seismicity _international workshop in vilnius, lithuania 2007

82

Upload: mukhamediev

Post on 08-Apr-2015

145 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

The workshop is devoted to the seismicity and seismological observations of the Baltic Searegion and adjacent territories: historical and present situation, installation of new seismicstations, processing and analysis of seismic data, seismic hazard assessment and riskmitigation.The major aim of the workshop is to disseminate and discuss the major seismicity relatedissues over the whole Baltic Sea region and the wide range of issues related to the lowseismicity regions, focusing on networking, monitoring, assessment of seismicity, datamanagement and scientific co‐operation.

TRANSCRIPT

Page 1: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007
Page 2: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007
Page 3: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SEISMICITY AND SEISMOLOGICAL OBSERVATIONS OF BALTIC SEA REGION AND ADJACENT TERRITORIES EXCURSION GUIDE

International Workshop

AND SEISMOLOGICAL OBSERVATIONS OF THE BALTIC SEA REGION AND ADJACENT TERRITORIES September 10–12, 2007 Vilnius, Lithuania

VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS Vilnius, 2007

SSSEEEIIISSSMMMIIICCCIIITTTYYY

Page 4: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222

International Workshop “Seismicity and seismological observations of  the Baltic Sea  region and  adjacent  territories”,  September  10–12,  2007,  Vilnius,  Lithuania:  Volume  of  abstracts / Compiled  by.  J. Lazauskienė,  J. Satkūnas;  International  Union  of  Geological  Sciences  (IUGS), International  Borders –  Geoenvironmental  Concerns  (IBC),  Lithuanian  Geological  Survey. – Vilnius: LGT, 2007. – 80 p.: iliustr.     Workshop is held under auspice of IUGS–GEM working group – International Borders – Geoenvironmental Concerns (IBC)  Organising Committee Chairman: Dr. Jonas Satkūnas, Lithuanian Geological Survey Secretary: Dr. Jurga Lazauskienė, Lithuanian Geological Survey Members: Dr. Jolanta Čyžienė, Lithuanian Geological Survey 

M. Sc. Andrius Pačėsa, Lithuanian Geological Survey  Advisory board Valērijs Ņikuļins, Latvian Environmental, Geological and Meteorological Agency, Riga, Latvia Prof. Dr. Habil. Saulius Šliaupa, Vilnius University, Vilnius, Lithuania  

Structure and aims of the workshop The workshop  is devoted  to  the seismicity and seismological observations of  the Baltic Sea region and adjacent  territories: historical and present  situation,  installation of new  seismic stations,  processing  and  analysis  of  seismic  data,  seismic  hazard  assessment  and  risk mitigation.  

The major aim of  the workshop  is  to disseminate and discuss  the major  seismicity  related issues  over  the whole  Baltic  Sea  region  and  the wide  range  of  issues  related  to  the  low seismicity  regions,  focusing  on  networking,  monitoring,  assessment  of  seismicity,  data management and scientific co‐operation.        

Compiled by: J. Lazauskienė, J. Satkūnas Layout: R. Norvaišienė Cover design: I. Virbickienė  Circulation: 50 copies      

© Lietuvos geologijos tarnyba, 2007   

Page 5: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333

CCOONNTTEENNTT DISCREPANCY IN LOCATION OF MACROSEISMICALLY AND INSTRUMENTALLY DERIVED EPICENTERS OF KALININGRAD, SEPTEMBER 21, 2004, EARTHQUAKE – FACTUAL DATA AND POSSIBLE EXPLANATIONS........................................................................................ 55 Aleshin A. S., Aptikaev F. F., Nikonov A. A., Pogrebchenko V. V. SEISMOLOGICAL OBSERVATIONS IN ESTONIA ................................................................ 88 All T. MODERN MICROSEISMIC OBSERVATIONS IN KALININGRAD REGION (TRACKING CONSEQUENCES OF 2004 EARTHQUAK) ...................................................................... 1100 Ambrosimov A.K., Kovachev S.A., Sivkov V.V. SEISMICITY AND SEISMIC OBSERVATIONS IN BELARUS ............................................... 1111 Aronov A.G., Aronova T.I., Kulich O.N. KALININGRAD EARTHQUAKE SEPTEMBER 21 2004 – TECTONIC MODEL...................... 1144 Assinovskaya B., Ovsov M., Zhamoida V., Shcherbakova N. THE NEW SWEDISH NATIONAL SEISMOLOGICAL NETWORK......................................... 1155 Bödvarsson R. NEW PERSPECTIVES OF MONITORING OF THE SEISMICITY OF GULF OF GDANSK AND ADJACENT AREAS......................................................................................................... 1166 Dębski W., Wiejacz P., Suchcicki J., Wiszniowski J. SOURCE PARAMETERS OF KALININGRAD EARTHQUAKES ............................................ 1177 Domański B., Dębski W. RECONSTRUCTION OF STRESS FIELDS IN ADJACENT REGIONS SEPARATED BY SEISMICALLY-ACTIVE FAULTS ...................................................................................... 1188 Galybin A. N., Mukhamediev Sh. A. CORRELATIONS OF MAGNITUDE AND FELT-AREA FOR EARTHQUAKES IN THE FENNOSCANDIAN SHIELD/EAST EUROPEAN PLATFORM ............................................... 2222 Gregersen S., Husebye E., Mantyniemi P. NORWEGIAN NATIONAL SEISMIC NETWORK RECORDING EVENTS IN THE BALTIC COUNTRIES.................................................................................................................. 2244 Havskov J. LITHUANIAN SEISMIC NETWORK – CURRENT STATUS AND PERSPECTIVES ................. 2288 Lazauskienė J. SELENA; A SOFTWARE FOR NEAR REAL-TIME DAMAGE ESTIMATION AND DAMAGE SCENARIOS .................................................................................................................. 3311 Lindholm, C. D., Molina S., Bungum H., Oye V. A 2-D SEISMIC SIGNAL DETECTOR FOR STAND ALONE 3-COMPONENT STATIONS ........ 3388 Matveeva T., Fedorenko Yu.V., Husebye E.S. THE KARELIAN REGIONAL SEISMIC NETWORK – THE COSSACK RANGER II SEISMOGRAPH 4433 Matveeva T., Fedorenko YU. V., Husebye E. S. AUTOMATIC P-CODA PHASES IDENTIFICATION USING BAYESIAN APPROACH............... 47 Matveeva T., Fedorenko Yu. V., Fedorenko M., Husebye E. S. SEISMIC RESISTANCE OF SYSTEMS AND ELEMENTS OF EXISTING IGNALINA NPP ON THE BASIS OF PERFORMED INVESTIGATIONS ..................................................................... 5511 Mereznikov A.

Page 6: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444

SEISMIC HAZARD OF TERRITORY OF LOCATION OF THE IGNALINA NUCLEAR POWER PLANT BY RESULTS OF COMPLEX RESEARCHES 1987–1988 OF THE LAST CENTURY... 5533 Mindel I.G., Trifonov B.A. APPROACH TO PARAMETRIZATION OF TECTONIC EARTHQUAKES WITHIN THE KALININGRAD DISTRICT, RUSSIA, BY MACROSEISMIC DATA ........................................ 5577 Nikonov A. A. KALININGRAD, SEPTEMBER 21, 2004, EARTHQUAKE IN THE EASTERN BALTIC AREA – BASIC MACROSEISMIC MAPS FOR THREE MAIN SHOCKS ............................................. 6600 Nikonov A.A., Pačėsa A., Aptikaev F.F., Nikulin V.G., Puura V., Aronov A.G. REGIONAL FEATURES OF SEISMOTECTONICS AND DEFORMATION OF EARTH CRUST OF BALTIC REGION............................................................................................................ 6633 Nikulin V. G. SEISMOLOGICAL OBSERVATIONS IN LITHUANIA........................................................... 6666 Pačėsa A. APPLICATION OF THE PROBABILISTIC APPROACH IN ASSESSMENT OF THE SEISMIC HAZARD OF THE BALTIC REGION ................................................................................. 6699 Pačėsa A., Šliaupa S. INSTRUMENTATION OF THE SEISMIC ALARM AND MONITORING SYSTEMS OF IGNALINA NUCLEAR POWER PLANT ............................................................................................. 7711 Razinkov O., Epp M., Kündig C., Davidiuk O., Narbuntas J. SEISMIC MONITORING OF AN UNDERGROUND NUCLEAR WASTE REPOSITORY AT OLKILUOTO, FINLAND .................................................................................................. 7744 Saari J. THE ROUTINE MICROEARTHQUAKE ANALYSIS PACKAGE IMPLEMENTED IN ICELAND (IMO) SND SWEDEN (SNSN, UU)................................................................................... 7766 Slunga R. REASSESSMENT OF THE DESIGN BASIS EARTHQUAKE FOR IGNALINA NPP, NE LITHUANIA 7777 Šliaupa S., Kačianauskas R., Markauskas D., Dundulis G. NORWEGIAN NATIONAL SEISMIC NETWORK REAL TIME MONITORING......................... 7799 Utheim T., Havskov J. THE SEISMOLOGICAL NETWORK IN DENMARK AND IN GREENLAND, EARTHQUAKE MONITORING AND APPLIED RESEARCH ....................................................................... 8800 Voss P.

Page 7: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555

DDDIIISSSCCCRRREEEPPPAAANNNCCCYYY    IIINNN    LLLOOOCCCAAATTTIIIOOONNN    OOOFFF    MMMAAACCCRRROOOSSSEEEIIISSSMMMIIICCCAAALLLLLLYYY    AAANNNDDD    IIINNNSSSTTTRRRUUUMMMEEENNNTTTAAALLLLLLYYY     DDDEEERRRIIIVVVEEEDDD    EEEPPPIIICCCEEENNNTTTEEERRRSSS    OOOFFF    KKKAAALLLIIINNNIIINNNGGGRRRAAADDD,,,   SSSEEEPPPTTTEEEMMMBBBEEERRR    222111,,,     222000000444,,,    EEEAAARRRTTTHHHQQQUUUAAAKKKEEE   –––     FFFAAACCCTTTUUUAAALLL    DDDAAATTTAAA    AAANNNDDD    PPPOOOSSSSSSIIIBBBLLLEEE   EEEXXXPPPLLLAAANNNAAATTTIIIOOONNNSSS   

Aleshin A. S., Aptikaev F. F., Nikonov A. A., Pogrebchenko V. V. IFZ RAS, Bol. Gruzinskaya, 10, Moscow, Russia; [email protected] 

A great number of articles  [1–4 and others] are dedicated  to examination of peculiarities of Kaliningrad  earthquakes on September 21, 2004. At  the  same  time  some problems  required more clarity. The most  important of them to our opinion  is discrepancy  in focal  locations by macroseismic  and  instrumental  data.  This  problem  is  important  from  the  point  of  view  of connection  of  tectonic  structures  with  the  focal  zones  of  recent  earthquake  and  also  the determination  of potential  earthquakes  zones. Examination  of  these discrepancies  and  their possible causes are the subject of this report. 

Macroseismic evaluations  Macroseismic  evaluations  of  focal  zones  of  each  of  main  shocks  of  Kaliningrad 

earthquakes 21.09.2004 may be made by the following collection maps analysis: 

– maps of intensity and isoseismals; – maps of sensitive oscillations directions; maps of directions and power sound;  – maps of inclines, objects and constructions fall directions. 

Conclusion about three main shocks epicenters locations is based on the following facts [1].  Maximal shaking zones of  three main shocks are  limited  towards  the  land on Sambia 

Peninsula but open toward the sea. Maximal isoseismals in each case are limited so that its main area  and  consequent  geometrical  centers  are  in  adjacent  aquatoria. Regular  incrimination  of intensity  shaking  toward  interior of Sambia Peninsula and general  correspondence of minor and maximal isoseismals make impossible localization of epicentral zones in Sambia Peninsula interior.  

The maximal  shaking  zones  stretching  out  are  in meridian  directions  along  Sambia Peninsula west coast by first and third shocks and sublatitude directions along Sambia Peninsula north  coast by  second  shock are  interpreted by well known  regularities as  consequence  focal zones  orientations. Maximal  isoseismal  contours  for  each  of  the  three  shocks determine  first possible  limits  of  localization  epicenters  and  second  determine  epicenters  localizations approximately some km from coast toward the sea.  

Geological data are important independent from macroseismic observations indication that Kaliningrad  earthquakes  21 09 2004  focal  zones  are under  sea bottom  along  the  Sambia Peninsula.  At  west  and  north  Sambia  Peninsula  massif  limits  are  first  of  all  remarkable morphological ledges by some tens meters height. No less important is that similar paralleled to the coast ledges are at adjacent bottom parts. This together with the fact of different heights of the tops of Paleogene and Neogene deposits of the land and the adjacent bottom show existence of modern  faults with no  less 10 meters amplitude  in coastal area. Such  facts were  found by marine seismoacoustical sounding along north and west coasts of Sambia Peninsula in 2–3 km 

Page 8: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666

from present coastal line. It is very probable that these faults were made active by Kaliningrad earthquakes 21 09 2004. 

On the contrary in the Sambia Peninsula limits by relief or geological features of faults zones those activating could be dated to the time of recent glacial epoch or later that is younger 25–20 thousand years do not exist.  

In general there is a number of macroseismic indicators about location of focal zones of Kaliningrad earthquakes 21 09 2004 in sea along north and west coasts of Sambia Peninsula.  

Instrumental evaluations Locations  of  three main  shocks  are  evaluated  by  seismic  wave  records  by  several 

seismological services:  European – Mediterranean Centre – EMSC;  National Earthquake Information Center of States Geological Survey – NEIC;  Geophysical Survey of Russian Academy of Science – GSRAS;  Institute of Geophysics of Poland – IGF. Both instrumental and macroseismic evaluations results are showed on the Figure.  

Figure. The instrumental and macroseismic evaluations of locations of Kaliningrad earthquakes on 

September 21, 2004 epicenters. 

First  that  should be  remarked  is  the  considerable  scattering  in particular by  the  first shock. Generally instrumental evaluation scattering is limited by the rectangle with sides up to 

Page 9: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777

40 km by longitude and 30 km by latitude which is remarkably more than precision given by corresponding  surveys.  Each  of  services may  possibly  use mean  square  data  derivation  as means of precision instrument not including systematic derivation. Partly this phenomenon is explained by the absence near epicentral zones of seismic stations. The nearest Suwalki station (Poland)  is  in  220 km distance  from  epicentral  zone. Utilization of different  time – distance curves IASPEI 91 and AK 135 gives remarkable difference in location even of the same shock. By this cause we consider unsuccessful that determination of epicenter location by probabilistic approach as that was made in article [2]. This probabilistic evaluation of epicenter location was accepted as general and figures in consequent works [3, 4] show more conformed picture.   

According to instrumental evaluations epicenters locations of Kaliningrad earthquakes 21.09.2004 are in the center of west part of Sambia Peninsula. This part of Sambia Peninsula has no macroseismic  features which are  in accordance with  instrumental evaluation of epicenter location. Moreover there are no geological (seismotectonic) structures that may be taken  into account as active and coordinate with discussed earthquakes.  

The reason of these sharp differences in Kaliningrad earthquakes 21 09 2004 epicenters locations  in  our  opinion  is  remarkable velocity  inhomogeneity  of  this  region which  reveals itself  as  consequence  of  geological  and  geomorphologic  difference  of  structure  (on  north‐west –  sea;  on  south‐east –  land)  and  complex  stress‐strain  conditions. These  circumstances cause important mistakes by using some whatever travel time model. Velocity models of this region, apparently, are different for different directions. 

In any case, the noted differences require further deeper investigations.  

RREEFFEERREENNCCEESS::  

1. Nikonov A.A., Aptikaev F.F., Aleshin A.S., Pogrebchenko V.V., Erteleva O.O., Assinovskaya B.A. The  investigation  of  the  Kaliningrad,  September  21,  2004,  earthquake  consequences  (in Russian) // http: //www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1‐2005/screp‐3.pdf 

2. Wiejacz P. 2004. Preliminary  investigation of  the September 21, 2004 earthquakes of Kaliningrad Region, Russia, Acta Geophys. Pol. 52, 425‐441

3. Маловичко А.А., Мехрюшев Д.Ю.,  Старовойт О.Е.,  Габсатарова И.П.,  Чепкунас Л.С.  О Калининградских  землетрясениях  21  сентября  2004  гю  и  развитии  сейсмического мониторинга  в  Калининградской  области //  Современные  методы  обработки  и интерпретации сейсмологических данных, Обнинск, 2006, стр. 88–97 

4. Gregersen, S., Mäntyniemi, P., Nikonov, A.A., Aptikaev, F.F., Aleshin, A.S., Assinovskaya, B.A., Pogrebchenko,  V.V.,  Guterch,  B.,  Nikulin,  V.,  Pacesa,  A., Wahlström,  R.,  Schweitzer,  J., Kulhánek, O., Holmquist, C., Heinloo, O., Puura, V., 2005, Felt reports at large distances of teh earthquakes  in  non‐seismic  Kaliningrad  in  West  Russia,  In:  The  Kaliningrad  earthquake September 21, 2004 workshop materials, A. Jõeleht (ed.), University of Tartu, 11–12 

Page 10: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

888

SSSEEEIIISSSMMMOOOLLLOOOGGGIIICCCAAALLL   OOOBBBSSSEEERRRVVVAAATTTIIIOOONNNSSS   IIINNN   EEESSSTTTOOONNNIIIAAA   

All T. Geological Survey of Estonia, Kadaka str. 82, 12618 Tallinn, ESTONIA e‐mail: [email protected] 

IInnttrroodduuccttiioonn  

In  Estonia  the  Seismic  Monitoring  Program  forms  a  subprogram  of  the  National Environmental Monitoring Program financed by the Ministry of the Environment, since 1996. The monitoring network  is  in the possession of the Geological Survey of Estonia (GSE) since 1994. The Estonian National Seismic Monitoring Network presently consists of three stations: Vasula, Suurupi and Matsalu. The Vasula station belongs also to the GEOFON network. 

NNeettwwoorrkk  ddeessccrriippttiioonn  Table  1  shows  basic  parameters  of  seismic  stations  of  the  National  Network  of  Seismic Stations – status in August 2007. The locations of the stations are given in Figure 1. 

The Vasula  Seismological  Station  belongs  to  the GEOFON  network  (http://www.gfz‐potsdam.de/geofon/).  Potsdam  Geoinvestigation  Center  (GeoForschungsZentrum,  Potsdam, GFZ) installed a Quanterra Q380 datalogger and STS‐2 seismometer in Tartu Old Astronomy Observatory  in  June  1996.  The  Seismological  Station was  included  to  the GEOFON‐project (GeoForschungsNetz) led by GFZ. International code of Tartu Seismological Station was TRTE. Because of  intensive background, disturbing  the  investigations  it was necessary  to remove  it outside of Tartu. The new location was selected to be in the nearby village Vasula (see Fig. 1). For now the observations are stopped at TRTE. On April 26, 2003 the STS‐2 seismometer with Earth Data digitizer and SeisComP PC was installed at Vasula. The Vasula station is registered under  international  code VSU  and  it  belongs  also  to  the GEOFON  network. The  station  is equipped with RDSL internet connection. The data are transformed in real time to the EGS and GEOFON DC. 

The  Suurupi  Seismological  Station  on  Suurupi  Peninsula  (Fig.  1) with  short‐period transducers of SM‐3  type was  initially oriented  to detect only weak  local seismic events. On August 19, 2003  the  station was hit by  lightning and was out of order until  spring 2005.  In April 2005 the Suurupi station was renovated and upgraded to the BB station. The station  is now  equipped  with  Güralp  CMG‐6T  transducer  and  Quanterra  Q380  data  logger.  RDSL internet connection was also established to transform the continuous WD in miniSEED format to the EGS DC and GEOFON DC.  

In August  2006  the  third monitoring  station was  installed  in western Estonia  at  the center of Matsalu National Park. The new station is named Matsalu and was registered under the international code MTSE. The station is equipped with Güralp CMG‐6T transducer, Earth Data digitizer and SeisComP PC and RDSL internet connection. 

Page 11: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

999

Figure 1. The location of Estonian seismological stations (VSU – Vasula seismological station, SRPE – 

Suurupi seismological station, MTSE – Matsalu seismological station)  

Table  1. Basic  parameters  of  existing  seismic  stations  of  the  Estonian National Network  of  Seismic Stations 

Name Code Latitude Longitude Seismometer DAS Sampling freq. Data transfer Data format

Vasula VSU 58°27'60'' 26°44’40’’ STS-2 SeisComP 100 Continuous, real time

mSEED

Suurupi SRPE 59°27'48'' 24°22'48'' CMG-6T SeisComP 100 Continuous, real time

mSEED

Matsalu MTSE CMG-6T SeisComP 100 Continius, real time

mSEED

DDaattaa  ssttoorraaggee,,  aarrcchhiivviinngg  aanndd  aavvaaiillaabbiilliittyy  In all stations the ComServ performs the data acquisition and recording. The SeedLink server is used to transfer the data in mSEED format to the GSE and GEOFON Data Centers. The data are  archived  in  both  locations.  The  data  about  earthquakes  are  recorded  also  at  IRIS (Incorporated Research  Institutions  for Seismology) DataCenter and are available  from  IRIS Data Sources. The online archive  in GSE was established  in December 2004. The Waveform data are available using the AutoDRM request. The AutoDRM address is [email protected] and a typical request‐mail looks like following: BEGIN     GSE2.0 TIME      2005/03/16 16:00:00 TO 2005/03/16 16:10:00 STA_LIST  TRTE,SRPE,VSU CHAN_LIST * WAVEFORM  SEED STATION   GSE2.0 CHANNEL   GSE2.0 OUTAGE    GSE2.0 EMAIL     [email protected] STOP 

The analysis of the seismic data is performed by Seismic Handler package. The results of seismogram interpretation and earthquake location are stored in databases and published in annual bulletins.  

Page 12: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

111000

MMMOOODDDEEERRRNNN    MMMIIICCCRRROOOSSSEEEIIISSSMMMIIICCC    OOOBBBSSSEEERRRVVVAAATTTIIIOOONNNSSS     IIINNN     KKKAAALLLIIINNNIIINNNGGGRRRAAADDD   RRREEEGGGIIIOOONNN    (((TTTRRRAAACCCKKKIIINNNGGG   CCCOOONNNSSSEEEQQQUUUEEENNNCCCEEESSS   OOOFFF   222000000444    EEEAAARRRTTTHHHQQQUUUAAAKKK)))   

Ambrosimov A.K., Kovachev S.A., Sivkov V.V. P. P. Shirshov Institute of Oceanology Russisan Akademy of Sciences, [email protected] 

At  the  end of November  2006 P.P. Shirshov  Institute of Oceanology  installed  self‐contained bottom seismic station (OBS) at the bottom of Gulf of Danzig in Baltic Sea. Present researches were  undertaken  for  studying  background  seismic activity  in  the  western  part  of the Kaliningrad Region. 

In accordance with maps of general seismic zonation of russian territory (OCP‐97) the Kaliningrad Region is considered as a seismic region. However in September 2004 the series of seismic events was taken place here with magnitudes about 5 and has foci, which were located near the coastline of Gulf of Danzig. Jarring of the main shock in epicenter of the earthquake crested about 7 on the rotten ground and crested about 5 in some districts of Kaliningrad. 

The placing of bottom seismograph was the first stage in studying local zone of a real earthquake. 

Bottom seismograph is a self‐contained device, which has three geophones transducers (one – vertical  and  two – horizontal), hydrophone receiver  and high‐cycle quartz  clock. The registration  of  the  information  in  this  device  is continually  conducted  on  the  flash‐card  in digital format. 

The seismograph was  installed up  in 10 km  from  the coastline and at depth  in 27 m. Registration of seismic events was taken in a period from December 2006 till February 2007. 

The previous data evaluation from this device let to locate series of teleseismic events with epicenter in Poland with magnitudes mb from 3.3 to 4.3. This series were outlaying from the  device more,  then  300 km.  For  another thing,  bottom  seismograph  for  3 months  of  it’s working checked  in about 20 very  low seismic events with magnitudes  (ML)  from 0.3  to 1.5, which, judging by differences in time of advent shear and longitudinal waves (S‐P), were taken place  on  distance  nearly  20–30 km  from  the  device.  These  low  seismic  events  could  be considered,  as micro  earthquakes  from  the  local  zone  of  the  strong  earthquake  in  2004  in the Kaliningrad Region.  

In May 2007 bottom‐dwelling seismograph was picked up, recharged and located back for the continuance the working. At the same time were located three land seismic stations. So, such network from scratch seismic stations in the Kaliningrad Region, consists of 4 registration points, which surrounded epicenter of sensible earthquake  in 2004, what  in  future allows  to determine  positions  of  epicenters  and  the depths  of  the micro  earthquake’s  focuses, which confined to a zone of the powerfull seismic event in 2004. 

Page 13: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

111111

SSSEEEIIISSSMMMIIICCCIIITTTYYY   AAANNNDDD   SSSEEEIIISSSMMMIIICCC   OOOBBBSSSEEERRRVVVAAATTTIIIOOONNNSSS   IIINNN    BBBEEELLLAAARRRUUUSSS    

Aronov A.G., Aronova T.I., Kulich O.N.  The Centre of Geophysical Monitoring of the National Academy of Sciences of Belarus, Kuprevich str, 7, Minsk, 220141, Republic of Belarus, e‐mail: [email protected]  

The territory of Belarus is situated in the west of the old East European Platform (EEP) which involves  the Baltic and Ukrainian  shields, Russian and Volyn‐Azov plates and  is  rated as a low‐magnitude  seismic  zone  according  to  the  seismotectonic  zoning  [1, 2].  Belarus  and  the Baltic  States  comprise  the  single  seismotectonic  region  described  by  the  similar  geological evolution and common recent geodynamic conditions. The region shows a rather low seismic activity,  however  some  seismic  events with  a magnitude M ≤ 4.5 were  recorded within  its limits.  Instrumental  seismic  observations  started  in  the  territory  of  Belarus  in  1965  at  the Pleshchenitsi geophysical observatory. At a  later  time  the seismic network development was associated with investigations of the seismic regime and the territory division into the seismic regions, the study of deep structure. 

Fig. 1.  Map  of  epicenters  of  seismic  events  in  the  territory  of  Belarus  within  1887–2007  (1 – 

earthquake magnitude; 2 –  capital of Belarus; 3 –  seismic  station; 4 –  town; 5 –  frontier; 6 – date of earthquake). 

