Банк данных

Введение. Банк арктических сейсмологических данных (АРС) является составной частью создаваемой во ВНИИОкеангеология единой системы банков геолого-геофизической информации по Арктике, Антарктике и Мировому океану. Указанная система разрабатывается на базе персональных компьютеров, что обеспечивает ее доступность и возможность повседневного использования.

Информацию об арктических землетрясениях поставляет достаточно широкий круг сейсмологических российских и зарубежных агентств, начиная от мощного Международного Сейсмологического Центра, освещающего весь Арктический регион, и кончая относительно мелкими региональными центрами, отвечающими за его отдельные области. Это обстоятельство приводит к существенной разнородности публикуемого материала, определяемой различием технических возможностей организаций, способов и приемов обработки и, что также весьма важно, форм представления информации. В связи с этим перед создателями АРСа стояла достаточно сложная задача обеспечения как предельной информационной полноты банка, так и максимально возможной унифицированности данных по форме и содержанию. Эта задача не решена, на наш взгляд, в Мировом Центре Данных Б, где приоритет отдан унифицированности представления информации в ущерб ее полноте.

Содержание и структура банка. АРС разделен на пять баз данных (каталогов): Генеральный, Арктическая Канада, Северная Якутия, Фенноскандия и Севморгео, количество которых при необходимости может быть легко увеличено. Подобное, на первый взгляд, судя по названиям, нелогичное подразделение обеспечивает наиболее оптимальное разграничение материала и по качеству проработки, и по регионам.

Построение статей в каждом из каталогов максимально возможно унифицировано, а имеющиеся отличия касаются информации об энергетических характеристиках землетрясений и фокальных механизмах.

Во всех каталогах указаны дата (месяц, число, год), время в очаге (часы, минуты, секунды), широта, долгота (западная с минусом), точность локализации эпицентра в км, глубина гипоцентра (где она известна), магнитуда или энергетический класс (где они определены), число зарегистрировавших станций и диапазон эпицентральных расстояний в км (где они известны), количество положительных (С) и отрицательных (D) знаков первых вступлений (для событий, зарегистрированных не менее чем 100 станциями или имеющих решения фокальных механизмов), все опубликованные макросейсмические данные и примечания.

Для любого землетрясения в АРС даны все имеющиеся по этому землетрясению определения магнитуды и энергетического класса, однако форма их представления разная. В каждом из каталогов, за исключением "Севморгео", для 5 - 6 наиболее часто используемых в данном каталоге модификаций магнитуд предусмотрены специальные окна; все другие значения указываются в "Примечаниях".

В каждом региональном каталоге представлены все землетрясения соответствующей площади независимо от источника информации, включая и события, попавшие в Генеральный каталог (в этом случае в "Примечании" стоит "ЕГ" есть в Генеральном).

Только в Генеральном каталоге приводится информация об имеющихся решениях фокальных механизмов. В других каталогах о наличии решения фокального механизма сообщается в "Примечании". В процессе создания АРСа авторами по стандартной методике [1] на ВЦ ОМЭ ИФЗ РАН проведены дополнительные определения и переопределения фокальных механизмов для нескольких десятков землетрясений. Частично эти данные уже опубликованы [2, 3].

Генеральный каталог начинается с 1908 года.

Основным источником информации по первое полугодие 1958 года включительно служил каталог Н.А. Линден [4]. Кроме него использовались каталоги J.H. Ноdgsоп еt al. [5], L.R. Sykes [6], Новый каталог ... [7]. При использовании любого из указанных источников, кроме каталога Н.А. Линден, в "Примечании" дается ссылка на источник.

Со второй половины 1958 года по 1963 год включительно основным источником информации служил каталог [6]. При использовании другого источника в "Примечании" дается ссылка на источник.

Начиная с 1964 года, Генеральный каталог базируется исключительно на определениях ISC (Международный Сейсмологический Центр МСЦ), благодаря чему вся имеющаяся в нем информация о землетрясениях унифицирована по методам и способам обработки исходных материалов.

