данными из итогового каталога. Конфигурация, значения максимально возможных магнитуд и глубина сейсмогенных слоев доменов ЛДФ-моделей и карт ОСР не всегда соответствует инструментальным данным, что требует их корректировки. Зоны ВОЗ, выявленные в работах [Ассиновская, 1993; Аветисов и др., 2002], также требуют уточнения их конфигурации и параметров.

Созданный сводный уточненный каталог землетрясений за весь инструментальный период для западного сектора Российской Арктики может служить основой для последующих исследований, связанных с оценкой сейсмической опасности территории, построением геодинамических моделей, исследованием напряженно-деформированного состояния земной коры.