Seismological monitoring within  the  studied  period was  carried  out  by  continuous observations  at  the  sites  as  follow:  geophysical  observatories  “Minsk”  (Pleshchenitsi), “Naroch” and seismic stations “Soligorsk”(local network), “Brest”, “Gomel”, “Glushkevichi”, “Mogilev”, “Polotsk” (local network) [3.5]. 

The seismicity of the territory of Belarus has recently received a thorough study. Full advantages were  taken  of  the  results  of  continuous  instrumental  observations  presented  in bulletins  of  seismic  stations  within  1965–2007.  When  the  data  available  in  seismological bulletins  of  the  seismic  stations  of Belarus were  analyzed  and  summarized,  a Catalogue  of Earthquakes of the territory of Belarus since 1887 till 2007 was compiled with a due regard for 

Page 14: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

111222

historical earthquakes  revealed. A  total of 1290 seismic events were  instrumentally  recorded and processed within  the  studied  territory,  for 1020 of  them  the epicenters were  located by coordinates. The Catalogue comprises 1024 seismic events with the magnitude M ≤ 4.5 among them  four  historical  earthquakes  in  1887,  1893,  1896,  1908  [3,  4,  6,  7].  The  Catalogue  of Earthquakes of Belarus of 1887–2007 was used the basis for the Map of Epicenters of seismic events in the territory of Belarus (see Fig. 1). The size of circles in the map corresponds to the earthquake magnitude values from 0.6 to 4.5. 

An analysis of the position of epicenters shows their uneven distribution in area [5, 8]. In  the northern part  of  the  territory  of Belarus  only  single  shocks were  recorded which  is, probably,  due  to  the  impossibility  to  determine  the  position  of many minor  earthquakes because  of  a  poor  resolution  of  seismic  observations,  on  the  one  hand,  and  a  low  seismic activity of  this  territory, on  the another hand. At  the same  time felt historical earthquakes of 1887, 1893, 1896, 1908 occurred just in the northern part of the studied region. On December 10, 1887 the magnitude – 3.7 took place struck the region of Borisov, the intensity in the epicenter was as high as 6. In some places of the Borisov district (Minsk province) underground roaring similar  to  thundering was heard. Window‐panes were broken  in many houses. For  the  first time  after  the  publication  in  the  XIX  century  the  present  paper  describes  two  historicfl earthquakes that occurred near Mogilev. The paper by I.V. Mushketov [9] presents eye‐witness accouts  of  the  about  events.  So,  the  first  earthquake  took  place  on  29  August,  1893  and measured 3.5 in magnitude and 5 in intensity and was described as follows: the first shock was shot, but strong, the secondary – not so strong, but more extended from northwest and lasted for no more than 6 seconds. An inspector of a school wrote in his report: the earthquake lasted for  several  seconds,  sitting  people  felt  chair  shaking,  heard  clatter  of  crockery  and  slight roaring oil  lamps on  the  table were shaking. To calculate  the magnitudes of  these events an equation  of  the  macroseismic  field  relating  the  earthquake  intensity  in  the  epicenter, magnitude MLH and focal depth was used. On 28 December, 1908 the earthquake measuring 4.5  in magnitude  took place at  the settlement of Gudogai  (Ostrovets district) and was  felt  in many nearby settlements. The shaking intensity at the farmstead of Serzhanti was as high as 7: violent roaring like thundering window‐panes jingling, land shaking, animals tumbling down and impression of falling house walls. A deep ditch running from the north to the southeast for a verst (3 500 feet) was formed there. The intensity of shaking at the village of Bystritsa was 5–6: noise  like  a  creaking  loaded  cart,  repeated  land  shakes, house  shaking  as  if  it  is moved, people awaked, a hand‐saw dropped down  in some places  land apectures. The magnitude – 2.5 earthquake occurred 2.8 km east of the settlement of Oreshkovichi (Velikoye Boloto stow) on  8  July,  1980.  The  earthquake  of magnitude –  2.5  took  place  10 km  east  of  the  town  of Ostrovets (Ostrovets district) near the forest belt and the Losha River on 27 February, 1987. The earthquake  of magnitude –  2.1  struck  the  forest  belt  2  km  southeast  of  the  settlement  of Kokhanovichi (Verkhnedvinsk district). Earthquake of magnitude of 1.1 and 0.8 occurred 2.8–3.4 km east of the Zhartsi settlement (bog‐forest massif) in the Polotsk district. The magnitude of  1.3  earthquake  took  place  southeast  of  the  Selniki  settlement  (forest  belt)  in  the  Polotsk district on 8 November, 2006. 

Earthquake  foci are numerous  in  the southern part of  the  territory of Belarus  [8]. All these  are  confined  to  a  zone  where  the  northwestern  part  of  the  Pripyat  Trough  and Belorussian  Anteclise  are  going.  Areas  of  rather  frequent minor  seismicity  cases  run  also northwards of this zone. The magnitude – 3.0 earthquake took place in the region of the Kulaki village  near  Soligorsk  on  10 May,  1978. The  earthquake  intensity  in  the  epicenter was  4‐5. Roaring and window‐pane jingling were heard, hanging things were swinging, furniture and 

Page 15: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

111333

floor on the ground floors of wooden buildings were squeaking. The drift roof of a mine of the potassium  group  of  mines  fell  down.  The  earthquake  of  magnitude –  2.8  occurred  on  1 December, 1983 3 km south of the settlement of Povstan and 40 km northeast of the town of Soligorsk. The intensity of shaking in the earthquake epicenter was 4‐5. Roaring and window‐pane jingling were heard, hanging things were swinging, floor and furniture were squeaking, fractures in building walls formed. The earthquake took place west of Glusk and 70–80 km east of  Soligorsk  on  17 October,  1985. The  land was  shaking,  hanging  things  swinging,  flowers shaking.  The  earthquake  of magnitude –  1.9  occurred  in  the  region  of  the  Pogost  village, Soligorsk district on 16 March, 1998. It was felt with the intensity of 4–5. The inhabitant of this region heard window‐pane  jingling,  floor  squeaking,  sleeping people  awake,  furniture was moving, doors opened spontaneously. These were fractures in the walls, somewhere Dutch tile dropped down. The  shaking  area was  1.5–2 km  in  radius. These  factors  are  indicative  of  a small depth of the event. It is supposed that this seismic event could cause a spontaneous lava collapse, which was responsible  together with  the main event for  the greatest  impart. A day later on 17 March, 1998 the magnitude – 0.8 event took place there and was accompanied by similar,  but  less  pronounced  sensations.  There  were  no  more  collapses  in  the  mine.  The earthquake of magnitude 2.5 occurred 2 km northwest of  the  settlement of Berezhtsi  (forest track), Zhitkovichi district on 16 May, 1999, and the magnitude 2.8 earthquake was recorded on  13 May,  2005  3 km west  of  the  settlement  of  Sergeyevichi  (forest‐bog massif), Maryina Gorka district. 

 

RREEFFEERREENNCCEESS::  

Aizberg R.Ie., Aronov A.G., Garetsky R.G., Karabanov A.K.,  Safronov O.N.  Lithosphere, Minsk, 1997, № 7, 5–17 ( in Russian). 

Aizberg  R.Ie.,  Garetsky  R.,  Aronov  A.,  Karabanov  A.K.,  Safronov  O.N.  Technika  roszukiwan geologisznych. Geosynoptika i geotermia. Krakow, 1999, XXXVIII ‐1(195), 28–37. 

Aronov A.G.,  Seroglasov R.R., Aronova  T.I.  Belarus  //  Earthquakes  in Northern  Eurasia  in  1997. Collection of Articles. Edit. Board: O.Ye. Starovoit (exec. edit) e al. Obninsk, 2003, 172‐180 (in Russian). 

Aronov A.G.,  Seroglasov R.R., Aronova  T.I.  Belarus  //  Earthquakes  in Northern  Eurasia  in  1998. Collection of Articles. Edit. Board: O.Ye. Starovoit (exec. edit) e al. Obninsk, 2004, 188–194 (in Russian). 

Aronov A.G., Seroglasov R.R., Aronova T.I. Seismicity of the territory of Belarus. In: Earthquakes and microseismicity  among  challenges  of  recent  geodynamic  of  the  East  European  Platform. Edited by N/V/ Sharov, A.A. Malovichko, Yu.K. Shukin. Book 1. Earthquakes. Petrozavodsk. Karelian Scientific Centre, RAS, 2007, 357–364 (in Russian). 

Aronov A.G.,  Seroglasov R.R., Aronova  T.I.  Belarus  //  Earthquakes  in Northern  Eurasia  in  1999. Collection of Articles. Edit. Board: O.Ye. Starovoit (exec. edit) e al. Obninsk, 2005, 200–203 (in Russian). 

Aronova T.I. Belarus  // Earthquakes  in Northern Eurasia  in 2000. Collection of Articles. Edit. Board: O.Ye. Starovoit 9exec. Edit) e al. Obninsk, 2006, 199–204 (in Russian). 

Aronova T.I. Peculiar manifestations of  seismotectonic processes  in  the  territory of Belarus. Minsk, Lithosphere, 2006, № 2(25), 103–110 (in Russian). 

Mushketov  I.V. Materials  for  the  study of  earthquakes  in Russia. Attachment  to  the vol. XXXV of Transaction  of  the  Imperial  Russian Geographical  Society.  St.‐Petersburg,  1899,  91–102  (in Russian). 

Page 16: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

111444

KKKAAALLLIIINNNIIINNNGGGRRRAAADDD     EEEAAARRRTTTHHHQQQUUUAAAKKKEEE    SSSEEEPPPTTTEEEMMMBBBEEERRR    222111     222000000444    –––     TTTEEECCCTTTOOONNNIIICCC    MMMOOODDDEEELLL        

Assinovskaya B1., Ovsov M2., Zhamoida V3., Shcherbakova N4.  1GAO RAS, Pulkovskoye sh., 65/1, Saint‐Petersburg, Russia, [email protected]  2GAO RAS, Pulkovskoye sh., 65/1, Saint‐Petersburg, Russia, [email protected]    3VSEGEI Sredni pr. 76, Saint‐Petersburg, Russia, [email protected] 4GAO RAS, Pulkovskoye sh., 65/1, Saint‐Petersburg, Russia, [email protected]   

The  Kaliningrad  event  source  parameters  are  rather  indefinably  due  to  known  objective reasons.  In  this connection, we  tried  to  find new data  to confirm earthquake source position proposed earlier. First, we have analyzed additional intensity evidences to compile alternative EMS  intensity map of both Kaliningrad events  source zones. Second, we  collected available data  of  some moderate  earthquakes  occurred  in  European  countries  and USA where well constructed local seismic networks operate. The relationships between intensity fields of these events  and  different  type  instrumental  positions  were  established  in  comparison  with Kaliningrad  earthquake  parameters.  Third, we  researched  all  published  regional  and  local geological  information  concerning  tectonics,  present‐day  activity  data,  deep  structure, potentional fields of the north‐western part of the Sambian Peninisula. Two kinds of modelling based on gravity and magnetic data were made. First of  them was a structural analysis  that allowed  us  to  suppose  that N–S  direction  basement  graben  structure  locates  close  to  the western  Sambia  in  the  Gdansk  Bay.  The  second  approach  was  a  profile  data  wavelet transformation. This profile had a latitudinal direction and passed trough possible source area. In  the result, at  least  three N‐S faults of different morphology from strike‐ slip up  to normal connected with  the basement and probably with deeper structures were  revealed. We  think that all Kaliningrad earthquakes occurred on one of these faults.  

Page 17: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

111555

TTTHHHEEE    NNNEEEWWW   SSSWWWEEEDDDIIISSSHHH   NNNAAATTTIIIOOONNNAAALLL    SSSEEEIIISSSMMMOOOLLLOOOGGGIIICCCAAALLL    NNNEEETTTWWWOOORRRKKK          

Bödvarsson R. Uppsala University; [email protected] 

Over  the  last  few years,  60 new, permanent, digital, broadband  seismological  stations have been deployed  in Sweden,  from Lannavara  in Lappland  in  the North  to Skåne  in  the South. The  network  operates  largely  automatically,  and  is  now  essentially  complete  in  terms  of number of stations. The primary objective of the network is to monitor local seismicity. With the  current  station  spacing of about 100 km,  completeness down  to magnitude 0  is assured within the network. This magnitude corresponds to very small movements, for example to a motion of 0.01 mm over a  fault area with a  radius of about 50 m. Several hundred Swedish earthquakes are detected every year. Only a few (5 to 10) of these are so large that they are felt by  people  living  close  to  the  epicentre. While  Sweden  is  a  low  seismicity  area,  the  high sensitivity  of  the  system  means  that  ongoing  deformation  processes  in  the  crust  can  be monitored  in detail. As a  larger data set  is gradually acquired,  it will also be possible  to use information from these events to elucidate structures within the Swedish crust. In addition, the network records signals from larger distant (teleseismic) earthquakes, and also regional events of sufficient magnitude. These data are analysed  to reveal details of  the structure within  the crust and upper mantle below the recording stations. 

Page 18: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

111666

NNNEEEWWW     PPPEEERRRSSSPPPEEECCCTTTIIIVVVEEESSS    OOOFFF    MMMOOONNNIIITTTOOORRRIIINNNGGG    OOOFFF    TTTHHHEEE     SSSEEEIIISSSMMMIIICCCIIITTTYYY    OOOFFF    GGGUUULLLFFF    OOOFFF   GGGDDDAAANNNSSSKKK   AAANNNDDD   AAADDDJJJAAACCCEEENNNTTT   AAARRREEEAAASSS   

Dębski W., Wiejacz P., Suchcicki J., Wiszniowski J. Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences, ul. Ksiecia Janusza 64, 01‐452 Warsaw, Poland; [email protected] 

 

AAbbssttrraacctt    

The occurrence of two relatively large (Mw = 5.0, 5.3) earthquakes that occurred on September 21, 2004 at the Sambia Peninsula (Kaliningrad region, Russia) has renewed an interests in the seismicity and seismic hazard of the region which always was considered to be very small and weak. Actually, some previous studies reveled a small seismic activity in the Gulf of Gdansk area. For example, such events were (and are) sporadically recorded by the closest station SUW or the CZAJ stations that operated between July 1997 and August 1999. However, the recorded events were very  small  (M< 3)  and  the  closest  seismic  stations  (or very powerful  array  like NORESS) where  too  far  away  to  assure  the  completeness  of  recording  seismicity.  For  this reason,  to have a better  insight  into seismicity of  the southern Baltic area an afford has been undertaken by IGF PAS  to establish a new seismic station  in  the area – on  the  tip of  the Hel Peninsula at the geophysical observatory of Polish Academy of Sciences. This attempt and the first  results are  shortly discussed  in  the  context of  the previous observation of  seismicity of northern Poland. 

Page 19: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

111777

SSSOOOUUURRRCCCEEE    PPPAAARRRAAAMMMEEETTTEEERRRSSS    OOOFFF   KKKAAALLLIIINNNIIINNNGGGRRRAAADDD   EEEAAARRRTTTHHHQQQUUUAAAKKKEEESSS    

Domański B. and Dębski W. Institute of Geophysics, Polish Academy of Sciences, ul. Ksiecia Janusza 64, 01‐452 Warsaw, Poland; [email protected]  

AAbbssttrraacctt    

Two surprising earthquakes hited the Sambia Peninsula (Kaliningrad region) on September 21, 2004. They were astonishing not only because of their occurrence, large magnitudes, almost no aftershock sequence  (only one recorded  instrumentally by  the closest SUW station), but also very particular characteristics revealed by  the spectral analysis of  the recorded seismograms. Both events were right‐lateral, deep earthquakes with very well visible complicated radiation pattern  and  surprisingly  large high  frequency  content  of  seismic  traces  recorded  by  station closed  to  the  rupture  plane  with  respect  to  the  classical  source  models  like  Brune  or Madariaga’s models. These two features explicit influence estimators of such parameters as, for example, magnitude  or  the  source  radius  calculated  for  a  single  station  and  cause  some scattering of obtained values. The interpretation of the high frequency content of some spectra is still not clear. One of the possible mechanism leading to so unexpected large high frequency part of the spectrum is hypothesis, that due to a complex geology in the source area a guideline is formed of dimensions appropriate for an efficient transporting the high frequency energy at large distances. An another possible explanation is a hypothesis on a complexity in the source generation process. Currently, with the available seismic data none of the hypothesis like that can not be easily ruled out.  

 

Page 20: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

111888

RRREEECCCOOONNNSSSTTTRRRUUUCCCTTTIIIOOONNN   OOOFFF   SSSTTTRRREEESSSSSS   FFFIIIEEELLLDDDSSS    IIINNN   AAADDDJJJAAACCCEEENNNTTT   RRREEEGGGIIIOOONNNSSS   SSSEEEPPPAAARRRAAATTTEEEDDD   BBBYYY   SSSEEEIIISSSMMMIIICCCAAALLLLLLYYY‐‐‐AAACCCTTTIIIVVVEEE   FFFAAAUUULLLTTTSSS        

Galybin A. N.1 and Mukhamediev Sh. A.2  1Wessex Institute of Technology, Ashurst, Southampton, SO40 7AA, UK; [email protected] 2Institute of Physics of the Earth, Bolʹshaya Gruzinskaya ul. 10, Moscow, 123995, Russia; [email protected] 

PRELIMINARIES. Identification of stress fields in the earth’s crust is an important problem of geophysics and  rock mechanics. The methods  for  in‐situ  stress measurements have  recently been reviewed in the Special Issue of the IJRMMS (see for instance, [1–3] and other papers in this issue). However most of these methods provide small scale measurements and therefore a sufficient  number  of  single measurements  is  required  for  reliable  transition  to  the  regional stress, which necessitates the development of adequate mathematical modelling. Conventional modelling is based on classical formulations of boundary value problems of elasticity.  In these approaches,  stress  fields  are  calculated  for  diverse  boundary  conditions  defined  on  the margins  of  the  region  in  order  to  fit  the  experimentally  observed  orientations  of  principal stresses inside the region, see, for instance, [4–6]. The drawbacks of such approaches have been discussed  by  Mukhamediev  et  al  [7]  who  also  suggested  three  alternative  methods  for determining  the elastic state of stress  in relatively stable blocks of  the  lithosphere. All of  the methods use, as input information, the experimental data on the stress orientations. The latter is mostly  obtained  from  the  analysis  of  seismic data. Thus,  the  current  2005  release  of  the World  Stress Map  database  [8]  contains  15,969  data  points  (mostly  on  stress  orientations), 10,619  of which  have  been  collected  from  earthquake  focal mechanisms.  The  other  stress indicators  include well  bore  breakouts  and  drilling  induced  fractures  (3365),  in‐situ  stress measurements  (overcoring  (611), hydraulic  fracturing  (349),  borehole  slotter  (33))  and  other methods. All data are quality ranked according [9] and the following quality categories have been  assigned: A  (6%), B  (7%), C  (62%), D  (16%  ), E  (7%). The highest quality  is A;  the A‐quality data are believed to record the orientation of stresses to within ±10°–15°, the B‐quality data to within ±15°–20°, and the C‐quality data to within ±25°. D‐quality data are questionable, E‐quality data  are not  reliable.  It  should be noted  that,  in general,  seismic data  is  of better quality than data obtained by the other methods. 

This paper presents a method for identification of elastic stresses in adjacent regions by employing  the data on stress orientations (principal directions of  the stress  tensor). Principal directions  on  both  sides  of  the  interface  between  the  domains  represent  two  boundary conditions, the other two are provided by assuming continuity of the stress vectors across the interface. The formulation does not require the knowledge of stress magnitudes, and therefore the  complete  stress  tensor  can  only  be  determined with  some  degree  of  arbitrariness.  For considered examples, the analysis shows that two real parameters remain undetermined in the complete  solution  for  stress  components. However maximum  shear  stress  (acting  in‐plane) contains one unknown multiplicative constant and the field of stress trajectories is unique. 

Many observations show that one of the principal directions is usually sub‐vertical [10]. This allows one  to  separate out‐of‐plane  and  in‐plane  stress  fields.  In many  cases  the  earth’s curvature can be neglected in the first approximation, which produces an error comparable with the errors due to data scattering. Therefore we further consider the in‐plane stress tensor that can 

Page 21: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

111999

be characterised by  three  independent components or by  two principal stresses σ1≥σ2, and  the principal direction, ϕ, which is the direction σ1 with respect to a reference coordinate system  

The  main  feature  of  the  data  is  that  stress  orientations  are  mostly  available  in  a relatively narrow zones associated with the region boundaries or major faults. This necessitates combining two approaches recently suggested in [11, 12] for solving elastic problems in which stress  orientations  are  known, while  stress magnitudes  remain  unknown  everywhere.  First approach  deals  with  the  boundary  value  problem,  BVP,  formulated  in  terms  of  stress orientations.  This  BVP  has  no  unique  solution  in  general  case,  however,  the  number  of independent solutions can be  identified from  the distribution of stress orientations along  the entire boundary. Then the total solution of the BVP  is constructed as a  linear combination of independent  solutions  and  hence  it  contains  several  arbitrary  real  constants.  The  arbitrary constants  cannot  be  identified  from  stress  orientations  alone but  they  can be determined  if stress magnitudes  are  known  at  some  locations.  Second  approach  is  applied when  stress orientations are known at discrete points located within the considered domain. In this case the problem does not belong to any type of BVPs and its solution is sough as a linear combination of basis  functions with unknown coefficients. These coefficients are determined by matching the observed and predicted data. In this paper this approach is applied to the case when two blocks of the  lithosphere are separated by the major fault. An example for the Sunda trench, which is the boundary between Indo‐Australian and Eurasia plates, is presented further.  

MATHEMATICAL MODEL. Formulation of plane boundary problems of elasticity in terms of  stresses  includes  two equations of equilibrium,  condition of  compatibility and  two boundary conditions posed on the entire contour of each considered region. For plane isotropic elastic domains,  the Kolosov‐Muskhelishvili solution given  in  terms of complex potentials  is valid (no body forces) 

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )zzzzzDizzzzP Ψ+Φ′==σ+σ−σ

Φ+Φ==σ+σ ,

2,,

2 1211222211   (1) 

Here  Φ(z)  and  Ψ(z)  are  holomorphic  functions  of  complex  variable z=x1+ix2; ( ) ( )zzDzzP ,,,   are  stress  functions  that  represent mean  stresses  and  stress  deviator respectively; the over‐bar stands for complex conjugate, thus   21 ixxz −= .  

Stress vector on a contour Γ is expressed as follows 

( ) ( ) ( ) ( ) Γ∈ζζ+ζ=ζζζ

+ζ ,iTNDddP   (2) 

Hereafter a single variable is used as the argument of a function in order to emphasize its boundary value. N and T are normal and shear components of the stress tensor on G. 

The following boundary conditions are accepted  

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Γ∈ζζ+ζ=ζ+ζ=⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ ζ −−++±ζϕ±

,,0Im 2 iTNiTNDe i   (3) 

Hereafter “±” denote  the boundary values obtained by approaching Γ  from different domains Ω± (domain Ω±  lies on the left (right) of the contour respectively). 

The mathematical  problem  consists  in  the  determination  of  complex  potentials  and stress functions by boundary conditions (3). As soon as potentials are found, the stress fields (i.e.,  stress  functions  and  stress  components)  in  both  exterior  and  interior  domains  can  be determined by formulas (1).  

It is proved [13] that this problem has solutions if and only if 2Κ≥0, where –2πΚ is the increment  of  )()( ζϕ−ζϕ −+   after  the  complete  traverse  of  Γ  in  positive  (counter‐clockwise) 

Page 22: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222000

direction.  The number of linearly independent solutions is 2Κ+1 and the general solution may include  up  to  4K+2  real  arbitrary  constants  that  are  free  parameters.  It  is  evident  that  the structure of data on stress orientations determines the number of free parameters that cannot be  identified  from  the analysis. These can only be  found  if additional  information  involving stress magnitudes is known at some locations.  

Following the methodology proposed earlier (see Galybin & Mukhamediev, 2004) we further reduce (3) to the following minimisation problem 

( ) )2(constrainwithmin,,Im 2 →⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ ϕ

jji zzDe j   (4) 

Here ϕj are principal directions at data points zj, symbol ||…|| stands for the Euclidian norm.  

Solution  for  stress  functions  is  sought  as  a  linear  combination  of  bi‐holomorphic functions qk(z) and harmonic functions pk(z) with unknown complex coefficients ck (k=1..n) as follows  

( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )

( )( )∑

+

±±±

⎟⎟

⎜⎜

⎛=⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛+==

38

02

121

,

,,,

,,,,,,n

k k

kk

zzp

zzqc

zzFzzF

zzaFbzzPzzaFzzD    (5) 

Substitution of (5) into (4) followed by the application of the collocation method results in a system of linear algebraic equations for the determination of 8n+4 unknowns c0…c8n+3. The system is, in general, overspecified, it has 8n+4 unknowns and the number of equations, N, is equal  to  N=N+  +N−  +NΓ+1,  where  N+  =number  of  data  in  Ω+;  N−=number  of  data  in  Ω− 

,NΓ=number of collocation points, ζm, on the contour. One more equation is added, it expresses the fact that the stress deviator cannot be found uniquely and it should be normalised in order to find non‐trivial solution of the system. Normalization is chosen such that the average value of D over all data is unity Therefore, the right‐hand sides for all equations (except for the last one) is zero bj=0, j=1…N‐1. Solution of the system is found by the least squares method. 

EXAMPLE. The Sunda trench that represents the boundary between Indo‐Australian, plate IAP, and Eurasian plate, EAP has been considered as the only boundary in the problem. Other boundaries have been excluded from the consideration because the data (shown in the left figure) demonstrate that the difference in stress orientations is not pronounced on the other boundaries. It has been found that among 167 data of A‐C quality 47 points lie within IAP and 120 in EAP. The number of collocation has been chosen the same NΓ=N=167. 

The  field of stress  trajectories  in  the  figure below acknowledges  the sharp change of stress  orientations  on  different  sides  of  the  Sunda  trench.  Trajectories  approach  the  trench almost perpendicular from EAP and tend to be parallel to  it in IAP. This indicates  low shear resistance along the trench. Maximum shear stresses are presented in the right figure together with epicentres of resent earthquakes. Analysis has shown that principal stresses σ1 and σ2 are closed to each other in the area adjacent to the Sunda trench (light zone in the figure). This is in accordance with the stress regime in this area. 

CLOSURE. This article presents a method for reconstruction of stress fields in adjacent regions separated by faults. The method suggests utilisation of seismic data for determination of  stress orientations  that are  further used as  input.  It  is  remarkable  that no  information on boundary stress magnitudes  is required, which allows for unique determination of the stress trajectories pattern, while  the  complete  recovered  stress  tensor may  contain up  to  two  free parameters. The example for the Sumatra region is in agreement with the characteristics of the ob‐served stress field. 

