Russian Journal of Earth Sciences Russian Journal of Earth Sciences Russian Journal of Earth Sciences 1681-1208 103044 10.2205/2025ES001086 pzkryz ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ ORIGINAL ARTICLES ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Prediction of the Location and Intensity of Strong Continental Earthquakes (Based on Mathematical Modeling Results) Прогноз места и интенсивности сильных континентальных землетрясений (по результатам математического моделирования) Морозов Владислав Николаевич Morozov Vladislav Nikolaevich v.morozov@gcras.ru

докторант технических наук;

doctoral candidate of technical sciences;

 https://orcid.org/0000-0001-7486-6104 Маневич Александр Ильич Manevich Aleksandr Ilyich ai.manevich@yandex.ru Геофизический центр Российской Академии Наук RU Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences RU Геофизический центр РАН Москва Россия Geophysical Center RAS Moscow Russian Federation НИТУ МИСиС Москва Россия NUST MISiS Moscow Russian Federation 30 12 2025 30 12 2025 25 6 ES6014 06 08 2025 17 11 2025 https://rjes.ru/en/nauka/article/103044/view

Приведены результаты математического моделирования напряжённо-деформированного состояния эпицентральных зон сильных континентальных землетрясений с 𝑀 > 6, которые дают новые возможности для определения места возникновения землетрясения, прогноза его интенсивности, предварительной оценки сотрясаемости «средних» грунтов (строительных площадок). На примере сильного землетрясения в Иране (район г. Бам) 26 декабря 2003 года 𝑀𝑤 6,6 приведены результаты ретроспективного прогноза места и протяженности возможного разрыва в очаге землетрясения, определения статического сейсмического момента 𝑀0. Сброс напряжений стимулирует разрядку накопленных тектонических напряжений в последующем афтершоковом процессе. Вычислена временная функция сейсмического момента 𝑀0(𝑡) (seismic moment rate), основанная на модели напряжённо-деформированного состояния разрыва (очага землетрясения). Представленные результаты дают возможность на стадии ретроспективного прогноза построить прогнозную карту изосейст и получить синтетические сейсмограммы и акселерограммы сильных коровых землетрясений.

The findings derived from mathematical modeling of the stress-strain state in the epicentral zones of significant continental earthquakes with 𝑀 > 6 present new avenues for determining the earthquake’s initiation point, predicting its intensity, and providing preliminary assessments of the shaking characteristics of “medium” soils typically found at construction sites. Utilizing the example of the substantial earthquake that occurred in Iran (specifically in the Bam region) on December 26, 2003, with a 𝑀𝑤 6.6, this study outlines the results of a retrospective analysis aimed at forecasting the potential location and extent of the rupture within the earthquake’s focus, as well as calculating the static seismic moment 𝑀0. The stress release associated with these events facilitates the dissipation of accumulated tectonic stresses during the subsequent aftershock sequences. Furthermore, a temporal function of the seismic moment rate 𝑀0(𝑡) has been derived based on a model reflecting the stress-strain state of the rupture. The results presented herein enable the construction of a predictive isoseismal map during the retrospective forecasting phase, along with the generation of synthetic seismograms and accelerograms for strong crustal earthquakes.

 коровые землетрясения моделирование разлом напряжённо-деформированное состояние сейсмическая опасность сейсмический момент Crustal earthquakes modeling fault stress-strain state seismic hazard seismic moment Работа выполнена в рамках государственного задания Геофизического центра РАН, утверждённого Минобрнауки России. В работе использовалось оборудование и материалы, предоставленные ЦКП «Аналитический центр геомагнитных данных» Геофизического центра РАН (http://ckp.gcras.ru/). Авторы выражают признательность рецензентам за комментарии и редактору журнала за тщательную проработку и улучшение текста статьи. This work was carried out within the framework of a state assignment for the Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences, approved by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation. Equipment and materials provided by the Geomagnetic Data Analytical Center of the Geophysical Center of the Russian Academy of Sciences (http://ckp.gcras.ru/) were used. The authors express their gratitude to the reviewers for their comments and to the editor of the journal for carefully reviewing and improving the manuscript.

