Earthquake source zone model and prediction of strong ground motion parameters
Authors: Эртелева О.О. , Аптикаев Ф.Ф. 
Published: December 2023

Прогноз количественных параметров сейсмического движения грунта, основанный на исследованиях сильных движений грунта – заключительная часть комплекса работ, по оценке сейсмической опасности любой территории. В то же время результаты исследований процессов генерации и распространения сейсмических волн в ближней зоне землетрясений имеют большое значение для физики очага землетрясения, являясь основой для построения адекватной модели очага и происходящих в нем процессов. Закономерности распространения сейсмического волнового поля выражаются в уравнениях связи параметров сейсмических колебаний с характеристиками очага и среды. Эти уравнения могут быть получены как исходя из теоретических положений, имеющихся в сегодняшней сейсмологической науке, так и из анализа накопленных данных по сильным движениям грунта. Не требует доказательства, что взаимопроникновение этих двух методов является наиболее плодотворным для развития научного прогресса. Тенденция последних десятилетий при разработке уравнений для прогноза параметров сильных движений грунта – выделение в волновом поле нескольких зон с различными зависимостями от параметров среды и очага. Прогнозные соотношения, получаемые с использованием такого метода, отличает уменьшение разброса оценок параметров колебаний и соответствие эмпирическим данным. При обработке статистических данных с использованием теории размерности и подобия установлено, что в поле сейсмических волн существуют подобные расстояния, на которых величины параметров колебаний подобны. Иными словами, существуют законы масштабирования параметров сейсмических движений грунта. Аналогичное утверждение можно найти и в теоретических работах, посвященных генерации сейсмических волн очагом землетрясения. Цель работы – используя теоретические положения о процессах в очаговой области, установить законы генерации и распространения параметров сильных движений грунта с учетом эмпирических данных, разработать модель очаговой области, не противоречащую эмпирическим данным, определить размеры очаговой области землетрясения. Методы исследования – статистический анализ эмпирических данных по сильным движениям грунта. Результаты работы – предложены уравнения затухания для амплитуд пиковых ускорений грунта в разломной, ближней и дальней зонах; прогнозные уравнения для преобладающих периодов и продолжительности колебаний сильных движений грунта; оценены размеры очаговой области землетрясения.

Prediction of quantitative parameters of seismic ground motion, based on studies of strong ground motion records, is the final part of the set of works on the seismic hazard assessment of any territory. At the same time, the results of studying the processes of seismic wave’s generation and propagation in the near zones of earthquakes are of great importance for the physics of the earthquake source, being the basis for constructing an adequate model of the source and the processes occurring in it. The regularities of propagation of a seismic wave field are expressed in the equations of connection between the parameters of seismic vibrations and the characteristics of the source and the medium. These equations can be obtained both from the theoretical positions available in today's seismological science, and from the analysis of accumulated data on strong ground motion records. It does not require proof that the interpenetration of these two methods is the most fruitful for the development of scientific progress. The trend of recent decades in the development of equations for predicting the parameters of strong ground motions is the identification of several zones in the wave field with different dependences on the parameters of the medium and source. The predictive ratios obtained using this method are distinguished by a decrease in the scatter of estimates of the fluctuation parameters and compliance with empirical data. When processing statistical data using the theory of dimension and similarity, it was found that in the field of seismic waves there are similar distances at which the values of the vibration parameters are similar. In other words, there are laws for scaling the parameters of seismic ground motion. A similar statement can be found in theoretical works devoted to the generation of seismic waves by an earthquake source. The aim of the work is – using theoretical provisions on processes in the source area, to establish the laws of generation and propagation of parameters of strong ground movements, taking into account empirical data, to develop a model of the source area that does not contradict empirical data, to determine the size of the earthquake source area. Research methods – statistical analysis of empirical data on strong ground motion. Results of the work – attenuation equations for the amplitudes of peak ground accelerations in the fault, near- and far-field zones are proposed; predictive equations for the prevailing periods and duration of vibration of strong ground motion; the sizes of the source area of the earthquake were estimated.