Page 23: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222111

Figure. Pattern of stress trajectories (left) and normalised maximum in‐pane shear stresses (right) near 

Sumatra (background map supplied by the WSM project). Asterisks indicate locations of resent earthquakes. 

 ACKNOWLEDGMENT. The work is partly supported by the Russian Foundation for 

Basic Research (grant No 06‐05‐65245) 

RREEFFEERREENNCCEESS::    Fairhurst C. 2003. Stress estimation in rock: a brief history and review. IJRMMS. 40: 957‐973.  Hudson JA, Cornet FH, & Christiansson R. 2003. ISRM Suggested Methods for rock stress estimation—

Part 1: Strategy for rock stress estimation. IJRMMS. 40: 991–998 Bérard T & Cornet FH. 2003. Evidence of thermally induced borehole elongation: a case study at Soultz, 

France. IJRMMS 40: 1121–1140. Cloetingh S. & Wortel R., 1986. Stress in the Indo‐Australian plate. Tectonophysics, 132: 46‐67. Coblentz D.D., Sandiford M., Richardson R.M., Zhou S. & Hillis R., 1995. The origins of the intraplate 

stress field in continental Australia. Earth Planet. Sci. Lett.,, 133, 299‐309. Zhang Y., Scheiber E., Ord A. & Hobbs B.E., 1996. Numerical modelling of crustal stresses in the eastern 

Australian passive margin. Aust. J. Earth Sci., 43: 161‐175. Mukhamediev, Sh.A., Galybin A.N. and Brady, B.H.G. 2006. Determination of  stress  fields  in  elastic 

lithosphere by methods based on stress orientations. IJRMMS 43 (1): 66‐88. Reinecker, J., Heidbach, O., Tingay, M., Sperner, B., & Müller, B. (2005): The release 2005 of the World 

Stress Map (available online at www.world‐stress‐map.org). Zoback, M. L. and Zoback, M. D. 1989. Tectonic stress  field of  the conterminous United States, Mem. 

Geol. Soc. Am. 172: 523‐539.  Zoback, M. L. et al. 1989. Global patterns of tectonic stress. Nature 341: 291‐298. Galybin, A.N. & Mukhamediev, Sh.A. 1999. Plane elastic boundary value problem posed on orientation 

of principal stresses, J. Mech. Phys. Solids. 47, 2381‐2409. Galybin, A.N. & Mukhamediev, Sh.A. 2004. Determination of elastic stresses from discrete data on stress 

orientations. Int.  Journal of Solids and Structures. 41 (18‐19), 5125‐5142. Galybin, A.N. & Mukhamediev, Sh.A. 2006. Integral equations for elastic problems posed  in principal 

directions:  application  for  adjacent domains.  In C. Brebbia  (ed.), Boundary Elements  28, WIT Press, Southampton, UK: 51‐60. 

Page 24: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222222

CCCOOORRRRRREEELLLAAATTTIIIOOONNNSSS     OOOFFF    MMMAAAGGGNNNIIITTTUUUDDDEEE     AAANNNDDD    FFFEEELLLTTT‐‐‐AAARRREEEAAA    FFFOOORRR    EEEAAARRRTTTHHHQQQUUUAAAKKKEEESSS     IIINNN    TTTHHHEEE    FFFEEENNNNNNOOOSSSCCCAAANNNDDDIIIAAANNN    SSSHHHIIIEEELLLDDD///EEEAAASSSTTT    EEEUUURRROOOPPPEEEAAANNN   PPPLLLAAATTTFFFOOORRRMMM    

Gregersen S.1, Husebye E.2, Mantyniemi P.3  1GEUS, Ostervoldgade 10, DK‐1350 Copenhagen K, Denmark, [email protected],  2University of Bergen, Norway  3University of Helsinki, Finland 

Magnitudes of historic, pre‐instrumental earthquakes are estimated from observed intensities and  felt  areas.  For  a  start,  a  basic  requirement  is  access  to macroseismic  and  instrumental observations for establishing meaningful correlations between modern digital magnitudes and felt areas for various intensity levels. This has to be established region by region. Commonly a log‐linear  relation  is  established  between  instrumental magnitudes  and  size  of  felt  area  for intensity level 3.   Here int3KaDS means:  intensity 3 in Kaliningrad, Denmark and Sweden and int3Nor means: intensity 3 in Norway. 

 

We test also for intensity 4 felt area as the macroseismic parameter.  

intensity 3

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4 5 6

magnitude mL

log

(are

a)

int3KaDSint3Nor

Page 25: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222333

intensity 4

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6

magnitude mL

log

(are

a)

int4KaDSint4Nor

Here int4KaDS means: intensity 4 in Kaliningrad, Denmark and Sweden and int4Nor means: intensity 4 in Norway. 

Recently we have established an  interactive graphic procedure for estimating sizes of 

felt areas. This procedure has been tested on recent earthquake observations in Scandinavia with 

satisfactory results. The set of data points has  just been extended, so that  judgement becomes better  for  larger magnitudes. New  important key points  in  the  correlation between modern digitally‐determined  magnitudes  and  felt  areas  have  namely  become  available  from  the Kaliningrad earthquakes  in 2004. They can be used  together with smaller events  to scale old earthquakes.  This  gives  improved  judgement  of  the  larger‐than‐usual  earthquakes  like  the Oslo earthquake 1904, which is very similar to the largest Kaliningrad earthquake 2004 of Lg‐wave magnitude 5.2. 

Page 26: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222444

NNNOOORRRWWWEEEGGGIIIAAANNN    NNNAAATTTIIIOOONNNAAALLL    SSSEEEIIISSSMMMIIICCC    NNNEEETTTWWWOOORRRKKK    RRREEECCCOOORRRDDDIIINNNGGG    EEEVVVEEENNNTTTSSS   IIINNN   TTTHHHEEE   BBBAAALLLTTTIIICCC   CCCOOOUUUNNNTTTRRRIIIEEESSS   

Havskov J. Department of Earth Science, University of Bergen, Allegaten 41, 5007 Bergen, Norway, [email protected] 

In Norway, the University of Bergen (UiB) operates the Norwegian National Seismic Network (NNSN) consisting of 29 seismic stations where 8 have broad band sensors and the rest short period  sensors. Nearly  all  stations  operate with  the  public  domain  software  SEISLOG  and SEISAN  developed  in  Bergen. NORSAR  operates  3  seismic  arrays  and  one  seismic  station (Figure 1). Data  from all  stations  in Norway and  some  stations  in  surrounding  countries are combined  to make  a  Scandinavian  earthquake  catalog with  special  emphasis  on Norwegian areas.  

Figure  1. Norwegian  seismic  stations. UiB operates  the  29  stations  in  the National Seismic Network 

(NNSN) and NORSAR operates the 3 arrays and the station JMIC. 

The  catalog  contains more  than 40000 events  for  the period 1800  to 2007  in  the area shown in Figure 1 (NNSN prime area). For 2006, 1934 events were located in the prime area, which also includes a few events (explosions) in the Baltic countries (Figure 2).  

Page 27: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222555

2500 of the 40000 events are in the Baltic area (Figure 3).The majority of Baltic events in the NNSN data base have been recorded only with the NORSAR and Finish arrays due to the large distance to the events and the emergent nature of the signals. The first events in our data base are from 1963 while the majority of the events are after 1990, when the integrated NNSN started  operation  and  integration with NORSAR  data was  improved.  It  seems  that NNSN without  the  Scandinavian  arrays  is  capable  to  record  events down  to magnitude  2.5  in  the Baltic countries although many larger events only are seen on the arrays, probably due to the emergent nature of the signals. 

Figure  2. Epicentre distribution  of  events  analyzed  and  located  in  2006. Earthquakes  are plotted 

with  grey  symbols  and  probable  and  known  explosions with whitecircles.  37%  of  the events were identified as probable or confirmed explosions. 

Page 28: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222666

Figure 3. Seismic events from the Baltic area as recorded by Norwegian stations. The time period is from 

1964 to 2006. 

From Figure 3,  the  clustering of events  in  the mining areas  is  clearly  seen. Probably most of the events are explosions and NNSN is trying to identify them by location and time of day  distribution.  Of  the  2500  events,  1934  were  identified  as  probable  explosion.  The remaining probable earthquakes are seen in Figure 4. From the clustering it is clear that most of them are explosions. 

Figure 4. Seismic events from the Baltic area as recorded by Norwegian stations. The time period is from 

1964 to 2006. 

Page 29: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222777

It  is clearly a challenge  to  identify real earthquakes  in  the Baltic countries, at  least as seen  from  the  Scandinavian  seismic network,  so  a good knowledge  and  reporting of Baltic explosion is essential to get a real overview of Baltic earthquake activity.  

All the data stored in the NNSN database is also available to the public via Internet, e‐mail  or  manual  request.  The  main  web‐portal  for  earthquake  information  for  NNSN  is www.skjelv.no.  The  software  used  in  NNSN  is  freely  available  with  source  code  at http://www.geo.uib.no/seismo/ 

Page 30: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222888

LLLIIITTTHHHUUUAAANNNIIIAAANNN    SSSEEEIIISSSMMMIIICCC     NNNEEETTTWWWOOORRRKKK    –––     CCCUUURRRRRREEENNNTTT    SSSTTTAAATTTUUUSSS    AAANNNDDD   PPPEEERRRSSSPPPEEECCCTTTIIIVVVEEESSS    

Lazauskienė J. Lithuanian Geological Survey, Konarskio 35, Vilnius, Lithuania, [email protected] 

The territory of Lithuania and adjacent areas in the Baltic Region, located in the south‐western margin  of  the  East  European Craton,  could  be  considered  as  a  region  of  a  low  seismicity. Nevertheless, historical  records  reveals  several  rather prominent  seismic events  through  the ages. The first instrumental seismic observations started in 1970 in Vilnius seismic station and in  1999  four  seismic  stations,  comprising  the  Seismic Monitoring  System  (SMS)  of  Ignalina Nuclear  Power  Plant  (INPP)  were  installed.  The  same  year  with  establishment  of  SMS, Geological Survey of Lithuania (LGT) launched the project of the “Seismological monitoring of Lithuania”, aimed to process, analyze and store seismological data of SMS. The  data  of  seismic observations were systematically collected, archived, analyzed and interpreted by specialists of the Department of Bedrock Geology of LGT in collaboration with the specialists of INPP and different international organizations. Processed seismic data are provided to the international seismological  centres  and  institutions  of  neighbouring  countries,  the  annual  seismological bulletins are compiled and presented to the public every year.  

Currently  only  these  four  seismic  stations,  owned  by  INPP  and  located  in  the Northeastern part of Lithuania are operating in the country (Fig. 1). Still, the seismic network of INPP is not capable to cover the whole territory of Lithuania with trustable resolution (e.g. the fact, that no quarry blast (distance to INPP ~200 km) was recorded by seismic monitoring system (SMS) of INPP evidences this issue) and the seismo‐tectonic structure of Lithuania and adjacent territories is not completely understood yet – the earthquakes of moderate size in the Kaliningrad  district  of  Russian  Federation  21  September  2004  caused  a  seismic  shaking throughout all  territory of Lithuania, provoking  the great concern of mass media and public and proving the necessity of the state strategy of seismic  investigations and establishment of the national network of seismic stations, covering the entire territory Lithuania. Following the Kaliningrad events, September 2006  the Government of  the Republic of Lithuania approved „The program of the assessment of the seismicity of the territory of Lithuania for years 2007–2010“.The  program  is  aimed  to  ensure  the  assessment  of  the  structure  of  the  territory  of Lithuania  in  terms  of  the  seismic  activity,  the  persistent  seismologic  monitoring  of, establishment and maintenance of the national seismic network in Lithuania and compilation of the map of seismic hazards of the country as a final result. Joining and the data exchange the other international seismic monitoring networks and participation in the international projects is one of the tasks of this program.  

LGT, as the major body, responsible for the implementation and the supervision of the aforementioned program, started the second project of Seismological Monitoring of Lithuania at  the end of year 2006. The project  continues  the activities,  started by  the  first  stage of  the project  during  the  1999–2005  resulting  in  collecting,  processing  and  analyzing  the  data  of Seismic Monitoring system of INPP, latter on, accomplished by the data of the planned newly established  broadband  seismic  stations.  Seismic  data  registered  by  the  other  systems  of seismological monitoring of Baltic region will be analyzed too.  

The  other  of  the means  of  the  implementation  of  the  aforementioned  seismological program  is  the project of  the “Passive seismic monitoring of  the  territory of Lithuania“,  that 

Page 31: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

222999

has  been  started  the  very  end  of  year  2005  in  the  framework  of  the  international  Passive Seismic  Experiment  PASSEQ  2006–2007  (PASSEQ  2006–2007 –  the  international  research project with more than 10 countries participating and ~150 seismic stations located in German, Czech Republic, Poland and Lithuania). The major aim of the project is to investigate the deep structure  of  the  lithosphere  of  the Central  Europe  and  Precambrian  East  European Craton utilizing  records  of  teleseismic  events,  to  register  the  regional  earthquakes  in  order  to understand  the  seismo‐tectonic  processes  of  the  territory.  In  a  course  of  year  2006  the deployment and installation of 26 temporary seismic stations has been fulfilled in the territory of Lithuania  (Fig. 2),  the  regular maintenance and observation of  the  stations  is carried out. Important part the project contains the downloading, copying and archivation the raw digital data and providing them for the international project co‐ordinators. It is foreseen to keep the recording and observation time till the end of 2007. The new data, obtained in a course of the project are requested in order to define the structure of the major tectonic zones of Lithuania, for the prognosis of the geodynamic activity of the crust.  

According  to  the means  of  the  implementation  of  the  programme  of  the  seismicity assessment of Lithuania, installation of two new broadband seismic stations, associated to the GEOFON network, is foreseen for year 2008–2009. The first step towards the establishment of the Lithuanian national seismic network was preparation of the investment projects for the two new seismic stations  installation  that were submitted  to  the Lithuanian Government and  the Ministry of Environment in 2007. As the second step, the Memorandum of Understanding for Seismological  Coordination,  Cooperation,  and  Collaboration  among  the  LGT  and  the Geoforschungszentrum, Potsdam  (GFZ) has been  signed  June 2007.  In  case of  the provided state  financing  two  new  broadband  sesmic  stations,  associated  to  the  GEOFON  network, would be constructed and  installed  in  the Western and Central parts of Lithuania  (Fig. 1)  in 2008–2010. The vault type seismic stations would be situated ~50 and ~200 km away from the coast of  the Baltic Sea on soft sediments  (Quaternary glacial  loam and sandy clay deposits), creating the instrumental bunker. Two STS‐2 sensors would be mounted at a 5–6 m depth from the ground surface. LGT and the GFZ will operate jointly those two seismic stations, cooperate in data processing and provide the equal and open access to all data of the GEOFON network or all broadband stations operated by the LGT.  

The basic equipment (seismometer and digitizer) of the seismic stations, construction of the seismic vault and the provision of the data communication and transfer would be provided by  LGT while  required  equipment  orders,  an  additional  equipment  (e.g.  Seiscomp  station processor, seismometer shielding, etc.), the station installation and training for operation and maintenance would be ensured by GFZ partners. 

Currently  the site(s) selection of  two broad bend seismic stations  in  the Western and Central Lithuania is carried out be specialists of LGT. The negative screening of the territories of  interest  was  performed  considering  the  land  ownership  and  use,  infrastructural, geographical,  geological  (type  pf  sediments),  hydrogeological  (level  of  groundwater)  etc. factors  to  reveal  the  territories where  installation of  the  seismic  stations  is unfavourable. 36 potentially suitable candidate sites, selected on a basis of ten major criteria (such as: the land ownership; access  to station; distance form  the railway and major roads,  the  level of ground water,  electricity  and  internet  connection,  distance  to  a  lakes  and  local  roads,  type  of underlaying  sediments,  relief  etc.)  predominantly  located  in Western  Lithuania,  has  been investigated. Potentially suitable sites were evaluated  in order to select few most perspective ones.  In  respect  to  the  requirements  of  the  seismic  stations  site  selection  and  the  negative screening, few candidate sites, located in Paragiai Manor (Akmenė region), showing the best fit 

Page 32: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333000

to  the  requirements  e.g.  described  by  favourable  infrastructural  characteristics  and  good topographical,  geological,  hydrogeological  conditions,  could  be  considered  as  the  most perspective candidates in the Western Lithuania, while the site, located in the close vicinity of the Administration of Krekenava Regional Park, could be  regarded as  the candidate  for  the Central  Lithuania.  Still, more  detail  investigations  of  the  potential  sites  are  required.  The evaluation of seismic noise sources is foreseen to be carried out in the nearest future. 

Fig. 1. Planned national seismic network in Lithuania. Bounded triangles – four existing seismic stations 

of Ignalina NPP, red squares – two new GEOFON network broad bend seismic stations foreseen to be installed in 2008–2010. 

Fig.  2.  Location  of  26 temporary  seismic stations of  the PASSEQ‐2007  project  installed  in the  territory  of Lithuania. 

Page 33: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333111

SSSEEELLLEEENNNAAA   –––     AAA    SSSOOOFFFTTTWWWAAARRREEE    FFFOOORRR     NNNEEEAAARRR     RRREEEAAALLL‐‐‐TTTIIIMMMEEE    DDDAAAMMMAAAGGGEEE   EEESSSTTTIIIMMMAAATTTIIIOOONNN       AAANNNDDD      DDDAAAMMMAAAGGGEEE      SSSCCCEEENNNAAARRRIIIOOOSSS   

Lindholm, C. D.1, 3, Molina S.2, 3, Bungum H.1, 3 and Oye V.1, 3 1NORSAR, Kjeller, Norway 2University of Alicante, Alicante, Spain 3International Centre for Geohazards, Oslo, Norway 

AAbbssttrraacctt  

Loss estimation studies have  traditionally been using  individual scenario earthquakes as  the basis  for  planning  and  decision  making.  Existing  knowledge  of  regional  geology  and seismology have, in the same context, been used to generate maps with estimated intensities or accelerations which, in combination with other factors, have been used for estimating damage to structures and  lifelines, and  impacts on population. Nowadays,  the advent of high speed computing,  satellite  telemetry  and  Geographic  Information  Systems  (GIS)  have  made  it possible  to generate rapid  loss estimates for multiple earthquake scenarios, and  to provide a nearly  unlimited mapping  capability.  Perhaps most  importantly,  it  is  now within  reach  to develop damage and  loss estimates  for an actual earthquake  in near  real‐time based on  the source  parameters  of  an  event,  with  magnitude  and  location  as  a  minimum.  We  have investigated the capabilities of a recently developed seismic risk tool (SELENA) for being used as a near real‐time damage estimation software. From the obtained results we have concluded that  the variability  in  input parameters  can be  introduced  in  a  logic  tree with  27 branches, covering scenarios that are computed fast enough to be considered ‘near real time’. Although more testing needs to be conducted before any near‐real‐time implementation of SELENA, the tool is considered very promising. 

IInnttrroodduuccttiioonn  

The developments within earthquake engineering over the past decade (e.g. Fajfar, 1999) have significantly  improved  the  capacity  to  analytically  and  empirically  evaluate  building performance during  earthquake  shaking. This has  facilitated  earthquake damage    scenarios (Ordaz et al., 2000; Bommer et al., 2002; Carvalho et al., 2002, Erdik et al., 2004; Molina and Lindholm, 2005; among others) for single structures as well as for larger number of distributed buildings (such as cities and communities). Mainly because the damage scenario results can be presented in intuitive figures and maps these developments have provided the scientists with tools  that  can be useful  in  city planning  contexts  as well  as  for  consciousness mobilization (Eguchi et al., 1997; FEMA, 1999, 2004; Molina and Lindholm, 2006). The easy‐to‐grasp damage distribution maps are well suited  to convey earthquake  risk evaluations, and  for  this reason many new hazard study results are exclusively presented in the form of maps. One of the great advantages of such maps is that the results presented in this way may be understandable by many while still maintaining professional quality. 

Recently, these tools have been applied in a new setting. Through the rapid (automatic and semi‐automatic) determination of hypocenters and even fault ruptures, following a large earthquake, near‐real‐time shake maps can be computed and offered  to emergency and civil protection agencies as well as to the the general public through web portals (e.g. Wald et al., 1999). A  further  step  in  the  same direction  is  to  compute  (at different  levels  of  resolution) 

Page 34: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333222

damage and death  toll estimates  (e.g. Wyss, 2005), a  type of  information which  is aimed at supporting the rescue work.  

Among the objectives for near‐real‐time damage scenarios, one of the most important is that after a large and damaging earthquake a damage information overview is often difficult to obtain during  the  first hours or even days, such as  in  the case of  the October 2005 Kashmir earthquake. During  the  first days and weeks  following  the earthquake, overview maps  that indicate  relative and absolute damage distribution may be of great  importance  for  rescuing lives and property (Wyss, 2006). 

MMeetthhooddss  aanndd  AApppprrooaacchheess  

Two projects  that were  running more or  less  in parallel  in  the 1990’s demonstrate how  two different approaches were chosen: 

• An empirical approach was used  in the RADIUS project which focused on cities at risk  (http://www.geohaz.org/contents/projects/radius.html).  For  the  selected  cities, scenario earthquakes and ground shaking and ground shaking in terms of intensity (MMI) were defined and damage probability matrices (DPM’s) were developed.  

• An  analytical  approach  was  used  in  the  HAZUS  project  (FEMA,  1999,  2004), consuming  considerably  more  resources  and  focusing  on  an  engineering‐wise characterization of  a wide  range  of buildings. For  147 different building  types  (in terms  of  structural  design,  building  regulatory  regime,  maintenance,  age  etc.) building  capacity  curves  and  associated  shaking  vulnerability  functions  were defined  so  that  damage  could  be  estimated  quantitative  from  ground  motion estimates. 

These  two  approaches,  using  Intensity  based  Damage  Probability  Matrices  and vulnerability functions based on ground acceleration, respectively, are still followed in various approaches today. In a city located in a high seismicity region predefined scenarios may be a useful approach when  the causative  faults are  (believed  to be) known  in detail,  in particular since this allows for testing of several magnitude scenarios so that the exposure variation can be explored  in more detail. In regions with  low‐to‐intermediate seismic activity or  in regions with  very  complex  tectonics  a  reliable  mapping  of  future  large  fault  ruptures  may  be impossible, and in such cases near‐real‐time ground shaking maps can be used for estimating damage. Such maps can be estimated from  location and magnitude estimates alone, possibly combined with structural‐geological  information, but the maps will be much more reliable  if they are also based on real‐time strong‐motion data (Wald et al., 1999). 

The  method  followed  in  the  approach  presented  here  is  based  on  the  HAZUS methodology  (FEMA 1999, 2004). With SELENA  (SEimic Loss EstimatioN using a  logic  tree Approach; Molina and Lindholm, 2006) the HAZUS methodology has been extended to a logic tree  computation  and  developed  in  a MATLAB  environment  providing  the  user with  full flexibility with respect to input and presentation of results.  

A rapid earthquake damage processing scheme is outlined in Fig. 1. The seismological observatory will be the first entity to detect the earthquake, and an automatic location process is  initiated.  After  the  first  determination  of  epicenter  and  magnitude  the  results  may  be provided  for  the  first  near‐real‐time  ground motion  scenario  while  at  the  same  time  the computation  process  to  define  the  source more  precisely  continues. Once  the  first  ground motion  maps  are  generated,  these  are  handed  over  to  the  SELENA  process  where  two approaches  may  be  followed  in  parallel  as  shown  in  Fig. 2.  Depending  on  the  type  of 

Page 35: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333333

information provided  for  SELENA,  one may  run  one  of  the  indicated processes  or  both  in parallel.  

The SELENA code is based on a parameterized building inventory which has been pre‐compiled. The approach  is often called  the  ‘capacity‐spectrum method’, because  it combines the ground motion  input  in  terms  of  response  spectra  (spectral  acceleration versus  spectral displacement) with the building specific capacity curve. The philosophy is that any building is structurally damaged by its permanent displacement and not by the acceleration by itself. The building  capacity  curve  is defined  through  three  control points, Design, Yield and Ultimate capacity  (Fig. 3). Up  to  the  yield  point,  the  building  capacity  curve  is  assumed  to  behave elastically linear. From the yield point to the ultimate point, the capacity curve changes from an elastic to a fully plastic state (curved form), and the curve is assumed to remain fully plastic past the ultimate point (linear form). 

The structural damage states are (as in most other proposed schemes) divided into four damage states, slight, moderate, extensive and complete. A detailed description of these damage states  are  available  from many  sources,  and  Fig.  4  shows  an  example  of  the damage  state probability curves that are used as basis for the final damage estimation maps. 

No clear rupture model: Shake maps

Output: Maps and Graphs

Merge and interpolate damage statistics

Compute damage to the physical environment based on shakemaps

Defined fault model for well established source

Search library for damage scenario based on source model close to the established (magnitude, location etc.

Compute losses and casualties

Early epicenter and magnitude determination

Determine earthquake source parameters

Calculate regional ground motion

Compare ground motion with predicted

Output: Maps and Graphs

Compare observed damage with ???predicted

Compute damage and casualties

Building inventory and damage models Population inventory Lifelines inventory and damage models ………

Static information Dynamic information Fig. 1.  Simplified  processing  scheme 

for  a  rapid  damage  information system.  The  components  in  the red dotted box  indicates  the  core of  the  damage  computations. These  engineering  computations depend on input information that is  both  static  and  dynamic.  See Fig. 2 for more details.  

 

Fig. 2.  Delineation  of  the  damage computation  along  two branches  depending  on  input form.  A)  Using  a  library  of precomputed  scenarios  if  the source is well defined. B) Using near‐real‐time  computation  of shake maps in other situations.  

Page 36: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333444

YIELD CAPACITY

ULTIMATE CAPACITY Median

+1 σ

-1 σ

Spectral Displacement

Spec

tral

Acc

eler

atio

n

SPECTRALLOAD

Dd

Ad

Ay

Dy

Au

Du

:

:

:

DESIGN CAPACITY

Fig. 3. The  principle  of  the  building  specific  capacity  curve  intersected  by  the  ground motion  load 

spectrum. 

RReessuullttss  

To test the procedures above we used data from the city of Oslo, and the test was conducted for  a  deterministic  scenario where we  varied  the  source magnitude  (and  thereby  the  fault rupture length), the soil amplification, the attenuation relations, the vulnerability functions of the structures and the economic loss models. The city of Oslo was chosen as a test case because all  the  inventory  information  was  already  in  place;  however,  since  the  present  study  is investigating the capacities of a particular software package (SELENA) the test site as such is unimportant. 