Первоначально задумывалось, что Генеральный каталог будет охватывать регион в пределах Северного Полярного круга. В процессе работы стало очевидным, однако, что это географическое ограничение снизит ценность АРС, так как не даст возможности пользователю представить взаимосвязи сейсмоактивных зон Арктики и других регионов Земли. Кроме того, подобный подход заставит пользователей при картографическом представлении материалов ограничиваться только круглой формой графических приложений, так как в противном случае на картах появятся искусственно созданные зоны без землетрясений. Поэтому в Генеральный каталог были внесены данные по Центральной и Южной Аляске, северу Камчатки и Охотского моря, Командорским островам. Учитывая высокую сейсмическую активность указанных регионов, во избежание перегруженности арктической базы данных землетрясениями Тихоокеанского сейсмического пояса среди последних отбирались лишь достаточно сильные, зарегистрированные не менее чем 25 станциями. В результате Генеральный каталог включает в себя абсолютно всю полученную информацию о землетрясениях региона, ограниченного 65 градусом северной широты, и наиболее надежные данные о событиях южнее, но в рамках четырехугольного планшета с координатами угловых точек (широта, долгота): 1. 53, -32; 2.49,-115;3.53,162;4.57, 65 град.

Названия географических регионов в подавляющем большинстве случаев даны в соответствии со схемой Flinn, Engdahl and Нill [8]. Исключение составляет регион "Р-он Моря Лаптевых", в котором объединены следующие регионы из указанной схемы: "Около побережья Центральной Сибири", "Восточнее Северной Земли", "Море Лаптевых" и "Около северного побережья Восточной Сибири".

В окнах для магнитуды предусмотрено указание наиболее часто встречающихся в каталогах ISC определений МСЦ, Национального информационного центра по землетрясениям США (NEIC, ранее NEIS и USCGS) и Института физики Земли РАН (MOS) по продольным волнам на короткопериодных приборах и поверхностным волнам на вертикальной составляющей длиннопериодных приборов: mb(ISC), mb(NEIC), mb(MOS), Ms(ISC), Ms(NEIC) и Ms(MOS) соответственно.

Параметры фокальных механизмов представлены в унифицированном международном формате [9], к которому по возможности приводятся и решения, опубликованные до его введения. Указаны также автор и год определения, тип использованных материалов или способ определения, тип нарушения, качество определения (кроме решений методами тензора момента центроида ТМЦ и тензора момента ТМ), заимствованное у авторов решения или, при наличии информации, оцененное по количеству и равномерности распределения по квадрантам, а также числу несогласующихся знаков первых вступлений (эта информация также приводится), сейсмический момент (в основном для решений ТМЦ и ТМ). В качестве образца приводится распечатка непосредственно с экрана монитора компьютера фрагментов Генерального каталога. Курсор стоит на землетрясении 1 февраля 1980 года в море Лаптевых (см. рисунок).

Каталог "Арктическая Канада" включает землетрясения, начиная с 1912 года, в рамках шестиугольного планшета с координатами угловых точек (широта, долгота): 1. 64, -145; 2. 85, -145; 3.85, -55; 4. 60, -55; 5. 60, -130; 6. 64, -130 град.

Источниками информации по 1962 год включительно служили каталоги [4 - 6]. В каждом случае в "Примечании" дается ссылка на источник. С 1963 г. в качестве источников информации использованы сборники "Canadian earthquakes" за соответствующие годы и каталоги МСЦ. В последних используются данные по регионам 1, 2, 18, 19, 443, 444, 634, 635, 636, 675 - 682 [8].

Для подавляющего большинства канадских землетрясений в зависимости от их расположения, эпицентрального расстояния и длины периода волны Сейсмологической обсерваторией в Оттаве произведены определения магнитуды по одной из следующих региональных шкал: О. Наттли [10] для максимума Lg-волны на вертикальной составляющей короткопериодных приборов Мn(ОТТ) и С. Рихтера [11] для записей такими же приборами S- и Lg-волн МL(ОТТ). По землетрясениям Аляски приводится магнитуда ML, определяемая Центром по предупреждению о цунами в Палмере ML(PMR). Шесть специальных окон отведены этим трем модификациям магнитуд, а также mb(ISC), mb(NEIC) и Ms(NEIC).

Каталог "Северная Якутия" включает землетрясения, начиная с 1914 года, в рамках четырехугольного планшета с координатами угловых точек (широта, долгота): 1. 65, 105; 2. 75, 105; 3. 75, 150; 4. 65, 150 град.

Источниками информации по 1963 год включительно служили каталоги [4 - 7]. В каждом случае в "Примечании" дается ссылка на источник.

С 1964 года в качестве основного источника информации использованы сборники "Землетрясения в СССР" за соответствующие годы, а также каталоги МСЦ. В последних используются данные по регионам 654, 655, 667 - 670 [8].

Для подавляющего большинства землетрясений этого каталога определено только значение энергетического класса К, в связи с чем ему и отведено одно из пяти специальных окон для энергетических характеристик. Остальные четыре предназначены для mb(ISC), mb(MOS), Ms(ISC) и Ms(MOS).