Гвишиани А. Д., Фоменко Н. А. и Дзебоев Б. А. Нечёткие множества и большие данные в трёхмерной интерпретации сейсмического районирования // Вестник Российской академии наук. — 2024. — Т. 94, № 8. — С. 704—711. — https://doi.org/10.31857/s0869587324080026. Gvishiani A. D., Fomenko N. A. and Dzeboev B. A. Fuzzy Sets and Big Data in the Three-Dimensional Interpretation of Seismic Zoning // Vestnik Rossijskoj akademii nauk. — 2024. — Vol. 94, no. 8. — P. 704–711. — https://doi.org/10.31857/s0869587324080026. — (In Russian). Гольдин С. В. Дилатансия, переупаковка и землетрясения // Физика Земли. — 2004. — № 10. — С. 37—54. Goldin S. V. Dilatancy, Repacking, and Earthquakes // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. — 2004. — Vol. 40, no. 10. — P. 817–832. Динник А. Н. Устойчивость арок. — М. : ГОСТЕХИЗДАТ, 1946. — 128 с. Dinnik A. N. Stability of Arches. — Moscow : GOSTEKHIZDAT, 1946. — 128 p. — (In Russian). Забродин В. Ю., Рыбас О. В. и Гильманова Г. З. Разломная тектоника материковой части Дальнего востока России. — Владивосток : Дальнаука, 2015. — 132 с. Zabrodin V. Yu., Rybas O. V. and Gil’manova G. Z. Fault Tectonics of the Russian Far East Mainland. — Vladivostok : Dalnauka, 2015. — 132 p. — (In Russian). Завьялов А. Д. и Зотов О. Д. Новый способ определения характерного размера очаговой зоны // Вулканология и сейсмология. — 2021. — № 1. — С. 22—29. — https://doi.org/10.31857/s0203030621010065. Zavyalov A. D. and Zotov O. D. A New Way to Determine the Characteristic Size of the Source Zone // Journal of Volcanology and Seismology. — 2021. — Vol. 15, no. 1. — P. 19–25. — https://doi.org/10.1134/s0742046321010139. Завьялов А. Д., Морозов А. Н., Алёшин И. М. и др. Метод среднесрочного прогноза землетрясений «Карта ожидаемых землетрясений» (КОЗ): опыт использования и перспективы развития // Геофизические процессы и биосфера. — 2022. — Т. 21, № 2. — С. 114—131. — https://doi.org/10.21455/gpb2022.2-6. Zavyalov A. D., Morozov A. N., Aleshin I. M., et al. Medium-term earthquake forecast method "Map of expected earthquakes" (MEE): Results and prospects // Geophysical Processes and Biosphere. — 2022. — Vol. 21, no. 2. — P. 114–131. — https://doi.org/10.21455/gpb2022.2-6. — (In Russian). Кочарян Г. Г. Геомеханика разломов. — М. : ГЕОС, 2016. — 424 с. Kocharyan G. G. Geomechanics of Faults. — Moscow : GEOS, 2016. — 424 p. — (In Russian). Морозов В. Н. и Маневич А. И. Моделирование напряженно-деформированного состояния эпицентрального района землетрясения 13.03.1992 г., МS=6.8 (Турция) // Геофизические исследования. — 2018. — Т. 19, № 1. — С. 17—29. — https://doi.org/10.21455/gr2018.1-2. Morozov V. N. and Manevich A. I. Modeling stress-strain state in the epicentral zone of the earthquake 13.03.1992, MS =6.8 (Turkey) // Geophysical research. — 2018. — Vol. 19, no. 1. — P. 17–29. — https://doi.org/10.21455/gr2018.1-2. — (In Russian). Морозов В. Н., Татаринов В. Н., Колесников И. Ю. и др. Моделирование напряженно-деформированного состояния эпицентральной зоны сильного землетрясения в Иране (26 декабря 2003 г. Mw = 6.6) // Физика Земли. — 2018. — № 4. — С. 68—78. — https://doi.org/10.1134/S0002333718040087. Morozov V. N., Tatarinov V. N., Kolesnikov I. Yu., et al. Modeling the stress-strain state in the epicentral zone of a strong earthquake in Iran (December 26, 2003, MW = 6.6) // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. — 2018. — Vol. 54, no. 4. — P. 602–611. — https://doi.org/10.1134/S1069351318040080. Морозов В. Н., Татаринов В. Н., Колесников И. Ю. и др. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния эпицентральных зон сильных коровых землетрясений. — М. : РАН, Наука, 2024. — 244 с. Morozov V. N., Tatarinov V. N., Kolesnikov I. Yu., et al. Mathematical Modeling of the Stress-Strain State of Episentral Zones of Strong Crustal Earthquakes. — Moscow : RAN, Nauka, 2024. — 244 p. — (In Russian). Мячкин В. И., Костров Б. В., Соболев Г. А. и др. Лабораторные и теоретические исследования подготовки землетрясений // Известия АН СССР. Физика Земли. — 1974. — № 10. — С. 107—112. Myachkin V. I., Kostrov B. V., Sobolev G. A., et al. Laboratory and Theoretical Studies of Earthquake Preparation // Izvestiya, Academy of Sciences, USSR, Physics of the Solid Earth. — 1974. — No. 10. — P. 107–112. — (In Russian). Мячкин В. И., Костров Б. В., Соболев Г. А. и др. Основы физики очага и предвестники землетрясений // Физика очага землетрясений. — М. : Наука, 1975. — С. 6—29. Myachkin V. I., Kostrov B. V., Sobolev G. A., et al. Fundamentals of Source Physics and Earthquake Precursors // Physics of the Earthquake Source. — Moscow : Nauka, 1975. — P. 6–29. — (In Russian). Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР с древнейших времен до 1975 г. / под ред. Н. В. Кондорской и Н. В. Шебалина. — М. : Наука, 1977. — 536 с. New Catalog of Strong Earthquakes in the USSR from Ancient Times to 1975 / ed. by N. V. Kondorskaya and N. V. Shebalin. — Moscow : Nauka, 1977. — 536 p. — (In Russian). Ризниченко Ю. В. Размеры очага корового землетрясения и сейсмический момент // Исследования по физике землетрясений. — М. : Наука, 1976. — С. 9—27. Riznichenko Yu. V. Dimensions of the Crustal Earthquake Source and Seismic Moment // Studies in Earthquake Physics. — Moscow : Nauka, 1976. — P. 9–27. — (In Russian). Соболев Г. А. Сейсмический шум. — М. : Наука и образование, 2014. — 271 с. Sobolev G. A. Seismic Noise. — Moscow : Nauka i Obrazovanie, 2014. — 271 p. — (In Russian). Соболев Г. А. Модель лавинно-неустойчивого трещинообразования – ЛНТ // Физика Земли. — 2019. — № 1. — С. 166—179. — https://doi.org/10.31857/s0002-333720191166-179. Sobolev G. A. Avalanche Unstable Fracturing Formation Model // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. — 2019. — Vol. 55, no. 1. — P. 138–151. — https://doi.org/10.1134/s1069351319010117. Соболев Г. А. и Пономарев А. В. Динамика разрушения моделей геологической среды при триггерном влиянии жидкости // Физика Земли. — 2011. — № 10. — С. 48—63. Sobolev G. A. and Ponomarev A. V. Dynamics of fluid-triggered fracturing in the models of a geological medium // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. — 2011. — Vol. 47, no. 10. — P. 902–918. — https://doi.org/10.1134/s1069351311100119. Хачиян Е. Е. и Левонян Л. А. Метод прогнозирования синтетических сейсмограмм и акселерограмм различных грунтовых оснований при сильных землетрясениях // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. — 2018. — № 2. — С. 14—25. Khachiyan E. E. and Levonyan L. A. Method of predicting synthetic seismograms and accelerograms of various soil bases in strong earthquakes // Earthquake engineering. Constructions safety. — 2018. — No. 2. — P. 14–25. — (In Russian). Хачиян Э. Е. Прогнозирование синтетических сейсмограмм и акселерограмм сильных движений грунта при модели землетрясения как мгновенного разрыва земной коры // Вестник НИЦ «Строительство». — 2019. — 23(4). — С. 5—34. Khachiyan E. E. Prediction of synthetic seismograms and accelerograms of strong movements of the soil at the earthquake model as an instant rip of the Earth’s crust // Bulletin of Science and Research Center of Construction. — 2019. — 23(4). — P. 5–34. — (In Russian). Шебалин П. Н., Тихоцкий С. А. и Коваленко А. А. О совершенствовании подходов к сокращению ущерба от землетрясений // Вестник Российской академии наук. — 2024. — Т. 94, № 10. — С. 900—909. — https://doi.org/10.31857/s0869587324100046. Shebalin P. N., Tikhotsky S. A. and Kovalenko A. A. On improving approaches to reducing earthquake damage // Vestnik Rossijskoj akademii nauk. — 2024. — Vol. 