Displacement

Dam

age

prob

abili

ty

0

1

Sligh

tM

oder

ate

Exten

sive

Comple

te

Fig. 4. The derived vulnerability (or fragility) probability functions. 

We have investigated the SELENA performance for a deterministic and a probabilistic scenario. However, since only deterministic scenarios are relevant for real‐time computations only that aspect has been documented in the following. The results obtained from these tests are  outlined  in  Figs.  5,  6  and  7 where we  have  investigated  the  difference  in  the  damage predictions using the different branches in the logic tree computations.  The computation for a city is subdivided so that it provides damage for the smaller city areas, and the present study has (for practical reasons only) used census tracts as the smallest entity. 

Page 37: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333555

Differences in losses

0.020.040.060.080.0

100.0120.0140.0160.0180.0200.0

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81

Census Tract Number

% D

iffer

ence

Diff 1-3Diff 1 -5Diff 3_5

Fig. 5. The observed differences  in  losses  in each census  tract when using a)  the difference  in % 

between the results obtained only with one magnitude 6.0 earthquake and 3 earthquakes (5.5, 6.0, 6.5) weighted (0.2, 0.6, 0.2); b) the difference between one magnitude 6.0 earthquake and 5 earthquakes  (5.5,  5.75,  6.0,  6.25,  6.5) weighted  (0.1,  0.1,  0.6,  0.1,  0.1);  and  c)  the  difference between 3 earthquakes (5.5, 6.0, 6.5) weighted (0.2, 0.6, 0.2) and 5 earthquakes  (5.5, 5.75, 6.0, 6.25, 6.5) weighted (0.1, 0.1, 0.6, 0.1, 0.1). 

Firstly, Fig. 5 investigates the number of necessary magnitude branches by comparing the results for 1 and 3, for 1 and 6 and for 3 and 6 branches, respectively. It is obvious that the differences are large and that they vary between the census tracts since some census  tracts are closer  to  the source and are hence much more affected by changes  in  the rupture  length  (as function of magnitude). However, when disregarding the census tracts that are most unstable, the general  trend  is  that  three different branches  on magnitude yield  results  that  are  fairly similar to the results when using six branches. These results in Fig. 5 are important in the sense that they justify limitations in the number of branches. 

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

180.00

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Census Tract

% D

iffer

ence

dif 1 y 9dif 1 y 27dif 1 y 81dif 1 y 162dif 3 y 9dif 9 y 27dif 27 y 81dif 81 y 162

Fig. 6. Difference between predicted losses in each census tract for different number of branches in 

the  logic  tree  computation.  Legend  example  explanations:  1–9:  1  magnitude,  1  soil,  1 attenuation, 1 capacity‐fragility, 1 economic model versus 3 magnitude, 3 soil, 1 attenuation, 1 capacity‐fragility, 1 economic model model branches; 1–162: One versus 3 magnitude, 3 soil, 3 attenuation, 3 capacity‐fragility, 2 economic model branches. 

Page 38: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333666

Fig. 6 addresses a situation where branching  is done simultaneously over magnitude, soil amplification, strong‐motion attenuation and the economic loss model. The results may at first glance seem bewildering through the many comparisons. However, we easily recognize a trend  in  that  there  is a growing  concordance between  the median  results as  the number of branches  increase.  The  encouraging  result  is  that with  27  or  81  branches  in  the  logic  tree calculations there are reasonable small variations in the obtained results. 

Finally  Fig.  7  shows  the  computation  time  as  function  of  number  of  branches  on  a relatively new laptop computer. While it is certainly desirable to include as many branches as possible  in  order  to  have  an  optimal  grip  on  the  confidence  levels  of  the  results,  a  short computing  time  is necessary  in order  to comply with  the needs  for rapid  information. Fig. 7 indicates some 400 seconds of computing time for 27 branches. Considering the availability of increasingly faster computers it is likely that this computing time can be significantly reduced. 

Usually, when a real time damage scenario is going to be computed the researcher can assume,  in  a  first  approach,  that  the most  uncertain  parameters  are  those  related with  the earthquake source, the soil conditions and the attenuation relationship needed to estimate the ground motion that it will affect the building inventory. Then, 3 branches/options for each one of the these parameterizations will result in an initial logic tree with 27 branches.  

Time (s)

1

10

100

1000

10000

0 50 100 150 200

Number of Branches

Seco

nds

Fig. 7. Computation time as function of number of branches in the logic tree. The computations were 

conducted on a Dell Inspiron 9400 computer with 2Gb of internal memory. 

RReessuullttss  

The  results  obtained  above  indicate  that  with  a  limited  number  of  branches  (due  to  the constraints on computation time) the SELENA software can be used in a near real time mode to evaluate damages inflicted by an earthquake. This conclusion is based on some conditions: 

• The  preliminary  results  above  indicate  that  the  number  of  branches  in  the computations provide reasonably stable results already at around three branches per parameter.  

• The  number  of  branches  in  the  logic  tree  computations  should  not  significantly exceed 27 branches unless a very fast computer is used. 

Page 39: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333777

In  addition  to  the  above  basic  conditions  it  is  necessary  to  emphasize  that  more branches  in  the  logic  tree  provides more  sound  confidence  intervals  for  the  final  damage estimates  than  fewer branches. This  is a  classical  trade‐off  situation. While  these  results are promising we  emphasize  that more  testing with  different  scenarios  need  to  be  conducted before any near‐real‐time implementation of SELENA can be done. 

 

RREEFFEERREENNCCEESS::    Bommer, J., Spence, R., Erdik, M., Tabuchi, S., Aydinoglu, N., Booth, E., del Re, D. and Peterken, O. 

(2002), ”Development of an earthquake loss model for Turkish catastrophe insurance”. Journal of Seismology, 6, 431–446. 

Carvalho, E.C., Coelho, E., Campos‐Costa, A., Sousa, M.L. and Candeias, P.  (2002), “Vulnerability evaluation of residential buildings in Portugal”. Proc. of 12th European Conference on Earthquake Engineering, 696, pp. 1–10. 

Eguchi, R. T., Goltz, J.D., Seligson, H.A., Flores, P.J., Heaton, T.H. and Bortugno, E. (1997). “Real‐time  loss  estimation  as  an  emergency  response  decision  support  system:  The  Early  Post‐Earthquake Damage Assessment Tool (EPEDAT)”, Earthquake Spectra, 13, 815–832. 

Erdik, M., Durukal, E., Siyahi, B., Fahjna, Y., Sesetyan, K., Demirciglu, M. and Akman, H.  (2004), “Earthquake  Risk  Mitigation  in  Istanbul”.  Chapter  7.  In:  Mulargia, F.  and  Geller, R. J. (Editors), Earthquake Science and Seismic Risk Reduction. Kluwer. 

Fajfar P. (1999). “Capacity spectrum method based on inelastic demand spectra”. Earthq. Eng. Struct. Dyn., 28, 979–993. 

FEMA  (1999),  “HAZUS  99.  Earthquake  Loss  Estimation Methodology.  Technical Manual”.  Federal Emergency Management Agency, Washington D.C., USA. 

FEMA  (2004),  “HAZUS‐MH.  Multi‐hazard  Loss  Estimation  Methodology,  Earthquake  Model, Advance Engineering Building Module”. Federal Emergency Management Agency, USA. 

Molina,  S.  and  Lindholm  C.D.  (2005),  “A  logic  tree  extension  of  the  capacity  spectrum method developed  to estimate seismic  risk  in Oslo, Norway”.  Journal of Earthquake Engineering 9  (6): 877–897. 

Molina,  S.  and  Lindholm,  C.D.  (2006),  “A  Capacity  Spectrum Method  based  Tool  developed  to properly include the uncertainties in the seismic risk assessment, under a logic tree scheme”. ECI  Geohazards –  Technical,  Economical  and  Social  Risk  Evaluation.  18–21  June  2006, Lillehammer, Norway. 

Ordaz, M., Miranda, E., Reinoso, E. and Pérez‐Rocha, L.E. (2000), “Seismic loss estimation model for México city”. Proc. of the 12th World Conference of Earthquake Engineering, Paper No. 1902. 

Wald, D.W, Quitoriano, V., Heaton, T.H., Kanamori, H., Scrivner, C.W., and Worden, C.B.  (1999), “TriNet  ʺShakeMapsʺ:  Rapid  Generation  of  Peak  Ground Motion  and  Intensity Maps  for Earthquakes in Southern California”. Earthquake Spectra, 15(3), 537‐555. 

Wyss, M.  (2005), “Earthquake  loss estimates applied  in  real  time and  to megacity  risk assessment”. Proc. of the Second International ISCRAM Conference (Eds. B. Carle and B. Van de Walle), 297–299, Brussels, Belgium. 

Wyss, M. (2006), “The Kashmir M7.6 shock of 8 October 2005 calibrates estimates of losses in future Himalayan earthquakes”. Proc. of  the Third  International  ISCRAM Conference,  (Eds. B. Van de Walle and M. Turoff,), Newark, NJ (USA) (in press). 

   

Page 40: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333888

AAA    222‐‐‐DDD    SSSEEEIIISSSMMMIIICCC     SSSIIIGGGNNNAAALLL    DDDEEETTTEEECCCTTTOOORRR    FFFOOORRR    SSSTTTAAANNNDDD    AAALLLOOONNNEEE                                                          333‐‐‐CCCOOOMMMPPPOOONNNEEENNNTTT   SSSTTTAAATTTIIIOOONNNSSS   

Matveeva T.1, Fedorenko Yu.V.2, Husebye E.S.3 1Institute of Geology, KarSC RAS, Petrozavodsk, Russia, [email protected] 2Polar Geophysical Institute, KSC RAS, Apatity, Russia, [email protected] 3Bergen Center for Computational Science, UNIFOB/UoBergen, Bergen, Norway, [email protected] 

11..   IInnttrroodduuccttiioonn..  Signal  detection  research  become  popular  among  scientists  with  the introduction of digital recording  in seismology around 1970 not at  least as  this could relieve the analyst of  tedious work  tasks. An early design here was  the so‐called STA/LTA‐detector where STA and LTA are short and long term noise and signal power averages. We term it a 1‐D detector  since only Z‐components  recordings are used. Despite much  ingenuous  research still the STA/LTA‐detector is widely popular since a simple and robust alternative has not been found  so  far. The  reason  for  this may be  two‐fold;  i) noise  is not Gaussian  so  an optimum signal detector  in a statistical sense will be hard to find and  ii) close to the signal acceptance threshold  the  false  alarm  rate  increases  nearly  exponentially.  In  other words,  for  say  one hundred detections we have to reject 99 as signal look‐alike noise wavelets ‐ a truly hopeless task. Our alternative is to introduce a 2‐D STA/LTA‐detector; 2‐D in the sense that we utilize both vertical and horizontal record components jointly as expressed in eq. (1) below. In many signal  detector  studies  much  attention  is  often  given  to  filter  settings  for  ambient  noise suppressions and STA‐length in time or samples. The efficient LTA‐length often exceed 1 min in  its  recursive  definition.  Below  we  first  give  principal  detector  design  criteria  before presenting our novel 2‐D detector extensively tested on the Cossack Ranger stations deployed in several countries. 

22..  BBaacckkggrroouunndd..  In previous works (e.g. see Fedorenko et al., 1998, Fedorenko et al., 1999) we demonstrated that the wavelet transform may be a more suitable tool than the FFT for signal detection, phase pickings, and signal source recognition. This in turn requires that the ambient noise  is white which  is equivalent  to an approximate  flat seismometer acceleration  response curve.  Since more  instruments  in  use measures  ground  velocities  the  noise  spectra  are  in general non‐flat as shown in Fig. 1 for the ARCESS array (N. Norway) center seismometer. To overcome  this  drawback  in  the  context  of  signal  detection  the  preamplifier  of  the Cossack Ranger seismograph is designed in such a manner as to modify our ground velocity measuring geophones  to produce seismometer ground acceleration motions which  in case of noise give approximately white  spectra  in  the  frequency  range 1.5–20 Hz. The  spectral hump  at  lower frequencies in Fig. 1, due to relatively strong microseisms, are in practice in no consequences as this part is removed by bandpass filtering in the detector processor. 

      

Page 41: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

333999

 

Figure 1.  Normalized  power  spectral density  for  ARCESS  3C  center  station (winter  time)  and  our  novel  station  at ASK  (summer  time) –  in  both  cases  Z‐components.  Since  the  noise  level  in winter  is  high  the  normalization  gives low  level of  the high  frequency noise at ARCESS.  Note,  that  above  2 Hz  the ARCESS  spectra  follows  approximately 1/f slope while ASK spectra is almost flat in this frequency range. 

In our more theoretical detector 

studies (Fedorenko and Husebye, 1999) we  found  that  the  popular  STA/LTA 

detector has an excellent performance in comparison to many other detectors including the non‐parametric Kolmogorov‐Smirnov (KS) one. It was one exception here namely  in case of spiky records often caused by the electric outgauges in buildings where a station may be housed. In such  cases  the  STA/LTA  detector  become  literally  blinded while  the  KS‐detector was  little affected. Instead safeguarding here in terms of 2 different detector systems we build‐in a spike ʹkillerʹ in the A/D‐converter ensuring spike‐free records prior to signal detection per se. 

Another basic requirement in our 2‐D detector design is noise independency between components and the validity of this assumption is demonstrated in Fig. 2. As can be seen, there is no significant noise coherency even at  low microseism frequencies (f < 0.5 Hz). In a typical signal detector passbands within 2–15 Hz  the noise  coherency  is  truly  small being  less  than 0.02 units. Besides  component  independency also valid  for  components envelopes  the noise appears to be Gaussian as presumed in our theoretical detector study. The above results imply that a 2‐D detector outperform the conventional 1‐D STA/LTA detector foremost because more signal information is incorporated in the test statistics. 

33..  TThhee  22‐‐DD   ssiiggnnaall  ddeetteeccttoorr.. Our 2‐D signal detector operates  in  the  three  frequency bands which  coincide  with  the  corresponding  frequency  bands  in  wavelet  transforms,  namely 1.5625–3.125 Hz, 3.125–6.25 Hz and 6.25–12.5 Hz. The first step is data preparation prior to the detection process  itself using IIR (Infinite Impulse Response) Butterworth filters of order 6 to obtain  filtered  time  histories  for  the  ( )(N), ( )(E), ( )(Z)k k kx t y t z t   for  our  3  frequency  bands 

1,2,3k = . The 2‐D detector  is modeled after  the 1‐D STA/LTA detector which  in  the  former case is defined as: 

2 2 1/ 2( ) ( ( ) ( ) )k STA k kSTAH t IIRF x t y t= +  

STAV ( ) IIRF ( ( ) )k STA kt z t=  

where H = horizontal and V = vertical, IIRFSTA defines Bessel low pass IIR filter of order 3 with  cut‐off  at  0.5 Hz. The LTAH  and LTAV  are defined  in  a  similar manner but with  a frequency cut‐off at 1/300 sec. The combination of Butterworth prefiltering and Bessel type of filters  for  forming  the STA and LTA  test statistics are motivated by  the need of suppressing side‐lobe detections that is false alarms caused by noise triggering (Steinert et al., 1975). 

Page 42: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444000

Figure 2. Observed noise coherency between 3‐component  waveforms  and  STAH  and STAV  envelops.  This  is  original  noise waveforms  recorded  by  our  novel  ASK station of length 60 min presumably free of signals. Coherency  at  levels  of  0.01  or  less give  component  independency  for  the ambient noise  field. Also note  that  similar results  were  obtained  when  noise waveforms  were  replaced  by  the corresponding  envelopes,  in  this  case  the coherency is less than 0.001. In tha STA/LTA 2‐D detector  the  test  statistics are  the noise and signal envelopes. 

Anyway, we may consider STAH ( )k t  

and  STAV ( )k t  as approximate envelopes of  horizontal  ( )ha t   and  vertical acceleration  components  in  the  given frequency  bands  while  LTAH ( )k t   and 

LTAV ( )k t  are estimates of RMS of the ambient noise. Also, this LTA defenition is coincident with the parameter used for record ʹʹdenoising” in our wavelet processing scheme for picking automatically P‐ and S‐phase onsets (Husebye and Fedorenko, 1999). In order to to keep them from being  affected by  the  seismic  signal we  freeze  this values while  the detector  is  in  the detection state. The 2‐D detector is taken to be ratio  ( )kR t  between the STA and LTA that is: 

1/ 22 2

1/ 22 2

STAH ( ) STAV ( )( )

LTAH ( ) LTAV ( )k k

k

k k

t tR t

t t

⎡ ⎤+⎣ ⎦=⎡ ⎤+⎣ ⎦

 

A signal detection is declared whenever any  ( )kR t  exceeds a preset threshold currently set  at  4.0  for  all  three  bands.  This  setting  is  rather  conservative  since we  so  far  have  not observed any clear false alarms. Depending on signal shape and duration the detector may be triggered  several  times  during  signal  ʹpassageʹ. An  independent  trig  requires  a  time  lag  of minimum 2 sec while detection state is defined as a time lag less than 60 sec between the last trigger  events. We  naturally  count  no  of  triggs  during  detection  state  as  this  parameter  is useful  for  differentianting  between  earthquakes  and  explosions  (most  8  triggs) while man made  signals  like marine air gun activities, human walking near  the  site etc. often produce more than 20 triggs. The 2‐D detector parameterization may be tailormade for each individual site reflecting local knowledge on ambient noise and signals triggered by human activities. 

The horizontal and vertical acceleration envelopes are used to obtain the estimate of an acceleration envelope  ( )env

ka t  and of an apparent incidence angle  kθ  1/ 22 2( ) STAH ( ) STAV ( )env

k k ka t t t⎡ ⎤= +⎣ ⎦  

( ) arcsin STAH ( ) / ( )envk k kt t a tθ ⎡ ⎤= ⎣ ⎦  

Seismic events have 10< ( )k tθ <60 while spikes and non‐seismic events often fall outside this angular interval. 

Page 43: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444111

Figure 3.  Illustration of 2‐D detector performance. Probability density  function  ( , )p R θ  modeled for  uncorrelated  3‐component Gaussian  noise with  zero mean  and  same  variance  in  each component. Critical region for the 2‐D detector appear far from “p.d.f. main body” assuring small  false  alarm  rate.  Insert  shows  one‐dimensional  p.d.f  of  R  and  of  conventional STA/LTA  ratio  Sz =STAZ/LTAZ.  It  is  clear  that  R  statistics  produce  less  false  alarms  for 

uncorrelated noise because its variance is less than variance of Sz statistics by a factor of  3  approximately. 

44..  RReessuullttss   ––   22‐‐DD  ddeetteeccttoorr  ppeerrffoorrmmaanncceess..  Detector performances are not easy  to quantify since close to the threshold value it is difficult to validate the event origin – earthquake or false alarms. The problem is severe as ca 40‐50 percent of reported event detections for an array or a station remain unassociated meaning that the potential event has no counterpart in station logs elsewhere.  In  Fig.  3  we  have  simulated  the  2‐D  signal  performances  for  uncorrelated  3‐component Gaussian noise field. Clearly, we expect the 2‐D signal detector to be superior to its 1‐D counterpart by a factor of  3  approximately. In another experiment a CR‐II station and a Kinemetrix Ranger station shared the siting at Ask west of Bergen (Norway). The 2‐D detector of the CR‐II station proved superior to that of the adjacent 1‐D detector station. 

Signal  detector  parameters  may  be  utilized  for  more  that  just  detecting  probable seismic event recordings. For example, Mendi and Husebye (1994) demonstrated that the STA parameter would  provide  a magnitude  estimate  as well  given  an  assumption  about  likely epicenter distance. In case of STA measures reflecting pure noise estimates the corresponding magnitude estimates give a lower limit of the stations event detectability. 

The detection parameter ʺapparent angle of incidenceʺ is observationally limited to the observation  interval  10 60−o o for  earthquakes  and  chemical  explosions  (Fig.  3). This  implies that horizontal components record parts of the P‐wave field even for teleseismic events making 2‐D detectors superior to those based on vertical components only. For arrays where vertical sensors are dominant (only four 3‐comp. stations in ARCESS) 2‐D detectors are of less interest unless the later ones are used for detecting Lg an Rg‐waves. The conservative threshold setting of 4.0 ensure no false alarms due to noise triggering. To  lower threshold value, for Gaussian noise a threshold of 2.4 would be acceptable, we would produce many more detections of air gun  signals  and  nearby  human  activity  signals.  Such  events  are  of  no  scientific  interest  so better removed in this manner than by conservative threshold setting. 

Page 44: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444222

The novel 2‐D signal detector has proved superior  to  the conventional 1‐D STA/LTA for  stand‐alone  3‐component  stations.  In  a  monitoring  context,  we  want  to  extract  more information on detected signals per se and  this would be feasible using continuous sampled STA parameter for representing the original waveforms. The STA sampling rate is often 1 Hz while  the original waveform may be 50 or 100 Hz so even  in under adverse field conditions waveform  transfer  to  the HUB would be affordable say using mobile phones  (Katkalov and Husebye,  2007).  Two  of  us,  Fedorenko  and  Husebye,  have  previously  demonstrated  that envelope  waveform  can  be  used  for  highly  accurate  epicenter  locations  and  source  type identification (Fedorenko et al., 1998, Husebye et al., 2002). 

SSuummmmaarryy  rreemmaarrkkss..  For efficient monitoring of local earthquake activity a network of stand‐alone 3‐component stations would be most efficient in comparison to a few small arrays and much  more  cost  efficient.  A  smart  signal  detector  is  an  essential  element  in  such  an undertaking  and  the  novel  2‐D  detector  presented  here  is  well  suited  for  such  tasks.  Its performances  are  better  than  similar  1‐D  detectors  both  in  terms  of  lower  signal  detection threshold and false alarms rates. In addition, detector outputs in form of envelope traces can be used for desired monitoring results in terms of epicenter locations and source identification. 

 

RREEFFEERREENNCCEESS::  

Fedorenko, Yu. V., E. S. Husebye, B. Heincke, and B. O. Ruud, 1998. Recognizing Explosion Sites without  Seismogram  Readings:  Neural  Network  Analysis  of  Envelope‐Transformed Multistation SP Recordings 3‐6 Hz, Geophys. J. Int., 133, F1–F6. 

Fedorenko, Yu. V.,  E. S. Husebye  and B. O. Ruud,  1999.  Explosion  Site Recognition: Neural Net Discriminator Using Three‐Component Stations, Phys. Earth Planet. Int., 113, 131–142. 

Fedorenko, Yu. V. and E. S. Husebye, 1999. First Breaks – Automatic Phase Picking of P‐ and S onsets in Seismic Records. Geophys. Res. Lett., 26, 3249–3253. 

Husebye, E. S., Fedorenko, Yu.V., Beketova, E.B., 2002. Enhanced CTBT Monitoring through Modeling, Processing  and  Extraction  of  Secondary  Phase  Information  at High  Signal  Frequencies.  24th Seismic Research Review – Nuclear Explosion Monitoring: Innovation and Integration, Sep. 17–19, Ponte Vedra Beach, FL., p. 292–301. 

Katkalov, Yu., Husebye, E.S., 2007. Cosack Rager  field opration – efficient data  transfer via mobile phones. Manuscript in preparation. 

Mendi, C.D., Husebye, E.S., 1994. Near  real  time estimation of magnitudes and moments  for  local seismic events. Ann. di Geofisica, Vol. XXXVII, 365–382. 

Steinert,  O.,  E.  S.  Husebye,  H.  Gjoystdal,  1975.  Noise  Variance  Fluctuations  and  Earthquake Detectability. J. Geophys. 41, 289‐302. 

Page 45: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444333

TTTHHHEEE    KKKAAARRREEELLLIIIAAANNN   RRREEEGGGIIIOOONNNAAALLL   SSSEEEIIISSSMMMIIICCC   NNNEEETTTWWWOOORRRKKK    –––    TTTHHHEEE   CCCOOOSSSSSSAAACCCKKK   RRRAAANNNGGGEEERRR   IIIIII   SSSEEEIIISSSMMMOOOGGGRRRAAAPPPHHH   

Matveeva T.1, Fedorenko YU. V.2 and Husebye E. S.3 1Institute of Geology, KarSC RAS, Petrozavodsk, Russia, [email protected] 2Polar Geophysical Institute, KSC RAS, Apatity, Russia, [email protected] 3Bergen Center for Computational Science, UNIFOB/UoBergen, [email protected] 

11..  IInnttrroodduuccttiioonn.. Present days when seismic data acquisition system and network operational cost  are  becoming  affordable,  earth  scientists  pay more  attention  to  the  study  of  tectonic activities of low‐seismicity regions. The conditions for seismic monitoring of such regions are dense seismic networks which can guarantee weak event detection down to a ML ~ 1.5. This was the challenge when starting the deployment of the Karelian (NW Russia) seismic network namely  the necessity  to have an affordable 3‐component  seismograph,  capable of providing adequate seismic records for basic research. An additional requirement is ease of seismograph installation and maintenance at  remote sites. Considering many seismograph makes, mainly these,  based  on  inexpensive  geophone  sensor, we  found  not  surprisingly  that  the Cossack Ranger  II  seismograph  (CR‐II)  best meet  the  above  requirements.  This  instrument  initially developed by Fedorenko in 1999 has been operated successfully in the most adverse climatic conditions like Kirovsk (Chernouss et al., 1999), W. Norway (Fedorenko et al., 2000) and also in the tropical Costa Rica (Waldo Taylor, pers. communication). 

22..  CCRR   IIII  ––  GGeenneerraall  DDeessccrriippttiioonn.. The Cossack Ranger II 3‐component seismic station  is an advanced, inexpensive and low‐power 3–12 channel seismograph. It consists of four modules being  common  for most  seismic  station designs  i)  3‐component  seismic  sensor unit with or without preamplifier,  ii)  an A/D‐converter unit,  iii)  optional GPS  clock  and  iv) data  logger based on  any  type of  computer  (desktop, notebook, Palm Digital Assistant  etc.)  supporting USB or RS232 port. 