Каталог "Фенноскандия" включает землетрясения, начиная с 1911 года, в рамках семиугольного планшета с координатами угловых точек (широта, долгота): 1. 62, 0; 2. 55, 4; 3. 55, 18; 4. 60, 30; 5. 66, 45; 6. 72, 36; 7. 72, 10 град.

Источниками информации по 1950 год включительно служили каталоги [4 -7, 12]. В каждом случае в "Примечании" дается ссылка на источник.

С 1951 года в качестве основных источников информации использованы каталоги Г.Д. Панасенко "Землетрясения Фенноскандии" (по 1985 год включительно) [13 - 16], сборники "Землетрясения в СССР" и каталоги МСЦ. В последних используются данные по регионам 534-537, 542, 642, 646, 721 - 724 [8].

Регистрация землетрясений Фенноскандии ведется целым рядом принадлежащих различным государствам сейсмических агентств, каждое из которых приводит собственные энергетические характеристики землетрясений, причем вклад того или иного агентства в это дело меняется с течением времени. Совершенно очевидно, что в этом регионе наиболее остро стоит вопрос об унификации магнитуд. В каталоге "Фенноскандия" в шесть специальных окон для энергетических характеристик. Помимо mb(ISC) и Ms(ISC) помещены определения Сейсмологической обсерватории в Бергене по длине (duration) записи Md(BER) и локальной шкале МL(BER), Сейсмологического института в Уппсале по локальной шкале МL(UPP) и данные Г.Д. Панасенко по дальности регистрации Md(APA).

Каталог "Севморгео" состоит, главным образом, из землетрясений, зарегистрированных экспедиционными станциями НИИГА-СЕВМОРГЕО. Подавляющее большинство из них не зафиксировано ни одной другой станцией Мировой или Региональной сети. Кроме того, в этот каталог включены несколько событий района Земли Франца-Иосифа, зарегистрированные только станцией "Хейс", данные по которым опубликованы в сборниках "Землетрясения в СССР".

Служебная информация включает в себя подробные сейсмологическое и системное описания АРС с разъяснением использованных условных обозначений, перечень географических районов, каталог всех как ныне действующих, так и когдалибо действовавших севернее 60 градуса северной широты отечественных и зарубежных сейсмических станций с указанием их кодов, координат, высоты над уровнем моря, периода работы и государственной принадлежности, список упоминаемых сейсмических агентств, в котором указаны их принадлежность и адреса, а также все использованные источники информации.

К служебной относится также информация о состоянии системы, т.е. о размере файлов баз данных и числе записей в них в данный момент.

Возможности системы управления банком данных (СУБД). Работа с банком данных осуществляется обычными средствами пользовательского интерфейса: выбором из меню и нажатием управляющих клавиш. Набор активных в данный момент управляющих клавиш постоянно указан в строке подсказки. Кроме того, в любом режиме ожидания возможен вызов описания системы.

Помимо естественных возможностей редактирования, удаления и ввода информации, СУБД реализует поиск данных по сложному критерию, составленному из условий, накладываемых на различные признаки землетрясения.

При построении критерия прежде всего определяется область поиска: весь банк или отдельный каталог. В пределах ее могут быть наложены условия на дату землетрясения, его координаты в пределах указанного "прямоугольника" на земной поверхности, максимальную точность определения координат, величину глубины очага и магнитуды, принадлежность к определенному географическому региону. Поиск может быть осуществлен также по любому слову или сочетанию знаков в примечании или описании макросейсмических данных. Поисковый критерий объединяет все заданные пользователем условия в смысле их одновременного выполнения. По любой полученной выборке представляется информация о числе землетрясений в выборке, десятичном логарифме этого числа и суммарной магнитуде всех выбранных землетрясений.

СУБД имеет средства вывода данных в текстовые файлы двух типов: таблица или поток. В файлах первого типа сведения о землетрясении данной выборки организованы в виде 1 - 3 таблиц: основные инструментальные данные, фокальные механизмы, макросейсмические данные. Первая из этих таблиц выводится всегда, вторая и третья по необходимости. В файлах второго типа каждому землетрясению отвечает текст с длиной строки не более 75 символов. Выведенные файлы могут быть скопированы в любой текстовый редактор, а далее либо распечатаны, либо преобразованы в любую форму, необходимую для ввода в другую систему, например картопостроительную.