94, no. 10. — P. 900–909. — https://doi.org/10.31857/s0869587324100046. — (In Russian). Шерман С. И., Борняков С. А. и Буддо В. Ю. Области динамического влияния разломов (результаты моделирования). — Новосибирск : Наука. Сибирское отделение, 1983. — 110 с. Sherman S. I., Bornyakov S. A. and Buddo V. Yu. Regions of Dynamic Influence of Faults (Modeling Results). — Novosibirsk : Nauka. Siberian Branch, 1983. — 110 p. — (In Russian). Allamehzadeh M., Dezvareh M., Farahbod A. M., et al. Seismological Aspects of the 2003 Bam, Iran, Earthquake and Its Aftershock Analysis // Earthquake Spectra. — 2005. — Vol. 21, 1_suppl. — P. 101–112. — https://doi.org/10.1193/1.2098167. Allamehzadeh M., Dezvareh M., Farahbod A. M., et al. Seismological Aspects of the 2003 Bam, Iran, Earthquake and Its Aftershock Analysis // Earthquake Spectra. — 2005. — Vol. 21, 1_suppl. — P. 101–112. — https://doi.org/10.1193/1.2098167. Anderson D. L. and Witcomb J. H. The Dilatancy-diffusion model of earthquake prediction // Proceeding of the conference on tectonic problems of the San Andreas fault systems. — Stanford University Press, 1973. Anderson D. L. and Witcomb J. H. The Dilatancy-diffusion model of earthquake prediction // Proceeding of the conference on tectonic problems of the San Andreas fault systems. — Stanford University Press, 1973. Funning G. J., Parsons B., Wright T. J., et al. Surface displacements and source parameters of the 2003 Bam (Iran) earthquake from Envisat advanced synthetic aperture radar imagery // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. — 2005. — Vol. 110, B9. — https://doi.org/10.1029/2004jb003338. Funning G. J., Parsons B., Wright T. J., et al. Surface displacements and source parameters of the 2003 Bam (Iran) earthquake from Envisat advanced synthetic aperture radar imagery // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. — 2005. — Vol. 110, B9. — https://doi.org/10.1029/2004jb003338. Grosser H., Baumbach M., Berckhemer H., et al. The Erzincan (Turkey) Earthquake (M s 6.8) of March 13, 1992 and its Aftershock Sequence // Pure and Applied Geophysics. — 1998. — Vol. 152, no. 3. — P. 465–505. — https://doi.org/10.1007/s000240050163. Grosser H., Baumbach M., Berckhemer H., et al. The Erzincan (Turkey) Earthquake (M s 6.8) of March 13, 1992 and its Aftershock Sequence // Pure and Applied Geophysics. — 1998. — Vol. 152, no. 3. — P. 465–505. — https://doi.org/10.1007/s000240050163. Heidbach O., Rajabi M., Cui X., et al. The World Stress Map database release 2016: Crustal stress pattern across scales // Tectonophysics. — 2018. — Vol. 744. — P. 484–498. — https://doi.org/10.1016/j.tecto.2018.07.007. Heidbach O., Rajabi M., Cui X., et al. The World Stress Map database release 2016: Crustal stress pattern across scales // Tectonophysics. — 2018. — Vol. 744. — P. 484–498. — https://doi.org/10.1016/j.tecto.2018.07.007. Kanamori H. The energy release in great earthquakes // Journal of Geophysical Research. — 1977. — Vol. 82, no. 20. — P. 2981–2987. — https://doi.org/10.1029/jb082i020p02981. Kanamori H. The energy release in great earthquakes // Journal of Geophysical Research. — 1977. — Vol. 82, no. 20. — P. 2981–2987. — https://doi.org/10.1029/jb082i020p02981. Kanamori H. and Anderson L. Theoretical basis of some empirical relations in seismology // Bulletin of the Seismological Society of America. — 1975. — Vol. 65(5). — P. 1073–1095. — https://doi.org/10.1785/BSSA0650051073. Kanamori H. and Anderson L. Theoretical basis of some empirical relations in seismology // Bulletin of the Seismological Society of America. — 1975. — Vol. 65(5). — P. 1073–1095. — https://doi.org/10.1785/BSSA0650051073. Kanamori H. and Brodsky E. E. The physics of earthquakes // Reports on Progress in Physics. — 2004. — Vol. 67, no. 8. — P. 