CR‐II can operate as a 3‐component station or 9‐element mini‐array storing data locally or  remotely  using  TCP/IP  protocol  via  Ethernet, GPRS modem,  radio  transmitter, wireless 802.11b  etc.  The  CR‐II  data  acquisition  software  supports  continuous,  level‐triggered  and STA/LTA  triggered  recordings.  It  can  also  be  easily  configured  to  start  and  stop  data acquisition  in given  time  intervals. While operating  in a  triggering mode  the  loads on data links  are  considerably  reduced,  and  even  slow modem  connections  will  be  adequate.  To synchronize  station  time  to UTC  the CR‐II  timing  system uses  either  the GARMIN GPS  18 clock or  Internet Time Protocol  service via TCP/IP  connection. Recorded data  can be  stored locally  to  hard  disk  or  sent  to  the  central  Hub  in  a  few  minutes  after  event  recording ʹterminatedʹ. Optionally data may be written to a flash memory card which can be exchanged within  a  few minutes. Adequate power  supply protects  battery  from  over‐discharging  and easy switching to exchange batteries. A standard housing conforming to the IP68 standard is used to protect equipment from dust and liquids. 

33..   FFiieelldd   iinnssttaallllaattiioonn   ooff   tthhee   CCoossssaacckk   RRaannggeerr   IIII   sseeiissmmooggrraapphh.. Any  seismograph installation requires i) power access, ii) timing device or clock, iii) remote data transfer and iv) proper siting rock. Since the CR initially was designed for school yard  installation we would address the above requirements in this context. First electric power in terms of the 220V electric 

Page 46: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444444

network or 9V batteries. The  former  is most  convenient and our preference  is given  for  the automatic  rebooting  at power  out  ganges  say due  to  lightening. Alternatively,  rebooting  is performed  remotely  from  the Hub  or network  center.  For  remote,  stand  alone  installations batteries provide adequate power supply but  is often somewhat  inconvenient with  frequent replacement  unless  consumption  of ADC  and  data  logger  is  exceptionally  low.  The  CR‐II design is flexible permitting stand alone operations with power supply from batteries. 

Accurate,  absolute  timing  is  a necessity  for  comparing  and  jointly  analyze  recordings from 2 or more  stations. Before  the advent of  the GPS  timing device  this was often a  severe practical  problems.  Clocks,  even  expensive  ones,  had  a  timing  accuracy  seldom  better  then 0.1 sec. For  field  installations,  similar  accuracy was  attainable, using  radio  clock  signals  from Potsdam  (Germany)  and/or  Rugby  (UK)  for  calibrations. When we  first  deployed  our  CR‐stations  in W. Norway  high  schools  in  2000/2001 we  used  the  Internet  timing  system  being accurate  to  +/‐  0.01 sec  or  better. At  that  time GPSs were  relatively  expensive  and  besides  a drawback is its required outdoor monitoring with exposures to rainy weather and theft. Present day, the preference is for using highly accurate and inexpensive GPS timing (+/‐ 0.002 sec). 

For most monitoring  systems  today  fast  data  access  at  the  local  center  or  Hub  is mandatory. This has been  feasible since  the 1970‐ties using say  leased commercial  telephone lines but high costs have prevented wide spread use of such solutions until recently. Today the relatively easy access  to  the  Internet at almost no costs make  this mean  for  the data  transfer universally  praised  by  seismologists.  In  case  of  stand  alone  station  operations most  of  the events recorded and stored on disks in the field while only an affordable fraction of the data stream is transferred within a reasonable time lag to the Hub. In this context is interesting to ʹconvertʹ  mobile  phones  into  a  data  transfer  unit  (Katkalov  and  Husebye,  2007).  Note, advanced data logger design permit extractions of critical parameters for an epicenter location like P – arrival  times and amplitudes and also signal envelopes  (1 sec sampling)  tied  to  the Hilbert transform of the original waveforms (100–200 Hz sampling). 

Proper seismograph siting is critical for the high quality network operations. Preferably site  surveys  proceed  the  actual  installation measuring  the  ambient  noise  field  and  avoid locations close to fast running machinery. In particular, it is important to avoid any site ʹtied toʹ parts of the housing structure which easily ʹtransmitʹ in‐house activities. Switching on‐ and off‐ of machinery are occasionally manifested as spikes in the recordings. If the spikes are simple and  of  a  regular  form  they  are  easily  removed  by  a  digital  filter,  the  CR‐II  data  logger incooperates such a feature. 

44..  KKaarreelliiaann  sseeiissmmiicc  nneettwwoorrkk  ––  CCRR‐‐IIII  iinnssttaallllaattiioonn.. In Karelia we undertook a special study of CR siting environments by installing 4 CR stations at very different sites (Figure 1). 

Page 47: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444555

Figure 1. Seismic stations: PTRZE, KOSTE, BELME and  PITKE  (triangles)  with  the  CR‐II instrumentation  installed  in  2000–2006  in  Karelia (NW Russia) and adjacent quarries (red stars). 

The network installation process began in 

Aug. 2000 when the first station was installed  in the  Geophysical  Yard  of  the  Petrozavodsk University  (PTRZE  in  Fig.  1).  Seismometer was installed in the basement of a wooden, two‐story house  on  solid  rock. Data were  transmitted  via radio link to the Institute server. This station has provided reliable event recordings for more than 6 years. Then during summer 2006 a new station was installed in a school yard (KOSTE in Fig. 1). 

It was impossible to dig a hole close to the data logger and due to a lack of safety for outdoor installation we  put  sensor  on  the  floor  in  the  school  building. As  expected,  this  place was hopeless due to the human activity  in the building so only explosions from  the nearby mine were recorded during the half year of operation. 

The remaining two stations (BELME and PITKE in Fig. 1) were installed on the premise of radio masts where service buildings provided stations with proper housing. Therefore one station BELME was installed near the mast in the outskirts of the small town Belomorsk close to  the White Sea. The  sensor was  installed  in an abandoned building on exposed  rock. The closeness of the town, railway station and White Sea bay made reliable recording impossible of even  close occurring  events. Only a  few  teleseismic  earthquakes and  some  explosions were recorded by  this  station over  6 months. The other  station PITKE was  installed near  a mast relatively  far  from  any  human  activity  and  3  km  away  from  the  Ladoga  lake.  Sensor was installed on the solid rock and a wooden shielding was made. This installation turned out to be successful and events of different kind were recorded. 

For both of these stations (BELME and PITKE) data transmission and station operation were organized via GPRS modem of mobile phones. An unexpected shortcoming of the GPRS connection was  during  lunch  and  dinner  time when  the  cellular  network was  overloaded causing low speed connection. Contrary to our expectations the electric lines of the radio masts did not produce spikes on  the recordings and  likewise wind vibrations of  the masts had no significant recording influence. 

55..  CCoossssaacckk  RRaannggeerr  RReeccoorrddiinnggss  iinn  RReesseeaarrcchh.. The first Cossack Ranger seismographs were to some extent home made  in  the sense  that besides  the  individual sensor of cost $ 60 each, partly ʹhome madeʹ ADC and an old PC as data logger had a price tag less than $ 1000. Some colleagues  asked whether  such  a dirt  cheap  seismograph was useful  for  advanced  research purposed. This was considered a challenge so the first step in testing recording quality was to site  the  CR  adjacent  to  a  Kinemetrix  Ranger  seismograph  –  the  ASK  station  close  to  the Institute and Bergen city  itself. Test was only partly successful as  the Kinemetrix  recordings obviously were clipped  for a  local ML~3.5 events. Further  tests were a polarization study of Karelian  events  (Matveeva  et  al.  ibid) demonstrating  that observed  and  calculate wavefield 

Page 48: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444666

polarization properties were similar. This would not have been feasible with anomalous phase shift  among  the  sensor  components.  In  another  study,  we  used  deformable  templates technique for linearly projecting the Lg‐wave train from one CR station into another one – the original  waveforms  replaced  by  their  respective  Hilbert  transforms.  In  other  context,  we subjected  the  Pg/Pn‐coda  to  an  automatic  phase  picking  scheme  and  then  using  Bayesian statistics  for  validating  the  pickings  toward  updated  focal  parameter  estimates  including depth. The CR  is  also  efficient  in monitoring  local  seismicity  since  its  2D  signal detector  is superior to the conventional 1D detector commonly used. 

SSuummmmaarryy.. All installed CR‐II stations proved itself as robust, stable and easy to install (even for a single person) and operate seismograph. Some of the stations operated for more than a year in Norway and Karelia without any disruption while in some cases water leaked into the instrumentation boxes. This problem was eliminated by using more elaborate box design and also to ensure that the sealing putty in fact stopped water sipping inside the box. We have also operated  the CR’s  in most moistly environments  like  the  jungle  in Costa Rica,  the wet west coast of Norway and cold areas like Karelia, Spitsbergen and in the Kirovsk mountains. It has been  functioning equally well  in all  these environments. To summarize,  the Cossack Ranger design  is well  suited  for  advanced  seismological  research  and network monitoring  of  local seismicity. 

RREEFFRREENNCCEESS::  

Chernouss,  P.,  Zuzin,  Yu.,  Mokrov,  E.,  Fedorenko,  Yu.V.,  Kalabin,  G.,  Husebye,  E.S.,  1999. Avalanche Hazards in Khibiny Massif, KOLA, and the new Nansen Seismograph Station. IRIS Newsletter, No. 1, p. 12–13. 

Fedorenko, Yu.V., Husebye, E.S., Bulaenko, E.,  2000. School Yard  Seismology. Orfeus Newsletter, Vol. 2, No. 3, p. 22. 

Katkalov, Yu., Husebye, E.S., 2007. Cossack Ranger field operation ‐ efficient data transfer via mobile phones. Manuscript in preparation. 

   

Page 49: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444777

AAAUUUTTTOOOMMMAAATTTIIICCC     PPP‐‐‐CCCOOODDDAAA     PPPHHHAAASSSEEESSS    IIIDDDEEENNNTTTIIIFFFIIICCCAAATTTIIIOOONNN    UUUSSSIIINNNGGG    BBBAAAYYYEEESSSIIIAAANNN   AAAPPPPPPRRROOOAAACCCHHH    

Matveeva T.1, Fedorenko Yu. V.2, Fedorenko M.3, Husebye E. S.4 1Institute of Geology, KarSC RAS, Petrozavodsk, Russia, [email protected] 2Polar Geophysical Institute, KSC RAS, Apatity, Russia, [email protected] 3Kola Branch of the State University of Petrozavodsk, Apatity, Russia 4Bergen Center for Computational Science, UNIFOB/UoBergen, Thormoehlensgt. 55, 2008 Bergen, Norway, [email protected] 

11..  IInnttrroodduuccttiioonn.. Reliable focal depth estimation could be provided with confidentially using secondary phases in earthquake recordings. Standard analyst practice is to pick manually and identify a ʹphaseʹ in the P‐coda in terms of beliefs. These efforts are often useless because phase pickings are not coupled to a phase validation scheme. With the latter it is meant that a phase picking,  say  a  pP‐phase  candidate,  should  comply  with  preceding  P‐polarization  and  P‐slowness requirements. Obviously, picking secondary phases in the P‐wave coda is not only a technical problem but  foremost a scientific one; how many phase candidates may be picked and what  record  screening procedures  should be used? Extracting a  large number of phase candidates from a network of stations and then introducing a maximum likelihood method for recognizing  them  properly  and  jointly  with  a  focal  depth  estimate  requiring  excessive computations (Husebye et al., 2002). So at this stage we  limit ourselves to a phase validation scheme based on signal polarization characteristics. Next we outline a Bayesian approach for screening depth phases arriving in the P‐wave coda between Pn/Pg and Sg/Lg. Note, S‐waves propagate in 2 modes ‐ SV and SH and are in generally relatively complex and may not be well polarized due to small unknown ray path differences. Avoiding such complications we leave S phases validation for future investigations. 

22..   TThhee   pphhaassee   ppiicckkiinngg   sscchheemmee..  Most  applications  of  our  novel  concept  are  at  local  and regional distance ranges because wave amplitudes on the horizontal components are relatively week at  teleseismic distances. Now we  focus on validating  the classical depth phases pP, sP and PmP which are needed for accurate local depth estimates of crustal earthquakes. 

Starting with  a  rough  epicenter  location we  have  apriori  information  on  expected direction (azimuth) of particle motion projected in the horizontal plane. The simple two‐layer velocity model predicts propagation time reasonably well, but fails to predict the value of the incidence angle apparently due to uncertain velocity gradient near  the surface. Although we do not know  the  incidence  angle per  se, we believe  that Pn, pP  and  sP phases  arrive with smaller incidence angle than Pg. We also believe that seismic phases are better polarized than random coda and noise wavelets and that the probability to pick and identify correctly seismic phases (pP, sP etc.) increases with their amplitudes. 

In this study we attempt to transform our degrees of belief into numbers incorporating the  information  contained  in  waveforms.  As  a  first  step  we  consider  the  “wrong”  phase screening problem as clustering and simply want  to verify  the existence of some clusters  (or classes)  using  signal  polarization  properties.  Furthermore,  we  try  to  answer  if  the discrimination  between  classes  are  good  enough  and  how  those  classes  correspond  to  our physical understanding of wave propagation. As the second step we will apply accumulated experience to relate clusters to seismic phases. 

Page 50: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444888

We assume that any P‐wave onset is a plain sum of linearly polarized signal wavelets and scattered non‐polarized wavelets and noise. The p.d.f. of seismic signals is quite close to Gaussian so we presume that the covariance matrix holds almost all information contained in  the  waveforms.  The  preparation  of  input  for  our  clustering  analysis  consists  of  the following procedures: 1. The  3 –  component waveforms  ( )kts ,  kt k t= Δ ,  k   =  0 1K,..., −   are  filtered  to  suppress 

background noise and if necessary, the high frequency part of signal spectra where the polarization usually degrades; 

2. The  real  signal  is  converted  to  analytic  signal  ˆ ks   =  ks   +  { }kjH s  where  ks   =  ( )kts , 1j = −  and  { }H .  denotes the Hilbert transform operation; 

3. The covariation matrix  T *ˆ ˆ( )k k k=C s s  is calculated for each  k , then each element of  kC  is averaged over  time by a  low‐pass  linear phase Bessel  type  IIR  filter or Savitsky‐Golay filter. To reduce the computational burden in forthcoming operations these elements are decimated (usually by factor M  = 5 .. 10, according to the smoothing filter used); 

4. The eigenvalues  kΛ  and eigenvector  1ku  are evaluated for each sample  k  for smoothed and  decimated  version  of  the  kC% .  Then we  calculate  1ku ,  1kv ,  1kλ   and  kr  with  k  = 0 1K M,.., / − . Again the parameters used in analysis are the incidence angle observed and expected, 

azimuth and arrival times. The last two parameters stem from the preliminary estimate of the epicenter location. 

33..  CCllaassssiiffiiccaattiioonn..  Classification problems are discussed  in many books and articles so here we outline the appropriate one for our analysis (Merhav and Ephraim, 1991; Duda et. al, 2000; Tarantola, 2005). One meaning of “classification” is that our task is to establish the existence of classes or clusters in the data. The other meaning is to find a rule that will enable us to classify a new set of data  into one of existing classes. The former one  is known as the Unsupervised Learning or the Clustering problem, the latter as the Supervised learning. Below we consider the Clustering problem, that is i) to establish clusters  in seismic signals and ii) relate them to seismic phases if feasible. There are three essential components of our combined approach: 

1. Estimate  prior  probability  distribution  (the  relative  frequency  with  which  the respective classes occur in the population); 

2. Establish rules for separating classes; 3. Set the penalty associated with making a wrong classification. Applying Bayes theorem we can calculate the aposterior probability for all established 

classes  iA  

( )1

0( ) ( ) ( ) ( )

N

i i i i ii

p A L A p A L A p Aφ −

=

| = | / |∑x x x  and assign result of measurements  x  to the 

class  dA   with  maximal  aposterior  probability  given  x .  In  our  case  all  variables  are  real numbers  so  probabilities  become  probability  density  functions  (p.d.f.)  and  aposterior probability related to  iA  must be obtained by integration over model space. 

The discriminator is the expected incidence angle  Eφ  which is not exactly known. The uncertainty of our knowledge on  Eφ  within each class  is described by a  truncated Gaussian p.d.f. Also we assume that the deviation from the estimated azimuth of P‐phase arrivals does not  differ much  for  all  P‐phases  because  the  deviations  of  the  crust  velocity model  from horizontally  layering are not  large. Preliminary  location  is approximate  therefore we employ 

Page 51: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

444999

our priory knowledge on azimuth  in  terms of a probability density  function which we also define  as  truncated  Gaussian  p.d.f.  Finally  we  construct  the  p.d.f.  of  model  as 

( ) ( ) ( ) ( )2 22 22 21 max 1| Ei E

k i Ei E k kf A f r r e eφ θφ φ σ θ θ σφ θ λ φ θ λ λ − − / − − /′= , , , , , ∝ .  Simplifying  our  p.d.f.  we  get likelihood  for  each  waveform  sample  k   which  is  used  to  separate  classes: 

( ) ( ) ( )2 2

1D 1 2 2| exp exp2 2

d dk il u A

s sθ φ

θ θ φ φ⎡ ⎤ ⎡ ⎤− −⎢ ⎥ ⎢ ⎥, ∝ − ⋅ −⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦

v .  We  choose  this  form  of  the  likelihood 

because we  can not  avoid numerical  integration over  θ . Calculating  and plotting posterior probabilities for each  iA  versus time, also assuming that our distributions are narrow we can safely expand our integration limits to  ±  infinity and obtain a closed form solution: 

( )2 22 2 2 22 22 2

1 2 2 2 22 2 2 2 2 2 2 2Pr | exp

2 2 2 22 2d iE d EiE Ed d

ik k k ks s

A rs ss s s s

φ φ θ θ

φ φ θ θφ φ φ φ θ θ θ θ

σ φ φ σ θ θφ θφ θλσ σσ σ σ σ

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

⎡ ⎤+ +⎢ ⎥′∝ − − + − −⎢ ⎥+ +⎣ ⎦

x . 

Evaluation of  the  cost  for wrong  classification  is  itself a quite difficult problem.  It  is coupled with  the  target problem of hypocenter  location by maximum  likelihood because  the wrong phase classification affects the reliability of the final solution in an as yet unknown way. At this stage of development we do not elaborate on any cost thus in effect assuming that all costs are equal. 

44..  TTeessttiinngg  RReessuullttss   ooff   PPoollaarriizzaattiioonn  CCoonncceepptt   ffoorr   SSeeccoonnddaarryy   PPhhaasseess   PPiicckkiinngg..  To  show here the viability of our novel polarisation concept for picking depth phase candidates we have analyzed the local earthquake recording from the Petrozavodsk (PTRZ) station in Karelia, NW Russia.  This  station  is  equipped  with  the  Cossack  Ranger  3‐component  seismographs (Fedorenko et al., 2000). Our polarization concept for phase picking and validation appear to work satisfactorily (see Fig. 1). 

In estimating phase arrival times we used the Karelian crustal model with Moho at a depth of 42 km and the corresponding Pg, Pn, Sg and Sn; phase velocities are 6.2, 8.0, 3.8 and 4.7 km/sec respectively (Sharov, 2004). For this event we presumably detected Pn, sP, and Pg but no pP. The latter may reflect a particular orientation of the fault plane with no pP focusing towards  the  PTRZ  station  (Pearce,  1996) while  PmP  is  expected  to  be weak  at  epicentral distances exceeding 500 km. A puzzling feature is the relative steep Pg incident angle at 40 deg while that of Pn  is 46 deg. There  is as mentioned no rational explanation for this except that crustal wave propagation is often complex for nearly horizontally propagating waves. 

Figure 1. Secondary phases automatically picked by  our  polarization  analysis  schemes.  The recording  at  the  Petrozavodsk  seismic  station (PTRZ)  from  a  small  local  earthquake  on  06 December 2002 at an azimuth angle of 344 deg and  distance  536 km.  Upper  plot  shows Pr( )Ei kφ | x  for each data sample  kx . Middle plot shows the Z‐component trace. Lower plot shows the result of a polarization filter (solid line) and shift  in  azimuth  angle  for  particle  oscillations (dotted  line). For detected secondary phases  the shift  in  azimuth  angle  equals  to  zero  and  the filter output reaches the maximum. Arrival times calculated from given location relative to the Pn onset are: sP +6 sec, Pg +9.6 sec. 

Page 52: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555000

55..  DDiissccuussssiioonn..  In this work we attempt to use P‐signal characteristics for isolating secondary phases of the P‐type. Reliable identification of pP‐ and sP‐phases are critical for accurate focal depth estimates as conventional methods  like cepstrum analysis or subjective analysts picks are not efficient  (Bonner et al., 2002).  In  testing performances of our polarization scheme on recordings  from  school  networks  (W.  Norway)  and  Karelian  Seismograph  Network  (NW Russia) we obtained gratifying preliminary results. Firstly, arrivals outside the ‘true’ azimuth range of say ± 5 degrees are rejected so interferences from side‐reflections are small. Likewise incident angles tied to crustal/upper mantle velocity models are also efficient  in constraining false alarms that is interferences of scattering wavelets. Even with a somewhat limited analysis experience  we  are  confident  that  the  polarization  scheme  works  satisfactorily.  Still  some judgement  in  interpreting results may be needed and the most obvious case  is as follow: the probability  function plot  indicates  a phase  arrival but  the  trace  itself  exhibit only  a blurred phase arrival and beside no significant change in azimuth angle in the polarization filter trace plot.  So  far  we  have  not  succeeded  in  finding  so‐called  Ground  Truth  events  with  focal parameters  accurate  to within  3  km.  Then we would  have  an  adequate  basis  for  judging performances  and whether  on  a  routine  basis  can  extract  reliable  sP‐,  pP‐  and  PmP‐phase arrivals.  If  so we will  have  reliable  focal  depth  estimates  also  for weak  local  and  regional earthquakes – this has been an outstanding research goal for several decades.  

RREEFFEERREENNCCEESS::  

Duda, R.O., Hart, P.E., Stork, D.G., 2000. Pattern Classification. Wiley & Sons, 680 p. Fedorenko, Yu.V., Husebye, E.S., Boulaenko, E., 2000. School Yard Seismology. Orfeus Newsletter, 

Vol. 2, No. 3, 22 pp. http://www.orfeus.nl/v2no3 Husebye,  E.S.,  Fedorenko,  Yu.V.,  Beketova,  E.B.,  2002.  Enhanced  CTBT  Monitoring  through 

Modeling,  Processing  and  Extraction  of  Secondary  Phase  Information  at  High  Signal Frequencies. 24th Seismic Research Review  ‐ Nuclear Explosion Monitoring:  Innovation and Integration, Sep. 17–19, Ponte Vedra Beach, FL., USA, 292–301. 

Merhav,  N.,  Ephraim,  Y.,  1991.  A  Bayesian  Classification  Approach  with  Application  to  Speech Recognition. IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 39, No. 10, Oct., 529–532. 

Sharov,  N.V.,  (ed.),  2004.  Deep  structure  and  seismicity  of  the  Karelian  region  and  its margins. Karelian Research Center, Institute of Geology, Petrozavodsk, Russia, 352 p. 

Tarantola, A.,  2005.  Inverse  problem  theory  and methods  for model  parameter  estimation.  SIAM, University City Science Center, Philadelphia, PA, USA, 358 p. 

Page 53: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555111

SSSEEEIIISSSMMMIIICCC     RRREEESSSIIISSSTTTAAANNNCCCEEE     OOOFFF    SSSYYYSSSTTTEEEMMMSSS     AAANNNDDD     EEELLLEEEMMMEEENNNTTTSSS    OOOFFF    EEEXXXIIISSSTTTIIINNNGGG    IIIGGGNNNAAALLLIIINNNAAA    NNNPPPPPP    OOONNN    TTTHHHEEE     BBBAAASSSIIISSS     OOOFFF    PPPEEERRRFFFOOORRRMMMEEEDDD   IIINNNVVVEEESSSTTTIIIGGGAAATTTIIIOOONNNSSS   

Mereznikov A. Ignalina Nuclear Power Plant, [email protected] 

Abstract:  Ignalina  NPP  was  designed  and  constructed  in  accordance  with  standards  and regulations  that  did  not  stipulate  the  consideration  of  seismic  loads  and  performing  of additional calculations. Ignalina NPP power units 1 and 2 are similar according to the design of construction, main systems and elements. Special  investigations of ground motions on the site were performed in 1988, after the design and construction of the INPP both units has been finished. Probabilistic characteristics of floor response spectra of Ignalina NPP buildings under earthquakes are calculated in 1991. 

The maximal  characteristics  on  earthquake  intensity  for  blocks A,  B, V, D  building 101 – IMCE=6.5, maximal ground acceleration ~ 0.75 g (according to the data for power unit 1); pump station SWS 120/1.2 –‐ IMCE =6.0, maximal ground acceleration ~ 0.6 g, ECCS pressure tanks,  building  117/1.2  –  IMCE=7.0, maximal  ground  acceleration  ~  0.1 g were  adopted  for calculation of  initial  characteristics of  Ignalina NPP  constructions under MCE. The maximal intensity  on  Ignalina  NPP  site  from  distant  earthquakes  (only  Carpathian  and  Skagerrak locations were taken into account) will not exceed 5 of MSK‐64 numbers. 

Number  of  seismic  impact  assessments  was  performed  in  1994–1997  by  Western experts.  

The checking calculations of the primary circuit critical elements, including DS and its supports, ECCS elements, electric power supply, RM of Ignalina NPP were performed in 1998–2001 with additional participation of scientific and engineering support organisations which applied the modern computer codes of calculation and data of the actual structures of INPP.  

New objects, systems, elements of Ignalina NPP are designing and constructing/buying considering  the modern  standards  of  design.  It  is  not  reasonable,  considering  hypothetical seismic  risk,  to grade all  the elements and  systems of existing NPP  to  the  state qualified as ʺseismically provedʺ according to the modern standards.  

After  the  earthquake  corresponding  according  to magnitude  to  the  design  one  or exceeding it, in accordance with Rules on the Design and Safe Operation of the Equipment and Pipelines of NPP the extraordinary monitoring of equipment and pipelines is stipulated. 

The performed investigations on assessment and improving of seismic stability of the systems  and  elements  of  Ignalina NPP  show  that  the  activity  of  INPP,  as  an Operator,  in improving  of  seismic  stability  to  the  level  of  requirements  of modern  standards  of  safety, corresponds with the international practice, as it was stated in IAEA report INSAG‐8 [1]. 

It  is  the responsibility of  the Operator of NPP  to use  the  latest available  information. According  to  the  requirements  of  modern  Lithuanian  standards  the  designing  and  the construction of new nuclear facilities have to consider the seismic impacts [2, 3].  