СУБД банка данных дополнено утилитным пакетом программ, позволяющим по методу наименьших квадратов рассчитывать эмпирические линейные зависимости между различными определениями энергетических характеристик землетрясений (энергетическим классом, магнитудами) с указанием статистических характеристик зависимости (количества данных, среднеквадратической погрешности и коэффициента корреляции). Ввод энергетических характеристик осуществляется непосредственно из банка данных, причем возможна предварительная выборка информации по указанному выше поисковому критерию. Кроме того, предусмотрен также автономный ручной ввод любых других числовых параметров. Полученные зависимости визуализируются в аналитическом и графическом видах, могут быть выделены в отдельные файлы и распечатаны.

Заключение. Вопросам сейсмичности отдельных арктических регионов посвящено большое количество отечественных и зарубежных работ, однако до настоящего времени нет широкого обобщающего исследования, базирующегося на всей полноте имеющейся сейсмологической информации. Созданный во ВНИИОкеангеология Банк Арктических сейсмологических данных и задумывался как фактологическая основа такого обобщающего исследования. Заложенная в АРС информация и возможности программного обеспечения позволяют поставить и решить широкий круг вопросов, касающихся изучения режимов сейсмоактивных зон Арктики, их взаимосвязи, динамики литосферы, тектонической природы повышенной сейсмичности, оценки степени сейсмической опасности жилым и промышленным сооружениям. Использование АРСа уже осуществляется в тематических исследованиях ВНИИОкеангеология, в частности в процессе создания геолого-геофизического атласа Арктики.

В заключение авторы считают своим долгом выразить свою признательность математикупрограммисту Копыловой Е.В. за большой вклад в создание математического обеспечения банка данных.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аптекман Ж.Я., Желанкuна Т.С., Кейлuс-Борок В.И. и др. Массовое определение механизмов очагов землетрясений на ЭВМ // Теория и анализ сейсмологических наблюдений. Вычислительная сейсмология. М.: Наука, 1979. Вып. 12, С. 45 - 58.

2. Аветисов Г.П. Некоторые вопросы динамики литосферы моря Лаптевых // Физика Земли. 1993. № 5. С. 28 - 38.

3. Аветисов Г.П. Геодинамика сейсмоактивных зон Арктического региона // Отечественная геология. 1993. № 16. С. 52 - 62.

4. Лuнден Н.А. О карте сейсмичности Арктики // Сейсмические и гляциологические исследования в период МГГ. М.: Изд-во АН СССР. 1959. № 2. С. 7 - 17.

5. Hodgsoп JH. et al. Seismicity of the Arctic // Annals of the IGУ. 1965. V. 30. Р. 33 - 66.

6. Sykes L.R. The seismicity of the Arctic // Bu1l. Seismol. Soc. Аm. 1965. V. 55 . № 2. Р. 519 - 536.

7. Новый каталог сильных землетрясений на территории СССР (с древнейших времен до 1975 г.) / Под ред. Н.В. Кондорской, Н.В. Шебалина. М.: Наука, 1977. 535 с.

8. Fliпп ЕА., Eпgdahl E.R., Hill A.R. Seismic and geographica1 regionalization // Bu1letin of the Seismological Society of America. 1974. V. 64. Pt. П 771.

9. Аптекман Ж.Я., Захарова А.И., Кронрод Т.Л., Чепкунас Л.С. Представление данных о механизме очагов землетрясений. Введение международного формата // Землетрясения в СССР в 1985 году. М.: Наука, 1988. С. 11 - 14.

10. Nuttli O.W. Seismic wave attenuation and magnitude relations for eastern North America // Journal of Geophysical Research. 1973. V. 78. Р. 876 - 885.

11. Gutenberg В., Richter C.F. Earthquake magnitude, intensity, energy and acceleration (second paper) // Bu1letin of the Seismologica1 Society of America. 1956. V. 46. Р. 105 - 145.

12. Bath М. An earthquake catalogue for Fennoscandia for the year 1891 - 1950 // Sver. Gеоl. Unders. Arsbok. 1956. Ser. С. V. 545. № 1. 52 р.

13. Панасенко Г.Д. Землетрясения Фенноскандии 1951 - 1970 гг. М.: Изд. МГК АН СССР. 1977. 111 с.

14. Панасенко Г.Д. Землетрясения Фенноскандии 1971 - 1975 гг. М.: Изд. МГК АН СССР. 1979. 77 с.

15. Панасенко Г.Д. Землетрясения Фенноскандии 1976 - 1980 гг. М.: Изд. МГК АН СССР. 1986. 81 с.

16. Панасенко Г.Д. Землетрясения Фенноскандии 1981 - 1985 гг. М.: Изд. МГК АН СССР. 1991. 91 с.