1429–1496. — https://doi.org/10.1088/0034-4885/67/8/r03. Kanamori H. and Brodsky E. E. The physics of earthquakes // Reports on Progress in Physics. — 2004. — Vol. 67, no. 8. — P. 1429–1496. — https://doi.org/10.1088/0034-4885/67/8/r03. Lukk A. A., Yunga S. L., Shevchenko V. I., et al. Earthquake focal mechanisms, deformation state, and seismotectonics of the Pamir-Tien Shan region, Central Asia // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. — 1995. — Vol. 100, B10. — P. 20321–20343. — https://doi.org/10.1029/95jb02158. Lukk A. A., Yunga S. L., Shevchenko V. I., et al. Earthquake focal mechanisms, deformation state, and seismotectonics of the Pamir-Tien Shan region, Central Asia // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. — 1995. — Vol. 100, B10. — P. 20321–20343. — https://doi.org/10.1029/95jb02158. Morozov V. N. and Manevich A. I. Seismotectonic Model of the Focal Zone of the November 25, 2016, Aketao Earthquake MW 6.6 (China) // Doklady Earth Sciences. — 2024. — Vol. 519, no. 2. — P. 2243–2251. — https://doi.org/10.1134/s1028334x24603675. Morozov V. N. and Manevich A. I. Seismotectonic Model of the Focal Zone of the November 25, 2016, Aketao Earthquake MW 6.6 (China) // Doklady Earth Sciences. — 2024. — Vol. 519, no. 2. — P. 2243–2251. — https://doi.org/10.1134/s1028334x24603675. Ramazi H. and Jigheh H. S. The Bam (Iran) Earthquake of December 26, 2003: From an engineering and seismological point of view // Journal of Asian Earth Sciences. — 2006. — Vol. 27, no. 5. — P. 576–584. — https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2005.05.009. Ramazi H. and Jigheh H. S. The Bam (Iran) Earthquake of December 26, 2003: From an engineering and seismological point of view // Journal of Asian Earth Sciences. — 2006. — Vol. 27, no. 5. — P. 576–584. — https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2005.05.009. Talebian M., Fielding E. J., Funning G. J., et al. The 2003 Bam (Iran) earthquake: Rupture of a blind strike-slip fault // Geophysical Research Letters. — 2004. — Vol. 31, no. 11. — https://doi.org/10.1029/2004gl020058. Talebian M., Fielding E. J., Funning G. J., et al. The 2003 Bam (Iran) earthquake: Rupture of a blind strike-slip fault // Geophysical Research Letters. — 2004. — Vol. 31, no. 11. — https://doi.org/10.1029/2004gl020058. Tatar M., Hatzfeld D., Moradi A. S., et al. The 2003 December 26 Bam earthquake (Iran),Mw6.6, aftershock sequence // Geophysical Journal International. — 2005. — Oct. — Vol. 163, no. 1. — P. 90–105. — https://doi.org/10.1111/j.1365-246x.2005.02639.x. Tatar M., Hatzfeld D., Moradi A. S., et al. The 2003 December 26 Bam earthquake (Iran),Mw6.6, aftershock sequence // Geophysical Journal International. — 2005. — Oct. — Vol. 163, no. 1. — P. 90–105. — https://doi.org/10.1111/j.1365-246x.2005.02639.x. Tibaldi A., Tsereteli N., Varazanashvili O., et al. Active stress field and fault kinematics of the Greater Caucasus // Journal of Asian Earth Sciences. — 2020. — Vol. 188. — P. 104108. — https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2019.104108. Tibaldi A., Tsereteli N., Varazanashvili O., et al. Active stress field and fault kinematics of the Greater Caucasus // Journal of Asian Earth Sciences. — 2020. — Vol. 188. — P. 104108. — https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2019.104108. Wells D. L. and Coppersmith K. J. New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement // Bulletin of the Seismological Society of America. — 1994. — Vol. 84, no. 4. — P. 974–1002. — https://doi.org/10.1785/bssa0840040974. Wells D. L. and Coppersmith K. J. New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement // Bulletin of the Seismological Society of America. — 1994. — Vol. 84, no. 4. — P. 974–1002. — https://doi.org/10.1785/bssa0840040974.