Ignalina  NPP  implements  the  system  of  seismic  alarm  and  monitoring.  Now  this system  is  put  into  trial  operation.    Analysis  of  data  obtained  by  SMS  allows  to  estimate whether structures and equipment are damaged after earthquake and, consequently, whether plant  is  able  to  operate  further.  Information  obtained  by  SMS  about  local  earthquakes  and 

Page 54: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555222

long‐distance seismic events is continuously transmitted to the Lithuanian Geologic Survey for analysis. The obtained data is used to study the seismicity of the Baltic Region and Lithuanian territory [4].  

RREEFFEERREENNCCEESS::  

1. Safety analysis report for Unit 1, 2, INPP. 2.  Program  for  categorisation  of  safety  related  building,  structures,  systems  and  their  components  

under seismic evaluations. 3. Design Documentation for New Facilities under Decommissioning of Ignalina Unit 1, 2.  4. Operation Manual of Seismic Alarm and Monitoring System.   

Page 55: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555333

SSSEEEIIISSSMMMIIICCC     HHHAAAZZZAAARRRDDD    OOOFFF     TTTEEERRRRRRIIITTTOOORRRYYY    OOOFFF    LLLOOOCCCAAATTTIIIOOONNN    OOOFFF    TTTHHHEEE    IIIGGGNNNAAALLLIIINNNAAA   NNNUUUCCCLLLEEEAAARRR   PPPOOOWWWEEERRR   PPPLLLAAANNNTTT   BBBYYY   RRREEESSSUUULLLTTTSSS   OOOFFF   CCCOOOMMMPPPLLLEEEXXX    RRREEESSSEEEAAARRRCCCHHHEEESSS   111999888777–––111999888888    OOOFFF   TTTHHHEEE   LLLAAASSSTTT   CCCEEENNNTTTUUURRRYYY   

Mindel I.G., Trifonov B.A.  Russian Academy of Sciences, Institute of Environmental Geosciences P.O. Box 145, 13‐2, Ulansky per., 101000, Moscow, Russia. E‐mail:[email protected]

In 1987‐1988 of last the century, after introduction in action of “Regulation on aseismic design of  plants”  PNAE  G‐006‐87  the  decision  of  Council  of Ministers  of  the  USSR  formed  the Governmental  commission  for consideration of  some questions of  safety of operation  INPP, and  also  tool  researches were  carried  out with  the  purpose  of  seismic microzonation  into districts of a site of station. 

In tectonic aspect INPP site settles down on Zaralaisk step in area of interface of three large tectonic structures of the crystal base. The roof of the base lies on a depth of about 700 m. The site is in 10 km from East‐Lithuanian Zone of faults and in 30 km from Schilutsk–Polotsk zone of  the  faults, which  are made  active  at  the newest  stage of development. Zone of  the Daungavpils break is tracked in 15–20 km, linear active Aukschaits zone is traced in 40 km in a longitudinal  direction.  Units  of  crossing  East  Lithuanian  and  Zaraisk–Breslavsk,  and  also Daugavpilse and Reznaksk breaks are located approximately in 15 km to northeast from INPP. 

In October–November  1988,  the  subcommittee  on  a  question  of  seismicity  has  been formed in structure of the Governmental commission on development of actions on increase of safety INPP. The largest experts in the field of seismicity and seismotectonic have been enlisted in this subcommittee: V.V. Schteinberg (chairman), N.V. Schebalin, G.I. Reisner, P.I. Suveizdis and  others.  The  conclusion  by  results  of  work  of  this  bureau  has  been  considered  and approved  on bureau MSSS  at Presidium  of Academy  of  Sciences USSR  28.11.88. Results  of estimation of maximal magnitude (Mmax) and intensity of earthquakes in an epicenter (IΔ) in area INPP are listed in Table 1 according to commission materials. 

Table 1 

The name of zone  Mmax Depth of the center h, km 

The minimal distance to a site, km 

Intensity in epicenter IΔ, 

unit The East‐Lithuanian zone limited in NNE to crossing with Daugavpilsk and Zaraisk–Breslavsk by a fault, in the south‐crossing with Schilutsc–Polotsk and Aukschtaitsk faults 

4.5–4.6  10  10  5.7–5.9 

Unit of crossing of the East–Lithuanian zone with Daugavpilsk and Zaraisk‐Breslavsk faults  

4.8  10  15  5.9 

Scattered seismicity in case of an adverse location of the center directly under a site 

4.5–4.6  10  0–50  6.2–6.4 

The catalogue of earthquake with the intensity of 3–7 points in radius of 250 km from 

the site INPP contained data on 19 earthquakes for a period since 1616 till 1909. In result it was decided  to  accept  IDBE=5  points  and  IUDBE=6  points  for  the  soils  II  categories  on  seismic 

Page 56: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555444

properties. INPP site test also suffers shocks from remote deep focus earthquakes from Carpat zone and the Scandinavian centers such as Skaggerat earthquake of 1904. The maximal force of concussions from the centers of remote Carpat and Scandinavian earthquakes does not exceed the intensity 4–5 points. 

Engineering‐geological  conditions  of  INPP  territory  are  very  complicated,  that  is caused by geological and litological structure and hydro‐geological conditions. The top part of Quaternary massif up to depth of 50 m is composed of end‐moraine by the formations of the Valdai glaciations presented by both layered and facial‐replaced moraine by loams and sandy loams with  inclusion of gravel and pebbles and water‐glacial sand with  inter  layers of dusty and fine differences. In downturn of a relief there lie lake‐glacial deposits: loams, sandy loams and varved clay up to 7.6 m thick blocked by lake‐bog formations (peat, loams, sandy loams, sand,  sapropels)  of  0.5–10.9 m  thick.  In  sites  of  power  units  bog  deposits  are  replaced  by artificial soils. All investigated soil massif within the limits of a site of the atomic power plant was watered. Depth level groundwater rather changed from 0,5 up to 8 m. Near to power units levels of ground water  are a little bit reduced due to influence ring a drainage. On materials of engineering‐geological  researches  11  engineering‐geological  elements  have  been  allocated, parameters of physical and physical‐mechanical properties of the soils were resulted and the category of the soils on seismic properties in each element was estimated. Practically, the soils of all 11 engineering‐geological elements according to table 1 SNiP II‐7‐81* [1] fit to III category on seismic properties. 

Tools researches consisted  in surface seismic  investigation  (a method of  the refracted waves)  and  borehole  investigation  (vertical  seismic  profiling),  and  also  in  registration  of fluctuation of soils from various sources in points of a site typical from engineering‐geological conditions. Seismic  researches was performed with  the propose of determination of velocity shear  (S) and  longitudinal  (P) waves  in  soils  the  top part of  the  sections  for  the  subsequent estimation of  increments seismicity on a method of comparison seismic  regidity  (MSR), and also for drawing up of the seismic section (models) further used in calculations of parameters of seismic actions. 

Special  tool  researches  have  been  carried  out  for  an  estimation  of  absorbing characteristics of soils the top part of section at propagation of seismic waves.  

At registration of  fluctuations of  the soils  in  three points of a site within 2 months at rather high  level of   handicapes  (work  of  turbogenerators, building mechanisms,  transport, etc.)  12  events  have    been  written  down,  amplitudes  of  fluctuations  at  which  3–4  times exceeded  a  background  of  handicapes.  All  records  are  not  similar  to  fluctuation  from earthquakes and are man‐caused by  sources  (sharp  changes of  loading  turbogenerators and pulse influences from unstated sources). 

Average velocity of S‐waves in the top 10‐meter thickness changed from 150 m/s up to 400 m/s, and values Vp/Vs –  from 2.5 up  to 10.  In  the bottom massif  in an  interval of depth from 10 m (a level of depth bases of reactor units) up to 20 m from surface, Vs changed from 250 m/s up  to 500‐600 m/s at Vp/Vs=2.0–5.5.  Increments of  seismic  intensity  (ΔI)  in view of position of a level of ground water  concerning hypothetical soils II categories on a surface of a site were estimated by size +1 point, at depth on 10 m from surface (from 10 m up to 20 m) – about +0,5 points. Decrements (Dp,s) of seismic waves absorption in the top part of a section were equal  in general: for top water saturated soils of 10 m thickness with Vs up to 250 m/s Dp≈1,0, Ds=0,60, for the soils 10 m lying below with Vs>250 m/s Dp=0,50, Ds=0,60. By results of registration of soil fluctuations from various sources (basically man caused) in three points of a 

Page 57: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555555

site with a little bit various engineering‐geological conditions the peak level differed in various items no more than on 20–30%. The prevailing periods of fluctuations, which peak level in 3–4 times were exceeded with microseism, made  in  the maximal phases 0.15–0.34 with, that as a whole correspond to the resonant periods of fluctuation of thickness of the soils on the site. The constant background of handicapes was characterized by the periods 0.10–0.15 sec. By results of tool supervision by different methods seismic soils conditions of a site can be considered as quasi homogeneous. 

At  calculation of amplification Ratio of  thickness of  soils on  site  INPP and designee acceleration of a settlement section (seismological model) up to depth of 700 m were used, as elastic  half  space  the  roof  of  the  crystal  base  was  accepted.  The  basic  quantitative characteristics of seismic action from local earthquake according to special calculations under computer  programs  have made  at maximum  settlement  earthquake  for  a  surface  of  a  site amax=100 sm/sec2, Tamax=0.15‐0.40 sec, effective duration of  fluctuations τ≈3–4 sec.  In a case of depth  the bases on 10 m  from a  surface amax=60–75  sm/sec2. Seismic  conditions on a  site  for UDBE and DBE from  local earthquakes both on a surface, and  in a case of bases depth were characterized  by  a  corresponding  set  settlement  and  synthesized  of  accelerograms.  For  the account of  the removed earthquakes such as Carpathian and Skagerrat  it was offered  to use record accelerograms Carpathian earthquake of 1977, registered 1400 km far from an epicenter, the amplitude scaled on a level up to 50 sm/sec2. 

On a map of seismic microzonation into districts of site INPP of scale 1:1000 according to complex engineering‐geological and  tool  researches, and also special calculation  the most part of territory (about 70%) at UDBE has been related to seismicity of 7 points. Also the map on a mark of 139 m has been made (a level of depth of reactor units), thus  inn calculation of 10 m,  lying below specified mark were accepted  litological structure and soils properties.  In this variant the most part of territory at UDBE was characterized by seismicity of 6.5 points.  

The approached estimation of an opportunity of deformation of soils has been executed at 7‐units impacts. It was considered that lake‐bog, lake‐glacial sandy loams, loams and clay at dynamic  loadings  show  thixotropic  properties,  losing  structural  bonds.  According  to  the approached estimation at 7‐units reactions on a surface of soils cracks on depth up to 5 m can be formed [3]. 

For  20  years past  almost  after  the  researches undertaken  on  site  INPP  according  to seismic hazard  local engineering  conditions and  seismic properties of  soils as a whole have hardly undergone essential changes. However in the basis of reactor blocks under influence of loading and  eventually of  soils properties  could  change  to  the best. Experience of  studying constructions,  including Rostov atomic power plant, on NPP  in Bushehr  (Iran) and on other nuclear  objects,  testify  to  it  [1]. As  to  an  estimation  of  initial  seismicity  and  initial  seismic reactions  in view of advanced  last year’s probablisting approaches?  Including an estimation seismic  intensity  at  repeatability  of  earthquakes  of  1  times  in  10000  that  is  used  at UDBE changed  in a number of aspects and  the  requirement of new national normative documents and CODE of IAEA provision concerning a safety of the NPP, including from possible seismic reactions. In view of these changes results of researches of 1987–1988 on site INPP, probably are subject to updating and addition. 

Page 58: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555666

RREEFFEERREENNCCEESS::  

Alyoshin A.S., Mindel  I.G., Trifonov  B.A. Control  of  seismic  properties  of  soils  under  the  bases reactor units of the nuclear power plants. Geodynamics and technological impact. Materials of the All‐Russia meeting. On September, 12‐15. Yaroslavl. P.13–18. 

SNiP. Construction in seismic areas. Gosstroy Russia. Moscow, 2002. 45 p. Estimation of  influence of soil conditions on seismic danger. A methodical menagement on  seismic 

microzonation. Under edition Pavlov O.V. Moscow, «Nauka», 1988. 223 p.    

Page 59: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555777

AAAPPPPPPRRROOOAAACCCHHH    TTTOOO    PPPAAARRRAAAMMMEEETTTRRRIIIZZZAAATTTIIIOOONNN    OOOFFF    TTTEEECCCTTTOOONNNIIICCC   EEEAAARRRTTTHHHQQQUUUAAAKKKEEESSS   WWWIIITTTHHHIIINNN   TTTHHHEEE   KKKAAALLLIIINNNIIINNNGGGRRRAAADDD   DDDIIISSSTTTRRRIIICCCTTT,,,   RRRUUUSSSSSSIIIAAA,,,   BBBYYY   MMMAAACCCRRROOOSSSEEEIIISSSMMMIIICCC   DDDAAATTTAAA   

Nikonov A. A. Institute of Physics of the Earth RAS, Bol. Gruzinskaya, 10, Moscow, 123995, Russia, [email protected] 

After  unexpected Kaliningrad  earthquakes  on  September  21,  2004,  scientific  activity  in  the region was developing, among other, into two lines particularly. The first one is assessment of macroseismic data  in order to derive main parameters of detected  instrumentally three main shocks. And  the  second  purpose  consists  in  searching  and  treatment  according  to modern standards initial data on seismic events of the past within the region. 

The first  line has been provided by collective efforts of Russian experts as  to concern with three main shocks at 11.05, 14.32, 14.36 GMT September 21. The results of the work basing on macroseismic data have been published [Nikonov, 2006; Nikonov et al., 2006; Aleshin A.S. et al., this issue]. Now the author accomplished additionally parameter estimations for the next four shocks  (later aftershocks), which have been registered as sensible by  local residents but recorded  instrumentally. Due  to rather  limited  relevant  information our estimations of  time, epicenter location, maximum observed intensity, and derived magnitude are of lesser accuracy in respect to those for the first three shocks. Nevertheless they seems to be useful. Hypocenter depths can be estimated by elements of macroseismic fields (I0, Δi ) for each considered shock. Non‐accuracy  is marked  by  brackets.  To  derive magnitude  values  we  used  the  equation I0=1.36MS–2.7lg(h)+3.36  [Assinovskaya,  Nikonov,  1988]  as  more  suitable  for  the  region.  It should be noted  that all calculated meanings of  the  later aftershock parameters are  in good accordance with  parameter  of  the  preceded  shocks  in  respect  of  locality  especially,  being smaller in intensity and magnitude (Table 1).  

Table 1. Registered macroseismically earthquakes on 2004 in the Kaliningrad district 

№  Date  

Time h. m. 

Coordinates φ°N; λ°E 

h, кm 

Ms  

I0 

1  Sent. 21  11 05  54.91;   19.88 ±0.08    ±0.02 

15 ±4 

4.3  VI ±0.5 

2  Sent. 21  13 32  54.97;   20.13 ±0.03    ±0.12 

14 ±4 

4.6  VI–VII ±0.5 

3  Sent. 21  13 36  54.88;   19.91 ±0.05   ±0.02 

5 ±4 

2.2  IV–V ±0.5 

4  Sent. 21  19 30 ±30 m. 

54.90; 20.05 ±0.05    

7 (5‐16) 

2.3 ±0.5    

(IV) ±0.5 

5  Sent. 21  21 30 ±5 m. 

55.0; 20.00 ±0.10    

8 (5‐12) 

2.5 ±0.5    

(IV) ±0.5 

6  Sent. 22  00 ±2 h. 

(54.55; 20.10) ±0.05    

5 (3‐8) 

2.3 ±0.5    

(IV–V) ±0.5 

7  Sent. 22  (02  ±2 h.) 

55.0; 20.00 ±0.2    

(5) (3‐10) 

1.8 ±0.5    

(III–IV) ±0.5 

So we have now a full list of macroseismically parameterizied felt shocks of the event 

of 2004 in the Kaliningrad district in order to withdraw relevant conclusions furthermore. 

Page 60: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555888

Following the second line of macroseismic research to continue his previous approach [Nikonov,  2005]  the  author  has  implemented  gathering  and  thorough  analysis  of  historical descriptive sources on seismic events in the Eastern Prussia. The basic sources appeared to be two ones namely chronics of Peter from Duisburg, the author of XV cent. [Peter, 1997], and of later author D. Lucas by name [David, 1813]. Descriptive catalogues of W. Laska [1902] and A. Sieberg [Sieberg, 1940] notes by a couple lines only a seismic event in 1303 mixed with that in Carpathians. Parametric catalogue [Shebalin, Leydecker, 1996] has repeated and confirmed this misunderstanding. Attentive analysis of original texts, being imposed on the geographical and historical realities of that time, allow us to propose position of epicenter areas and some other features of the events. This time we are in position to point out not one but four events (shocks) occurred in 1302 (1303) three of which seemed to be a swarm and fourth one is a separated in place and time event. And one more event is recognized in 1328, i.e. 25 years later in another part of the Eastern Prussia on the Lithuanian border.  

It  was  impossible  to  do  magnitude  assessment  via  felt  areas  because  scarce  of macroseismic data and particularly great square of aquatorium around. That’s why we have used procedure of magnitude assessment via hypocenter depth. If the latter could be evaluated from  derived  elements  of macroseismic  field  we  realized  it  by  nomogramms  from  [New catalogue, 1982] using attenuation coefficient ν=3.  In other cases conventional depth values 2, 5,  10,  15  km  have  been  used.  To  calculate magnitude  values  М  (Мmacro  or Ms) with  better confidence we used several assumptions  firstly and some equations of macroseismic  field of regional sense. They are following 

 

I0=1.36MS–2.7lg(h)+3.36            (I)        [Assinovskaya, Nikonov, 1988]   Ms=0.65I0+1.9log(h)–1.62          (II)       [Kaizer et al., 2002] ML=0.88I0+0.64log (h) –1.52    (III)       [Grünthal, Wahlstrom, 2003]  

In general we prefer to use the equation (I) as being checked out recently for the three main Kaliningrad shocks on September 2004  [Nikonov et al., 2007,  this  issue]. Deflections  in given  results have been  taken  into  account  finally by procedure of disperse  estimations  for each  event.  Of  course,  we  have  quite  insufficient  data  to  evaluate  surely  so  old  event parameters and our estimations have to be considered as having not high reliability (so they are presented in brackets) (Table 2). 

Table 2. Earthquakes in the Kaliningrad district (Eastern Prussia) in the beginning of XIV cent. 

№  Date  

Time h. m. 

Coordinates φ°N; λ°E 

H, кm 

Ms 

 I0  Notes 

1  1302 (1303) Aug. 15 

10 30 ±2 h. 

55.0;   20.0 ±0.5    ±1.0 

(15) 10‐20 

(4.5) ±0.5 

VI–VII ±0.5 

Strength of maximal among three shocks is evaluated 

2  1302 (1303) Aug. 15 

10 30 ±2 h. 

55.0;   20.0 ±0.5    ±1.0 

(15) 10‐20 

(4.3) ±0.5 

(V–VI) ±0.5 

Conditional  evaluation  in respect of strongest shock 

3  1302 (1303) Aug. 15 

10 30 ±2 h. 

55.0;   20.0 ±0.5    ±1.0 

(15) 10‐20 

(3.8) ±0.5 

(V–VI) ±1 

 

4  1302 (1303) Dec.1  ±30 days 

14 00 ±6 h. 

55.3;   21.0 ±0.3    ±0.5 

(10) 5‐20 

(5.0) ±0.5 

(VII) ±0.5 

Conditional  evaluation  by water waves high 

5  1328    55.1;   23.5 ±0.3   ±0.5 

(10) 6‐18 

(5.0) ±0.5 

(VII) ±0.5 

 

Page 61: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

555999

Comparing separated in time 700 years about two bursts of regional seismic activity in the beginnings of XIV and XXI  centuries we can bring  to  light  some  features of  remarkable similarity.  So  in  this  step  of  our  knowledge  we  are  in  position  to  assess  general  seismic situation in the region in better way in order to speculate more about long‐term seismic danger in the Kaliningrad district and in its vicinity. 

RREEFFEERREENNCCEESS::  

Aleshin  A.S.,  Aptikaev  F.F.,  Nikonov  A.A.,  Pogrebchenko  V.V.  Discrepancy  in  location  of macroseismically and  instrumentally derived epicenters of Kaliningrad, September 21, 2004, earthquake – factual data and possible explanations / This issue. 2007. 

Assinovskaya B.A., Nikonov A.A. Felt earthquakes of the XXth century  in the Eastern Baltic shield / XXVI General Assembly  of  the  European  Seismological  Commission: Abstracts.  Tel Aviv, Israel, 23‐28 Aug., 1998. P. 10.  

David M. Lucas. Preussische Chronik. Fünfter Band. Königsberg, 1813. 246 s. Grünthal  G.,  Wahlstrom  R.  An  Mw  based  earthquake  catalogue  for  central,  northern  and 

northwestern Europe using a hierarchy of magnitude  conversions  //  Journal of Seismology. 2003. V. 7. P. 507‐531. 

Kaizer D., Gutdeutsch R., Jentsch G. Estimating  the Magnitude Ms of Historical Earthquakes  from Macroseismic  Observation  /  Geophysical  Research  Abstracts.  V.  4.  2002.  27th  General Assembly. NH4. EGS02‐A.–02495. 

Laska W. Die Erdbeben Polens. Mitt. Erdbeben‐Comission d. K. Akademie d. Wissenschaften. Neue Folge. № 8. Wien. 1902. 36 s. 

New  catalogue  of  strong  earthquakes  in  the USSR  from  ancient  times  through  1977.  Eds.‐in‐Chief N.V. Kondorskaya and N.V. Shebalin. Boulder. 1982. 

Nikonov A.A. Were  there worthy of note earthquakes and  tsunamis within  the south‐eastern Baltic area?  /  In:  Joeleht  (ed.)  Kaliningrad  Earthquake  September  21,  2004: Workshop Materials. Tartu, 2005. P. 23‐25. 

Nikonov A.A. Source Mechanism of  the Kaliningrad Earthquake on September 21, 2004  // Doklady Earth Sciences. 2006. V. 407, N 2. P. 317‐320. 

Nikonov A.A., Aptikaev  F.F., Aleshin A.S., Assinovskaya  B.А.,  Pogrebchenko V.V. Kaliningrad earthquake  of  September  21,  2004,  as  a model  one  for  the  East  European  platform  /  21th Century Geophysics: 2006. 

Papers of the 8th V.V. Fedynski Gephysical Conference. М. 2006. P. 282‐289. (In Russian).  Nikonov A.A., Pacesa A., Aptikaev F.F., Aleshin A.S., Pogrebchenko V.V. Kaliningrad, September 

21,  2004,  earthquake  in  the  Eastern  Baltic  area  basic  macroseismic  maps  for  three  main shocks / This issue. 2007. 

Peter iz Duisburga.  Khronika zemli Prusskoi (Peter from Duisburg. Chronic of the Prussia Land). М.: Ladomir, 1997. 384 p. (In Russian). 

Shebalin N.V., Leydecker. G. Earthquake catalogue for Central and Southeastern Europe 342 BC‐1990 AD. Moscow‐Hannover. 1996. 195 p. 

Sieberg A. Beitrage zum Erdbebenkatalog Deutschlands und angrenzender Gebiete  fur  Jahre 58 bis 1799 / Mitt. Deutsch. Reichs‐Erdbebendienst. 2. 1940. 112 s. 

Page 62: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666000

KKKAAALLLIIINNNIIINNNGGGRRRAAADDD,,,     SSSEEEPPPTTTEEEMMMBBBEEERRR     222111,,,    222000000444,,,    EEEAAARRRTTTHHHQQQUUUAAAKKKEEE     IIINNN    TTTHHHEEE    EEEAAASSSTTTEEERRRNNN    BBBAAALLLTTTIIICCC    AAARRREEEAAA   –––     BBBAAASSSIIICCC    MMMAAACCCRRROOOSSSEEEIIISSSMMMIIICCC    MMMAAAPPPSSS    FFFOOORRR   TTTHHHRRREEEEEE    MMMAAAIIINNN   SSSHHHOOOCCCKKKSSS    

Nikonov A.A.1, Pačėsa A.2, Aptikaev F.F.1, Nikulin V.G.3, Puura V.4 and Aronov A.G.5 1Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, [email protected][email protected] 

2Lithuanian Geological Survey, Vilnius, Lithuania, [email protected] 3Latvia Environment, Geology and Meteorology Agency, Riga, Latvia, [email protected] 4University of Tartu, Estonia, [email protected] 5Center of Geophysical Monitoring, Minsk, Belarus, [email protected] 

The earthquakes on September 21, 2004 aroused  in  the  territory of  the Russian Kaliningrad enclave  and were  felt  as  far  as Norway  and  Belarus  (Wiejacz  et  al.,  2006).  The  first  event occurred at 11:05 UTC, the second at 13:32 UTC, and a small aftershock followed the second event  four minutes  later. The magnitudes of  these events were mb=4.4, mb=5.0, mb=3.0, and epicenter intensities Io=6, Io=6.5, Io=4, respectively. Intensity maps for the near‐epicenter area for the two largest earthquakes were published (see Nikonov, 2006; Nikonov et al., 2006). The differences in the patterns of the maximum intensities of all three earthquakes indicate slightly different source locations offshore very close to the coasts of the Sambia Peninsula. 

The  collection  of  macroseismic  data  was  carried  out  country‐wise  within  the perceptibility  area,  but  intensity  assessment was  discussed  and  coordinated  generally  in  a workshop  in  Tartu,  Estonia  in  May  2005  (Jõeleht,  2005).  Personal  contact  to  sources  of information has supplemented questionnaires and photographs in many places. The European Macroseismic Scale 1998 (EMS) was chosen for evaluation of  the  intensity observations. This work  was  continued  between  the  main  representatives  of  Estonia,  Latvia,  Lithuania  and Belarus under Russian  supervision with  special attention  to  cross‐boundary  correlation and adjustment of  initial data. As a result, maps  for  the  three  largest events have been compiled and  isoseismals 2‐6 contoured for  the Eastern Baltic area  in 2005. These maps are publishing here for the first time. 

The macroseismic field equation I = a MS – b lg (h2 + RI2)0.5 + c allow to estimate all the coefficients of equation and parameter values. Here are: MS – surface wave magnitude, h – foci depth, RI –  epicenter distance  to  isoseismal  I, a, b,  c  coefficients.  In  the  case  considered  it’s difficult  to  determine  earthquake  parameters  because  of  rather  complicate  shapes  of isoseismals. To reduce the errors the nearest and the distant isoseismals they weren’t taken into account. The measurements were carried out by using isoseismals I = 4.5 and I = 2.5 (ΔI = 2). The most unstable coefficient b is described by the intensity attenuation:  

ΔI (ΔI=2) = b lg ((h2 + R4.52)0.5/(h2 + R2.52)0.5)). The  obtained  values  correspond  to  directions N  (to Ventspils), NE  (to  Riga),  E  (to 

Vitebsk) SE  (to Masyr) and S  (to Warszawa). The  foci depth as  first  iteration  is  taken equal 17 km  (Malovichko  et  al.,  2006),  that  is  much  less  than  epicenter  distances  used.  The estimations of coefficient b, obtained for the three shocks are in good agreement (table).  

  

Page 63: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666111

 

Table. The coefficient b for different directions 

Directions Earthquake N  NE  E  SE  S 

1  2.25  2.1  3.25  2.25  3.9 2  2.3  2.0  3.1  2.0  3.9 3  –  2.0  –  2.1  – 

Mean  2.3  2.0  3.2  2.1  3.9 

The average value for three shocks for all the used directions is b = 2.70 ± 0.76, i.e. the same  as  for  the  Fennoscandian  shield  periphery  area  (Assinovskaya, Nikonov,  1998).  This value  significantly  differ  from  mean  world‐wide  value  (b =  3.5).  The  most  complicated macroseismic  field  is observed by  largest aftershock. The  intensity difference can be up  to 3 intensity units at the neighboring points, my be because of very high frequency of oscillation or due to different characteristics of soil. Therefore estimations of attenuation coefficient for the aftershock are possible for two directions only. 

The  largest attenuation  is observed  in E – and S – directions, and  the weak one  is  in NE – and SE – directions. Other coefficients of equation are much more stable. Therefore, the equation: I = 1.36 MS – 2.7 lg (h2 + R2)0.5 + 3.36 was used to evaluate magnitudes (Assinovskaya, Nikonov, 1998). For the first shock mean distance using five directions is R2.5 = 310 km and one can obtain MS = 4.3. For the main shock R2.5 = 413 km and MS = 4.6. 

        

Figures. Macroseismic maps of all three Kaliningrad shocks. The upper one – 11:05 UTC shock, the one on the right – 13:32 UTC and the one on the next page – 13:36 UTC. Number of actual intensity points  for Kaliningrad  enclave  and  Lithuania was  significantly  reduced  in  order  to  avoid overlapping of figures. 

  

Page 64: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666222

In  order  to  evaluate  focal  depths the same equation was modified to fit epicenteral  area:  Iо =  1.36  MS – 2.7 lg h + 3.36. 

The epicenters are located about 5 km  from coastline  for both of shocks, the  intensity  may  be  practically  the same  as  largest  observed  on  coast area, and h = 15 km for the first shock and h = 14 km for the second one. 

In  our  opinion,  very  pronounced polarization  of  seismic  intensity attenuation  rather  similar  for  three shocks generally should be explained by  earthquake  source  mechanisms and  inhomogeneity  of  geological structure of the felt area. The question is  initially  considered  in  [Nikonov, 2006a, b]. 

RREEFFEERREENNCCEESS::  Assinovskaya B.A., Nikonov A.A. Felt earthquqkes of the XXth century in the Eastern Baltic shield // 

XXVI General Assembly of the Europ. Semsmol. Commiss.: Abstr. Tel Aviv, Israel, 23‐28 Aug., 1998. P. 10. 

Joeleht A. (ed.), 2005. The Kaliningrad earthquake September 21, 2004. Workshop Materials. Institute of Geology, University of Tartu. Tartu, 52pp. 

Malovichko  A.A.,  Mekhrushev  D.Yu.,  Starovoit  O.E.,  Gabsatarova  I.P.,  Chepkunas  L.  S.  On Kaliningrad  September  21,  2004  earthquake  and  establishing  seismic  monitoring  in  the Kaliningrad  district,  Russia  /  Modern  methods  of  processing  and  interpretation  of seismological  data.  Materials  from  International  seismological  school  dedicated  to  100‐anniversary foundation of seismic stations “Pulkovo” and “ Ekaterinburg”. Peterhof, October 2‐6, 2006. PP. 89–97. (In Russian). 

Nikonov A.A.  Source mechanism  of  the Kaliningrad  earthquake  on  Sptember  21,  2004  // Doklady Earth Sciences. 2006a. Vol. 407, N 2. PP. 317‐320.  

Nikonov A.A. Kaliningrad, 2004, earthquake on platform area – problems   under consideration and those  to  be  resolved  // Active  geological  and  geophysical  lithospheric  processes. Methods, technics and results of studying. Materials of the XII International conference on   September 18‐23, 2006. Voronezh. 2006b. Т. 2. P. 21–22. (In Russian) 

Nikonov A.A., Aptikaev  F.F., Aleshin A.S., Assinovskaya  B.A.,  Pogrebchenko V.V. Kaliningrad September  21,  2004  earthquake  as  model  for  the  East  Europe  platform  //  21st  Century Geophysics:  2005.  Papers  of  the  8th.  V.V.  Fedynski  Geophysical  Conference    Мoscow: Nauchny mir, 2006. PP. 282–289. (In Russian). 

Wiejacz P., Nikonov A.A., Gregersen S., Aptikaev F.F., Aleshin A.S., Pogrebchenko V.V., Debski V., Assinovskaya B.A.,   Guterch B., Pacesa A., Mantyniemi P., Nikulin V.G.,   Puura V., Aronov A.G., Aronova T.I., Grunthal G., Huisby E.S., Sliaupa S. Exceptional earthquakes of September 21,  2004  in  the  Kaliningrad  district,  Russia  //  Modern  methods  of  processing  and interpretation  of  seismological  data.  Materials  from  International  seismological  school dedicated to 100‐anniversary foundation of seismic stations “Pulkovo” and “ Ekaterinburg”. Peterhof, October 2‐6, 2006. P. 103–107 (In Russian). 

Page 65: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666333

RRREEEGGGIIIOOONNNAAALLL    FFFEEEAAATTTUUURRREEESSS    OOOFFF     SSSEEEIIISSSMMMOOOTTTEEECCCTTTOOONNNIIICCCSSS     AAANNNDDD   DDDEEEFFFOOORRRMMMAAATTTIIIOOONNN   OOOFFF   EEEAAARRRTTTHHH   CCCRRRUUUSSSTTT   OOOFFF    TTTHHHEEE    BBBAAALLLTTTIIICCC    RRREEEGGGIIIOOONNN   

Nikulin V. G. Latvian Environment, Geology and Meteorology Agency, Riga, Latvia, [email protected] 

Attitude  toward  seismicity  of  countries  of  south‐east  part  of  the  Baltic  region  (Lithuania, Latvia, Estonia, Kaliningrad area of Russia) substantially was changed after the earthquakes of 1976 on Osmussaar  Island  in Estonia  (Mw = 5.0) and 2004  in  the Kaliningrad area of Russia (Mw = 5.3). In connection with the existent and projected objects of energy,  including atomic (Ignalina NPP), and by the systems of pipelines in the countries of Baltic and in the Baltic Sea (http://en.wikipedia.org/wiki/Nord_Stream),  it  is  necessary  to  take  into  account  a  credible seismic danger and danger of deformation of those areas of the earthʹs crust, where is assumed to place these objects. 

Seismotectonic analysis is difficult for territory of the Baltic region, which is located on the north‐west of the East‐European platform. It is linked with the limited seismic statistics, lot of man‐made seismic events, which it is necessary to identify and exclude from the analysis of seismotectonic  danger,  insignificant  number  of  the  seismic  stations  and  limited  time  of regional  instrumental  observations.  In  these  terms,  the  role  of  geological  and  geophysical indicators  of  seismicity  is  increased  for  description  of  seismic  sources  zones  in  which earthquakes happened already. The discovered signs of seismicity can be used for recognition of other potential seismic sources zones. 

One  of  indicators  of  seismicity  there  can  be  areas  with  intensive  neotectonic  (35–37 million years – Rupelian) motions of  the earthʹs crust. The Baltic  system of grabens of  the submeridional  extending  is  located  in  the  Baltic  region, which  intersects with  the  Finnish system of grabens of the sublatitudinal extending (Garetsky et al., 1999). Gdansk depression, East Gotland and Finnish grabens form the depressed system, which occupies central part of the  Baltic  Sea.  The most  active  parts  of  neotectonic  structures  are  borders  of  grabens  and depresion  zones  (fig.  1).  The maximal  horizontal  gradients  of  neotectonic motions  can  be perspective characteristics for detection of seismic sources zones. 

 

Fig. 1.  Total  amplitudes  of  neotectonic motions  of  the  earthʹs  crust  and epicenters  of  earthquakes  of  the  Baltic region (1375–2006) 

1 – lines of equal values of total neotectonic amplitudes  in  meters,  2 –  area  of neotectonic  depressions  of  the  Baltic  Sea and coast of Baltic countries, 3 – epicenters of  earthquakes  (the  diameter  of circumference  corresponds    the  size  of moment magnitude Mw), 4 – areas of  the maximal accumulated seismic moment M0.  

Page 66: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666444

The depression zone  in central part of  the Baltic Sea  is characterized  lowering of  the earthʹs  crust  with  maximal  amplitude  more  than  280  m  during  the  neotectonic  stage. Amplitudes of raising (near + 80 m) are belonging to Zemaitia – Kurzeme and Vidzeme highs. More than 290 earthquakes happened within the limits of the indicated region of the Baltic Sea (Δϕ = 53.75°N ‐ 60.45°N and Δλ = 15.35°E ‐ 30.45°E), since 1375 to 2006 year. The catalogue of earthquakes of the Baltic region  is made on the basis of regional catalogues (Ahjos and Uski, 1992; Avotinya and other, 1988) and more late updates http://www.seismo.helsinki.fi/bul/index.html.  

In the Baltic region the areas of display of seismicity are often belonging to the areas of horizontal gradient of total amplitudes of neotectonic motions (gradNHMSA). Near‐by the seismic source of the Kaliningrad earthquakes of 2004 of gradNHMSA achieves 3.7 m/km, and near‐by the seismic source of Osmussaar earthquakes of gradNHMSA are 3.6 m/km. Epicentres of earthquakes in Pyarnu  in 1670  (Mw = 3.9),  in Liepaja  in 1909  (Mw = 3.5),  in Ventspils  in 1785  (Mw = 3.1), south‐east  and  north‐east  of Gdansk  in  1994  and  2004  (Mw =  2.4  and  2.6),  to  the  south  of Gotland  island  in  2002  (Mw =  3.1)  also  located  in  the  areas  of  promoted  gradNHMSA.  It  is certificate about the inherited character of deformation of the earthʹs crust along the edges of neotectonic structures.  

The  seismic moment M0, which well  correlated with  the  sizes  of  seismic  sources  of earthquake, was used  (Kagan, 2002)  for  the analysis of  seismotectonic activity of  the earthʹs crust. M0  characterizes  complete  energy  of  deformation  (work),  realized  in  the  process  of earthquake (Kanamori, 1977). Seismic energy ES is only small part (5×10–5) of general energy of deformation and emanates from the hearth of earthquake as seismic waves. M0 is considered as an index of deformation of the earthʹs crust. 

Comparison  of  seismic  moment  (conditional  deformations)  of  the  earthʹs  crust  of regions of platforms, which have general conditions of geological development, allows to do generalizations and discover regional features. The indexes of deformation of the earthʹs crust of  the Baltic  region and his part  (contour on  fig.1) were  compared  to  the  similar  indexes of district of bay of Hudson on the North‐America platform, which on the sizes almost in 3 times excels  the area of  the Baltic  sea. Postglacial  raising  in  the district of bay  of Hudson  in  last 6 thousands of years were attained by more than 120 m (Walcott, 1975).  

For  the Baltic region and south Scandinavia  (B&SS), part of  the Baltic region  (B) and district of bay of Hudson (H) is got exponential dependence of the accumulated seismic moment (∑ 0M )  from  time  of  accumulation  (T):  T

SSB eM 007.010&0 108 ××=∑ ,  

TB eM 006.011

0 103 ××=∑ ,  TH eM 156.011

0 101 ××= −∑ . 

The  rate  of  the  accumulated  deformation  εV   can  to  characterise  the  dynamics  of seismotectonic process. It is expressed through the accumulated seismic moment ∑ 0M on the area unit (1 km2) of the earthʹs crust in time unit (1 year): 

 

∑ ∑∑ ×Δ×−= )/()( 000 STMMMV IIEε                                    (1) 

 where,  ∑ EM 0 and  ∑ IM 0 are  sums  of  seismic  moment  in  the  end  and  at  the 

beginning of certain time domain, DT is a time of accumulation of deformation (sum of seismic moments) domain, S is an area, km2. 

Page 67: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666555

The rate of the accumulated deformation allows to consider seismotectonic activity of different  regions  regardless  of  sizes  of  area  of  researches.  For  an  analysis was  chosen  time interval 30 years from 1974 to 2004.  

The maximal moment magnitude Mw equal 6.3 for earthquake in 1969 in the district of bay of Hudson. That defined the sharp change of the graph of accumulated seismic moment M0. The rate of deformation  εV for the Baltic region and for the district of bay of Hudson appeared practically  identical  (9.4×10–9×(1/(year×km2)),  and  for part of  the Baltic  region  (contour on  a fig. 1) it almost in 2 times higher 2.1×10–8× (1/( year×km2).   

CCoonncclluussiioonnss::  

1. Kaliningrad, Stockholm, Osmussaar and Bauska areas of earth crust on which the sum of seismic moments achieves maximal sizes 2.7×1016 – 2.6×1017 Nm are located in the Baltic region. Three first areas of the earthʹs crust are located in the Baltic Sea. 

2. Rate of the accumulated deformation (by seismic moments) of the earthʹs crust for the region of  the Baltic Sea and bay  of Hudson are practically  comparable and are equal 9.4×10–9×(1/(year×km2)). Rate of deformation of the earthʹs crust 2.1×10–8× (1/(year×km2) for system of Baltic grabens, Gdansk depression and coast of Baltic countries (contour on fig.1) is approximately in 2 times more than in all Baltic region and in the district of bay of Hudson. 

3. Kaliningrad (Mw = 5.3) and Osmussar (Mw = 5.0) of earthquakes sources belong to the areas of the earthʹs crust with the maximal values of horizontal gradients of neotectonic motions (3.6–3.7 m/km). Neotectonic structures edges are seismically more active, than their middle part. Earthquakes sources belonging to the areas of the earthʹs crust with the high values of horizontal gradient of neotectonic motions. It shows that in the Baltic region  on  the  edges  of  neotectonic  structures  there  is modern  deformation  of  the earthʹs crust. 

 

RREEFFEERREENNCCEESS::  

Ahjos T., Uski M. Earthquakes in northern Europe in 1375–1989. // Tectonophysics, 1992, 207, 1–23. Авотиня  И.Я.,  Боборыкин  А.М.,  Емельянов  А.П.,  Сильдвээ  Х.Х.  каталог  исторических 

землетрясений  Белоруссии  и  Прибалтики //  Сейсмологический  бюллетень сейсмических станций «Минск» (Плещеницы) и «Нарочь» за 1984 год. ОНТИИ, Минск, 1988, 126–137. 

Garetsky R., Levkov E., Schwab G., Karabanov A., Aizberg R., Garbar D., Kockel F., Ludwig A.O., Lukke‐Anderson  H.,  Ostaficzuk  S.,  Palienko  V.,  Sim  L.,  Sliaupa  A.,  Sokolovski  J., Stackebrandt W. Main  neogeodynamic  features  of  the  Baltic  Sea  depression  and  adjacent areas // Technika poszukiwan geologicznych. Geosynoptyka i geotermia. Proceeding of the 7‐th  International  meeting  of  the  working  group  Neogeodynamica  Baltika.  2‐6  June,  1997. Special issue. In: Ostaficzuk S. et al., (eds), Krakov, 1999, 1, 17–27. 

Kagan Y.Y. Aftershock zone scaling // Bulletin Seismological society of America, 2002, v.92, 641 – 655.  Kanamori H. The energy release in great earthquakes // Journal of Geophysics research, 1977, v.82, Nr. 

20, 2981–2987. Walcott  R.I.  Vharacteristics  of  recent  uplift  in  North  America //  Problems  of  Recent  Crustal 

Movements. Valgus, Tallinn, 1975, pp. 146–155. 

Page 68: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666666

SSSEEEIIISSSMMMOOOLLLOOOGGGIIICCCAAALLL   OOOBBBSSSEEERRRVVVAAATTTIIIOOONNNSSS   IIINNN   LLLIIITTTHHHUUUAAANNNIIIAAA      

Pačėsa A. Lithuanian Geological Survey, Vilnius, Lithuania, [email protected] 

Territory of Lithuania and whole region of Eastern Baltic feature a low seismic activity. Earthʹs crust  of  early  Precambrian  consolidation  and  significant  distances  to  active  tectonic  zones causes situation of this kind. Nevertheless, according to historical and instrumental data a few dozens of local earthquakes with intensities reaching VII points (MSK scale) took place in the Baltic  countries  and  adjacent  Belarus  since  1616  to  our  days  (figure  1).  Two  Kaliningrad earthquakes  with  magnitudes  4.5  and  5.0  stroke  Baltic  region  in  2004  which  indicated seismogenic potential of this region. 

Besides manifestation  of  some  local  seismic  activity  in Eastern Baltic,  large  regional earthquakes generate earth  trembling up  to  intensities  IV or V  (MSK scale)  in  this area. For instance,  inhabitants  of Lithuania have  felt  trembling  from Oslo  1905  earthquake  and  from earthquakes of Vrancea area in Romania in years 1940, 1977, 1986 and 1990. 

The first instrumental seismological observations in Lithuania started in 1970 as Vilnius seismic station was founded. Three analog long period (T=25 s) and three short period (T=1.5 s) seismometers were  installed  in  the  territory  of  Institute  of  Physics  at  outskirts  of  Vilnius. Seismological records were sent to Obninsk (Russia) seismological centre and processed there until year 1992. Later on, maintenance of station and routine data processing was undertaken by stuff of  Institute of Physics. 450 distant and  regional seismic events were  reported  in  the seismic bulletin of Vilnius seismic station since 1991 to 1995. Phase readings, amplitudes and their periods were defined during routine processing. Distances from the epicentres to Vilnius station were calculated and reported in the bulletin. No local events were registered in Vilnius seismic station. Possibly, high‐level background noise at  this site reduced resolution of short period  seismometers  inhibiting detection of  small  local events. Operation of Vilnius  seismic station was suspended in the beginning of 1999.  

The fist comprehensive study of seismic activity of Lithuania was carried out in 1988 as a part of re‐examination of safety of Ignalina Nuclear Power Plant (INPP). The top twenty‐two experts of  the Soviet Union concluded  that  seismic hazard was not assessed properly when INPP has been designed despite  local and  international regulations.  In order  to  improve  the situation the experts proposed to install seismic network and monitor local seismicity. 

Seismic Alarm  System  (SAS)  and  complementary  Seismic Monitoring  System  (SMS) were  installed  in  the  INPP  in  1999. The  SAS was designed  to  issue  alarm when damaging seismic  wave  approaches  the  INPP, while  the  SMS was  designed  to  collect  data  of  local seismicity and dynamic behaviour of structures of the INPP. According to the design, the SMS had to consist of six vertical short period seismometers  installed  in boreholes at the depth of 30m and located at a distance of ~30 km to the INPP. The signals of the seismometers had to be transformed  to digital  form and  telemetered continuously  to  the control centre at  the  INPP. The control centre recorded data of seismometers if an event had been detected. Unfortunately, only  four  seismic  stations  were  built  on  territory  of  Lithuania.  Due  to  some  political misunderstandings, seismic stations on the territories of Latvia and Belarus haven’t been built. 

At the same time Geological Survey of Lithuania took responsibility to process, analyse and store seismological data of  the SMS and project of seismological monitoring was  initiated there.  Processed  data  of  the  SMS,  analyses  of  seismological  bulletins  of  NORSAR  and 

Page 69: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666777

Seismological  institute  of Helsinki University  (HU)  related  to Lithuania’s  territory  and  some other results have been presented in the annual seismological bulletins and reports of LGS (e.g. www.lgt.lt/seismo).  Copies  of  the  seismological  bulletins  were  sent  to  ISC  (International Seismological  Centre)  regularly  ant  to  EMSC  (European Meditiranian  Seismological  Centre) lately. 

Results  of  the  first  stage  of  project  of  seismological  monitoring  (year  1999–2005) supported an idea of low seismic activity of the territory of Lithuania and adjacent areas. Just a few local tectonic events have been registered by the seismic system of INPP during this period (figure  2). None  of  them was  located  in Lithuania. Analysis  of data  of  seismic  bulletins  of NORSAR and Seismological Institute of HU has shown the similar results (figure 3). Seismic bulletins  of NORSAR  and HU  reported  approximately  50  explosion  events  located  in  the territory of Lithuania and nearby areas each year. Vast majority of  them could be associated with quarry blasts and some military exercises. Meanwhile, just a very few events of this kind have been  registered by  the SMS of  INPP and a  few probable explanations of  this  situation were  found recently. Nevertheless, earthquakes with magnitudes above 5.0 can disturb  long periods  of  quietness  in  this  area,  as  Kaliningad  seismic  events  have  demonstrated.  Earth trembling  of  Kaliningrad  events  was  felt  on  the  large  part  of  territory  of  Lithuania  and significant  amount  of  efforts was dedicated  collecting  and processing  of macroseismic data during a few years after events occurred. 

Figure  1. Map  of  earthquakes  of  Eastern  Baltic  since  1616  to  present.  Shaded  circles  correspond  to historical seismic events, hexagons – instrumenticaly recorded events, triangles – operating seismic stations (a few newly installed seismic stations are not depicted). 

 

Page 70: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666888

Figure 2. (Next page, figure at the top) Seismic events registered by Ignalina SMS since December 1999 

till June 2005. Circles correspond  to  tectonic seismic events, crosses – explosion events, open triangles – quarries where explosions could be executed, filled triangles – seismic stations of Ignalina NPP,  dashed  line –  line  of  deep  sounding  experiment CELEBRATION,  squares  – explosion points of CELEBRATION experiment, area confined by dashed line – presumptive location of local seismic event of 2001. 

Figure  3.  (Next  page,  figure  at  the  bottom)  Seismic  events  reported  in Helsinki University  bulletin 

covering the time period since December 1999 till June 2005. Circles correspond to seismic events,  crosses  –  explosion  events,  grey  triangles  –  quarries where  explosions  could  be executed,  filled  triangles –  seismic  stations  of  Ignalina NPP,  dashed  line  –  line  of  deep sounding  experiment  CELEBRATION,  squares  –  explosion  points  of  CELEBRATION experiment. 

Page 71: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

666999

AAAPPPPPPLLLIIICCCAAATTTIIIOOONNN     OOOFFF    TTTHHHEEE    PPPRRROOOBBBAAABBBIIILLLIIISSSTTTIIICCC     AAAPPPPPPRRROOOAAACCCHHH     IIINNN   AAASSSSSSEEESSSSSSMMMEEENNNTTT    OOOFFF    TTTHHHEEE     SSSEEEIIISSSMMMIIICCC    HHHAAAZZZAAARRRDDD    OOOFFF    TTTHHHEEE    BBBAAALLLTTTIIICCC    RRREEEGGGIIIOOONNN    

Pačėsa A.1, Šliaupa S.2 1Lithuanian Geological Survey; [email protected] 2Institute of Geology and Geography; Vilnius University 

There are different approaches in assessment of the seismic potential of the particular tectonic regions  and  structures.  Deterministic  (DSHA)  and  probabilistic  seismic  hazard  analyses (PSHA) are two different methods commonly used in seismic risk studies. DSHA is based on geological specific of the site, whereas PSHA is focused on earthquake statistics and numerical calculations.  DSHA  is  more  reliable  than  PSHA  because  it  considers  observed  geological features  and  is  more  transparent.  DSHA  evaluates  earthquake  hazards  reliably  from  the geology  regardless  of  time  and  has  no  need  for  time‐based  probability.  The  seismological information  that provides  a base  for  the probabilistic  analysis,  in  the Baltic  region  is  rather poor because of (i) low seismic activity, and (ii) insufficient seismological monitoring system. Therefore,  the previous  studies were  based  on deterministic‐oriented  approaches.  Still  they also  lack  the  consistency due  to  geological  specifics  (low  amplitudes  of  tectonic  structures, complicated  Quaternary  cover,  and  other  factors  that  limit  the  resolution  the  geophysical surveys), scarce geological and geophysical information.  

As an alternative to the previous praxis, the probabilistic approach was applied in the presented study to assess the seismic potential of the Baltic region. It was urged, first of all, by the need of adaptation of the proved methodologies for derivation of the seismic load for SL‐2 (highest level) seismic risk assessment of the Ignalina NPP (Sliaupa et al., this volume). 

Seven seismic sources (zones) were distinguished in the Baltic sedimentary basin based on  the  seismological and geological  information,  i.e. Leba, Eat Baltic Sea, Kaliningrad, West Estonian, East Baltic North, Latvian, and East Baltic South that crosses the Ignalina NPP. The seismic attenuation  equation by Ambraseys  et al.  (2005) was applied.  It  is  important  that  it accounts  for  the soil  type and  the  faulting mechanism. CRISIS 99 software was employed  to perform  the  probabilistic  analysis  of  the  seismological  information.  The  seismological catalogue  was  prepared  based  on  the  historical  data  and  scarce  instrumental  seismic observations. NORDIC format was used for the catalogue, while programs from SEISAN 8.1 software  suite  were  employed  for  data  transformations.  The  intensity  of  the  historical earthquakes was  recalculated  to  the magnitudes using  the  equation derived  from  the West Carpathian region (M=0.55×I0+0.95). The estimated b parameter for the Baltic region is 0.63 (for comparison, it is 0.59 for Finland). 

The Peak Ground Acceleration (PGA) was calculated for the probability of exceedens 10‐4 that is typical value for SL2 seismic risk assessment. The estimated PGA of the East Baltic zone where Ignalina NPP is located was assessed as high as 0.13 g. The potential of the most representative  (in  terms  of  the  seismological  information)  Latvia  source  was  assessed PGA=0.166 g. Similar values were estimated  for  the other seismic sources  in  the Baltic basin. For example, in Osmussaare area PGA exceeds 0.2 g, in Kaliningrad area PGA is up to 0.17 g. Most of territory of Lithuania, in this model, is characterized by very low seismic hazard which is due to lack of seismic events recorded in this area. 

Page 72: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777000

It is worth mentioning, that the largest uncertainties came from ambiguous definition of  the size and  form of seismic zones. As certain amount of energy of seismological activity was confined within smaller area, the greater PGA values were obtained for the certain seismic zone. Therefore, special care should be addressed to delineation of the seismic sources in this area. 

It can be concluded that the application of the probabilistic approach can significantly contribute to the assessment of the seismic hazard of the Baltic territory. However, it has some important shortcomings that should be realized when interpreting the model results.  

Seismic hazard map of the Baltic region, PGA, probability of exceedens 10–4 

 

 

Page 73: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777111

IIINNNSSSTTTRRRUUUMMMEEENNNTTTAAATTTIIIOOONNN    OOOFFF    TTTHHHEEE    SSSEEEIIISSSMMMIIICCC     AAALLLAAARRRMMM    AAANNNDDD    MMMOOONNNIIITTTOOORRRIIINNNGGG     SSSYYYSSSTTTEEEMMMSSS    OOOFFF     IIIGGGNNNAAALLLIIINNNAAA    NNNUUUCCCLLLEEEAAARRR     PPPOOOWWWEEERRR    PPPLLLAAANNNTTT   

Razinkov O.1, Epp M.1, Kündig C.1, Davidiuk O.2, Narbuntas J.2 1GeoSIG Ltd., Europastrasse 11, 8152 Glattbrugg, Switzerland; [email protected] 2State Enterprise Ignalina Nuclear Power Plant, 31500 Visaginas, Lithuania  

The Seismic Alarm (SAS) and Seismic Monitoring Systems (SMS) are in operation at Ignalina Nuclear Power Plant (INPP) since July 1999.  

Seismic Alarm System is intended to provide the seismic protection of INPP by issuing alarm  signals  in  the main  control  room,  if  a  seismic wave  reaches  one  or  several  outside seismic stations, which are located in several dozens of kilometres from main INPP building. These alarm signals may be used  to  initiate  the shut‐down of  the reactor by  the Fast Acting Scram System (FASS). Considering the time required by the FASS, the shut down of the reactor is feasible before the arrival of the potentially damaging waves of a strong earthquake at INPP. By  this way,  the  risk of  radioactivity  release  to  the environment at a seismic event could be strongly reduced. 

The SMS provides  records of small earthquakes or  teleseismic events. This promotes the  knowledge  regarding  the  seismic  activity  of  Lithuania  and  the  Baltic  region.  The  data recorded  by  four  outside  stations  of  the  SMS  are  delivered  to  the  Lithuanian  Geological Survey, analysed and stored there is the database of seismic events. 

Four outside seismic stations are  installed at a distance of approximately 30 km from the power plant,  forming a seismic  ‘fence’. At each outside  station of  the SAS,  three  triaxial accelerometers are installed. One accelerometer is installed in a cabin at the actual location of the outside station and two are in cubicles at a distance of approximately 500 m from the cabin. This provides redundancy to the system: in case of malfunctioning of one sensor, two sensors are still working, which allows  the application of a 2‐out‐of‐3  logic selection. Moreover,  this arrangement  is  less susceptible to environmental noise caused by e.g. road traffic and to any chance  impact  factors  because  two  distant  sensors  are  unlikely  affected  by  such  factors simultaneously.  

At  the outside  stations,  the  cabin and  the  cubicles are  interconnected by  cables. The cable  trenches house  the  signal  and  the power  cables. The digitizers  are  installed  inside  of accelerometer housing and therefore no analogue signals are transmitted in the cable trenches. Analogue signals would be influenced by eddy currents induced by the power supply running in the same cable trench. Seismic equipment installed in the cabin has a function of the seismic switch: it determines whether the seismic signal received from accelerometers exceed a certain threshold and activates a discrete seismic status signal  in this case. Every outside station has also the uniaxial seismometer located in a borehole with a depth of 30 m. The digitized signals of  these  seismometers,  together  with  the  seismic  status  and  diagnostic  information,  are transmitted  continuously  to  INPP by  the  radio  telemetry. The  signals  received  in  INPP  are evaluated according to a 2‐out‐of‐3‐logic and the alarm is issued in case of an earthquake. 

Both SAS and SMS subsystems have been operating for more than six years in terms of their basic  functionality. Nevertheless, during  this period of  time several weak points of  the original design and the actual functionality were realised and the areas of improvements were 

Page 74: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777222

identified. Therefore in the year 2006 GeoSIG was asked to perform the modernisation of the system within the frames of a new contract. This work is currently going on.  

The solutions being implemented during modernisation are based on the best GeoSIG experience  collected  in  such  large  projects  as  monitoring  of  the  Øresund  Bridge1,  Early Warning  and  Rapid  Response  seismic  system  in  Turkey2,  seismic  instrumentation  of  the tunnels  and  Swiss nuclear plants3,  etc. The main  improvements  imply  the  reviewed  alarm interface  and  a  modern  alarm  display  board  in  the  control  room  providing  detailed information  to  the  operators  about  the  system  status,  fully  upgraded  data  collection  and processing system in the centre, and the new computerised data acquisition systems at all four outside stations. In order to improve the functionality and reliability of SAS and SMS, GeoSIG is implementing a conceptually new design of the system based on the intellectual acquisition and  processing  of  the  seismic  data.  Buffering  and  pre‐processing  data  at  outside  stations combined with the advanced analysis of the seismic  information arriving to the centre allow full compliance with the main requirements on the system modernization. The reliability and performance of  the computer  technique was  increased significantly during  last years, which made it possible to use computerised systems in such critical processes that require high level of the reliability.  

Since  the modernization  of  the  seismic  system  allows  bigger  amounts  of data  to  be delivered  reliably  to  the  centre,  the  triaxial  short  period  seismometers  VE‐53  with  the sensitivity of 1000 V/m/s are  installed additionally  in all outside stations. Unfortunately,  the SMS part of  the  system was assigned  significantly  less  importance  than SAS  in  the original design and therefore three of four outside stations were placed in the sites with relatively high level of ambient noise that makes precise seismic measurements rather problematic. Therefore the  installation  of  more  sensitive  seismometers  was  not  considered.  Nevertheless,  the improved instrumentation would allow detection and recording of many more seismic events, including those caused by the industrial activity throughout the monitored area. It is supposed that all digitized data provided by triaxial seismometers will not be transferred to INPP in real time. It is buffered instead in the outside stations for several days so the required fragments of records can be downloaded by operator’s request from the centre. Automatic event detection using  the STA/LTA  criteria  is also working at  the outside  stations. The  recorded  events are transferred to the centre automatically within several minutes after an earthquake. 

Operation of all outside stations and the central system installed in main control room of INPP  is based on the multi‐purpose software GeoDAS (GeoSIG Data Acquisition System). This  software  has  been  used  in many  projects during  last  six  years  and  it  is  proven  to  be handy, stable and reliable. GeoDAS has been designed to meet all requirements with respect to almost every possible data acquisition application. The program has an open architecture not only  for  multiple  local  recorders,  but  also  for  networks  of  remote  recorders,  supporting different types of communication,  including  links via Internet. It  includes the comprehensive viewer for reviewing and interactive analysis of the digital signals off‐line. Data channels are displayed  in  a way  that  operators  can  see  on  the  screen  and  plot  any  set  of  them  in  any combination, make scaling, zooming, axis style changing, export to and  import from various data formats in an intuitive manner. Besides of the standard functionality, GeoDAS supports also some specific applications and complex data acquisition and telecommunication systems.  In particular, several software modules are developed and added to GeoDAS in order to meet INPP requirements on modernisation of the seismic system. 

Page 75: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777333

Seismic Alarm and Monitoring System of  INPP  taken as a whole  is one of  the most advanced multifunctional seismic systems operated by large industrial plants worldwide. This is because  it covers not only  the usual  industrial safety protection  functionality but also  the problems of seismic monitoring of surrounding areas. Therefore we believe that the upgraded system will make an important contribution to the seismic observations in Lithuania. 

RREEFFEERREENNCCEESS::  

1.  Peeters,  B.,  G.  Couvreur,  O.  Razinkov,  C.  Kündig,  H.  Van  der  Auweraer,  G.  De  Roeck, Continuous Monitoring of the Øresund Bridge: System and Data Analysis, Proceedings of the International Modal Analysis Conference XX, January 2002 

2. Erdik, M., Fahjan Y., Ozel O., Alcik H., Mert A., and Gul M., (2003b). Istanbul Earthquake Rapid Response  and  the  Early Warning  System.  Bull.  Of  Earthquake  Engineering,  V.1,  Issue  1, pp. 157–163 

3. GeoSIG Newsletter GeoWatch, Issue 32, http://www.geosig.com/downloads/geowatch/GeoWatch32.pdf 

 

            

Page 76: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777444

SSSEEEIIISSSMMMIIICCC     MMMOOONNNIIITTTOOORRRIIINNNGGG     OOOFFF    AAANNN    UUUNNNDDDEEERRRGGGRRROOOUUUNNNDDD    NNNUUUCCCLLLEEEAAARRR    WWWAAASSSTTTEEE    RRREEEPPPOOOSSSIIITTTOOORRRYYY    AAATTT   OOOLLLKKKIIILLLUUUOOOTTTOOO,,,   FFFIIINNNLLLAAANNNDDD    

Saari J. AF‐Enprima Ltd, POB 61, FIN‐16101 Vantaa, Finland, Rajatorpantie 8, Vantaa, GSM. +358 (0)40 348 5465, Fax. +358 (0)40 348 5007; [email protected] 

The  island of Olkiluoto,  in  the western coast of Finland, has been selected as  the site  for  the final disposal  facility of  spent nuclear  fuel. A Finnish  expert organisation, Posiva  started  to construct an underground characterisation facility (the ONKALO)  in Olkiluoto,  in 2004. This facility will  be  used  to  acquire  detailed  information  about  the  bedrock  in Olkiluoto,  to  be utilised  in  the  planning  of  the  final  disposal  facility.  The  construction  of  the  actual  final disposal facility is scheduled to start in the 2015.The final disposal of spent nuclear fuel can be started in 2020.  

In February 2002, Posiva Oy established a local seismic network of six stations on the island of Olkiluoto.  In  the beginning of  the year 2006  the seismic network consisted of eight seismic stations designed for monitoring tectonic and excavation induced seismicity inside the network.  The  main  target  volume  of  the  seismic  monitoring  was  the  underground  rock characterisation  facility  and  the  rockmass  surrounding  it.  Monitoring  of  this  volume  is dominantly  based  on  high  frequency  accelerometers.  All  the  sensors  were  at  the  earth’s surface. First two borehole geophones were installed inside the ONKALO spiral at the end of 2006. 

Monitoring  of  semi‐regional  tectonic  seismicity  and  explosions  started  in  February 2006. Four 1 Hz seismic stations locate from 3 to 7 km from the ONKALO. The fifth geophone is close to the ONKALO. In 2007, Posiva runs a seismic network of fourteen seismic stations. 

The microearthquake measurements  in Olkiluoto aim for better understanding of  the structure, behaviour and long‐term stability of the bedrock. The excavation works will change the  characteristics  (e.g.  the  stress  field)  of  the  virgin  bedrock.  Those  changes will  produce microearthquakes. The observed seismic events give an opportunity  to approximate  in what extent and where the bedrock is disturbed.  

Identification of active fracture zones is an essential element in a comprehensive study of potential hazards related to the spent nuclear fuel. The zones of weakness adjust releasing stresses and  strains of  the  rock mass. The movements occurring on  these zones accumulate during the lifespan of the repository and possibly can cause changes in the stability, stress field and groundwater  conditions of  the  rock mass. The  interpretation  can bring out  information that will be used for model calibration and even further cause changes to final disposal facility layout. An additional task of monitoring is related to safeguarding of the ONKALO. 

AF‐Enprima Ltd is responsible for the design and operation of the network as well as for data analysis and interpretation of the results. System is manufactured by ISS International Ltd.  

Generally, the sampling rate applied in the seismic stations is 6000 Hz (the ONKALO area) and 500 Hz (semi‐regional area). At every seismic station a data acquisition unit controls continuous  data  flow  of  the  seismic  sensors. When  a  pre‐set  trigger  value  is  exceeded  a potential seismic signal is recorded to its hard disk drive. The Olkiluoto site central PC has an option to accept only events that trigger a certain pre‐set number of the sensors.  

Page 77: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777555

When the event is detected, it is immediately emailed to the office PC in Vantaa, where it is automatically analysed. The location and magnitude of an event is determined when the email has arrived, basically in few minutes. The result of automatic analysis  is uncertain and always verified manually. The decision of the seismic source (explosion or earthquake) is done by experienced analyst. 

This presentation  introduce  shortly nuclear waste management and   general  seismic setting  in  Finland  as  well  as  different  applications  related  to  seismic  monitoring  of underground nuclear waste repository. 

      

Page 78: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777666

TTTHHHEEE    RRROOOUUUTTTIIINNNEEE     MMMIIICCCRRROOOEEEAAARRRTTTHHHQQQUUUAAAKKKEEE    AAANNNAAALLLYYYSSSIIISSS    PPPAAACCCKKKAAAGGGEEE    IIIMMMPPPLLLEEEMMMEEENNNTTTEEEDDD   IIINNN   IIICCCEEELLLAAANNNDDD   (((IIIMMMOOO)))   SSSNNNDDD    SSSWWWEEEDDDEEENNN   (((SSSNNNSSSNNN,,,   UUUUUU)))   

Slunga R. Swedish Defense Research Agency, FOI SE‐16490 Stockholm, Sweden, [email protected] 

The  Sedish  Defense  Research  Institute  (FOI)  started  Dec  1979  a  seismic  microearthquake network in Southern Sweden and Denmark for studies of the Swedish seismicity. The network consisted  of  23  short  period  vertical  seismometers  covering  an  area  of  about  400  times 600 sqkms and with a  station  spacing of about 120 kms. The  station had permanent analog connections to the central analog detectors and digitizers. Only when detections were achieved at 3 or more close stations within a reasonable  time window were  the data stored on digital tapes. So digital recordings were produced for time interval possibly containing an event. Most events were  explosions  but  almost  1  Swedish  EQ  per  day was  recorded. All  software  for analyzing the digital recordings were developed at FOI. The software  included digital phase detectors,  automatic  combination  of  the  phase  detections  that  could  give  locatable  seismic sources and  interactive analysis  for  improving  the onset  times and  reading  the  first motion directions. The moment  tensor  inversion with double‐couple restriction (fault plane solution, FPS) was  automaticly  done  based  on  the  location  and  origin  time  of  the  EQ  and  on  the interactively determined first motion directions. The method had been developed at FOI and was published in BSSA, Slunga 1981. It had turned out that high quality FPS could be achieved by use of the estimated low‐frequency spectral amplitudes (the time integrated displacements of  the ground). Thus  the routine analysis not only  included the hypocenter, origin time, and the magnitude, but also the FPS, seismic moment, static stress drop, fault radius, and slip size. As the software is automatic large amounts of data can be handled without problem. 

When Ragnar Stefansson  in started  the SIL‐project  in  Iceland  it was based on digital computer  network  systems  developed  by  Reynir  Bodvarsson  in  Uppsala  and  my microearthquake analysis software. The Icelandic microearthquake system started in 1990 and has  today  recorded  over  250,000 microearthquakes  in  the  range  ‐1<ML<6.5.  Later  on my microearthquake software was also implemented in the new dense Swedish network SNSN in Aug 2000. 

The station spacing in Iceland is about 20‐40 km, where the spacing is 20 km almost all EQs having ML>0 are detected. The Swedish SNSN has a station spacing of about 70 km and is complete down to less than ML=0.5.  

The microearhquake  software  consists  of  four modules. The  first, ANAAUT, makes multiphase  event  detection  based  on  the  stream  of  incoming  phase  detections  from  the stations. The detection results in a location, an origin time, and a preliminar magnitude plus a quality  indicator.  The  second module  is  the  interactiv  software  LOCIMP which  allows  the seismologist to improve the onset readings and add first motion directions. The third module is a signal analysis package, SKIAUT, which automaticly estimates the spectral amplitudes and corner  frequencies  needed  for  the  mechanism  analysis.  The  fourth  module  is  the  source mechanism  software, SPQAUT, which makes  the moment  source  tensor  inversion based on the outputs of the previous packages. Only LOCIMP is not automatic all other steps can be run without use of LOCIMP and then automatic first motion directions are used. 

 

Page 79: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777777

RRREEEAAASSSSSSEEESSSSSSMMMEEENNNTTT     OOOFFF    TTTHHHEEE    DDDEEESSSIIIGGGNNN    BBBAAASSSIIISSS    EEEAAARRRTTTHHHQQQUUUAAAKKKEEE    FFFOOORRR   IIIGGGNNNAAALLLIIINNNAAA   NNNPPPPPP,,,    NNNEEE   LLLIIITTTHHHUUUAAANNNIIIAAA   

Šliaupa S.1, 2, Kačianauskas R.3, Markauskas D.3 and Dundulis G.4 1Institute of Geology and Geography; [email protected] 2Vilnius University 3Vilnius Gediminas Technical University 4Lithuanian Energy Institute 

The assessment of the seismic potential and related risk level of low seismicity areas is a highly complex problem. The Ignalina NPP, located in the East European Craton, was originally built for the minimum seismic risk conditions. Throughout the two decades of the operation of the plant  several  attempts  were  undertaken  to  reinforce  the  plant  as  the  realization  came  of possibly higher seismic risk in the area.  

Still, the seismic potential of the Baltic basin is seemingly underestimated, as evidenced by  the  recent Kaliningrad  earthquakes  (2004, M = 5.0).  It  urges  re‐evaluation  of  the  seismic potential of  the Baltic  region  in general and  the  local areas  in particular where  the high‐risk industrial objects are installed.  

The Design Basis Earthquake was re‐evaluated  for  the  Ignalina NPP site. The Design Basis Earthquake of the site is estimated ML = 5.0 (Io= 7.5) and hypocentral depth of 10 km was assumed that is related to neotectonically active large‐scale Drūkšiai shear zone mapped close to the nuclear power plant. Here it intersects with some smaller scale faults.  

This  tectonic  feature  is  compatible  to  the  other  fault  zones  that  show  historical earthquake  activity  identified within  the  radius  of  150 km  from  the  plant. Only  near‐field earthquake  risk  was  considered,  as  the  distant  earthquakes  are  too  weak  to  cause  nay significant  damages  of  the  plant.  In  some  previous  studies  the  scaling  of  far‐field  strong motion records (e.g. Carpathian earthquake, M = 8.5) was used in calculating the seismic load for  the  Ignalina NPP.  It bears  systematic error as dominant  frequencies are  shifted  towards longer  periods  with  increasing  magnitude  and  distance.  Therefore,  the  free‐field  ground response spectra were calculated using attenuation relationship derived  from  Japanese near‐field seismic records.  

The site‐specific amplification effects were taken into consideration. The rock and soil properties considerably influence the seismic wave propagating from the fault to the surface. Consistent data on  the soil seismic properties of  the Ignalina NPP site were collected during the seismic microzoning survey. S‐wave velocity measurements were performed in 20 shallow microzoning wells to the depth of 20 m. For the Unit 2 site, the average S‐wave velocity of the uppermost 0–10 m interval of the moraine dominated section is 270 m/s, increasing to 350 m/s in  the 10–20 m depth  interval. Following  the ENV 1998‐1‐1  (Eurocode 8, 1998) classification, the soil of the Unit 2 site is attributed to the subsoil class B. Considering the underlying layers the  S‐wave  velocities  were  converted  from  P‐wave  velocity  measurements  in  the  deep mapping wells drilled  to  the crystalline basement  that occurs at  the depth of 730 m. S‐wave velocities  of  the  sedimentary  rocks  are  in  the  range  of  1190 m/s  to  2400 m/s,  while  the crystalline basement is characterised by an S‐wave velocity 3150 m/s. 

Page 80: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777888

The estimated design peak ground acceleration  is as high as 0.166 g. It  is higher than the minimum load (0.1 g) recommended by IAEA guidelines for SL‐2 ground motion hazard level. The maximum spectral acceleration is defined within 7‐10 Hz frequency range (Fig. 1).  

The same spectral shapes were assumed for two principle horizontal components N‐S and W‐E. It should be however noted that ground response spectra shape depends on the fault orientation. Assuming the earthquake generated at the Drūkšiai fault striking west‐east some reduction of the energy can be suggested for the horizontal component W‐E compared to the N‐S component in a low‐frequency range < 3Hz. This effect is still poor known and therefore was not accounted with in the Ignalina NPP spectra. 

The DynaTool program was used to obtain the time signals of the ground acceleration (synthetic  accelerograms)  of  the  Ignalina NPP  site  (Fig. 1).  The  time‐histories were  derived following  guidelines  by  ASCE  4‐95  and  IAE  NS‐G‐1.6,  the  enveloping  function  was accordingly  assumed  1+6+3 s.  The  backward  solution  indicates  consistency  of  the method applied 

The  in‐structure  response  spectra were  calculated  for  different  levels  of  the Unit  2 Rector Building. They differ considerably from previous estimates by higher load in the high‐frequency range, whereas much lower values are estimated for the low‐frequency range.  

  

 

 

 

Fig. 1. Free‐field ground  response spectra  (5% damping, horizontal and vertical components) and horizontal time‐history of the Ignalina NPP Design Basis Earthquake 

 

   

 

Page 81: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

777999

NNNOOORRRWWWEEEGGGIIIAAANNN    NNNAAATTTIIIOOONNNAAALLL    SSSEEEIIISSSMMMIIICCC    NNNEEETTTWWWOOORRRKKK    RRREEEAAALLL    TTTIIIMMMEEE   MMMOOONNNIIITTTOOORRRIIINNNGGG   

Utheim T., Havskov J.  Department of Earth Science, University of Bergen, Allegaten 41, 5007 Bergen, Norway, [email protected][email protected] 

The Norwegian National Seismic Network  (NNSN)  consists of around 30  stations, where nearly all have  Internet  communication  to  the  data  center  in  Bergen. Data,  both  events  and  continuous,  are downloaded to  the data center at regular  intervals for further processing, on average up  to 12 hours after real time using the UiB SEISNET software. Due to relatively high cost of Internet over telephone lines, continuous data transmission has not been an option. 

Access  to  low  cost  Internet on most  field  stations,  standardization of data  formats and new software now makes near real time data transmission possible and economical. 

UiB  SEISLOG  field  stations  (Windows  or  Linux)  and  SEISLOG  embedded  systems,  now transmit data in a well defined standard format (LISS MiniSeed blocks) which can be read by systems like SeisComp/SeedLink and Earthworm. 

An NNSN field station typically consists of a PC, a digitizer and sensor where the best are STS2 with EarthData digitizer (EU 20000) and the simplest are SARA digitzers with 4.5 Hz geophones (EU 2000). 

Testing  is now being done at UiB  running a  real  time  system  in parallel with  the SEISNET system. A central SeedLink server reads data in real time from several field stations. The stations are a mix of SEISLOG Windows, SEISLOG Linux, SEISLOG Embedded and also stations in the GSN network which are transmitted through the LISS server in Albuquerque. Stations from the UK and Finland are also included and a total of 18 stations now enter the real time system. 

The SeedLink  server  serves as  storage of  continuous data as well as a provider of data  for several monitoring clients and for Earthworm. 

Earthworm on Sun Solaris reads data from the SeedLink server and do event detection. Events are stored in the standard NNSN SEISAN database for processing. 

As SeedLink makes it relatively easy for user‐written clients to access data in real time, we have also written our own program RTDET for detecting events in the real time data stream. Event data are extracted from the SeedLink server directly and written in the standard SEISAN database. The detection client may run on a local machine or from anywhere if connected to Internet. The intention with RTDET is to develop a simple alternative to the more complex Earthworm. 

We have also made some utility clients to monitor the data on the SeedLink server in near real time (RTNET,RTMON). 

The  experience with  the  LISS  protocol  has  been  good  even  if  there  is  no  re‐transmission integrated. An  improvement  is  to  install a SeedLink server on  the  field station where possible. Then LISS data are only transmitted internally on the field machine. 

Earthworm  triggers  have  been  compared  to  SEISNET  triggers  and  the  conclusion  is  that Eartworm works well. The plan is to get most stations operating in real time (with error correction) in the near future. 

All UiB software is public domain: www.geo.uib.no/seismo Seiscomp is obtained from: ftp://ftp.gfz‐potsdam.de/pub/home/st/GEOFON/software/SeisComP/2.5/ Earthworm is obtained from: http://folkworm.ceri.memphis.edu/ew‐dist/ Earthdata from: www.earthdata.co.uk SARA systems from: www.sara.pg.it 

Page 82: Seismicity _International Workshop in Vilnius, Lithuania 2007

SSEEIISSMMIICCIITTYY AANNDD SSEEIISSMMOOLLOOGGIICCAALL OOBBSSEERRVVAATTIIOONNSS OOFF TTHHEE BBAALLTTIICC SSEEAA RREEGGIIOONN

AANNDD AADDJJAACCEENNTT TTEERRRRIITTOORRIIEESS SSeepptteemmbbeerr 1100––1122,, 22000077,, LLiitthhuuaanniiaa VVVOOOLLLUUUMMMEEE OOOFFF AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTTSSS

888000

TTTHHHEEE    SSSEEEIIISSSMMMOOOLLLOOOGGGIIICCCAAALLL    NNNEEETTTWWWOOORRRKKK    IIINNN     DDDEEENNNMMMAAARRRKKK    AAANNNDDD    IIINNN    GGGRRREEEEEENNNLLLAAANNNDDD,,,    EEEAAARRRTTTHHHQQQUUUAAAKKKEEE    MMMOOONNNIIITTTOOORRRIIINNNGGG     AAANNNDDD     AAAPPPPPPLLLIIIEEEDDD    RRREEESSSEEEAAARRRCCCHHH   

Voss P. Geological Survey of Denmark and Greenland, Oster Voldgade 10, DK‐1350 Copenhagen K, Denmark; [email protected] 

The Geological Survey of Denmark and Greenland (GEUS) operate the national seismological network in Denmark and in Greenland. In Denmark the network consists of 3 broad band and 2  short period  seismometers, all permanent.  In Greenland  the network  consists of 17 broad band  seismometers,  4  are  permanent  and  13  are  temporary.  The  data  from  the  stations  in Denmark are collected through the Internet. Data from two stations in Greenland are collected through  the  Internet,  from  the rest of  the stations data are either mailed weekly on  tapes or flash  cards or  collected  at a yearly  inspection. The data  is  stored and processed  in SEISAN databases, which also contain  the GEUS earthquake catalogues for Denmark and Greenland. The  seismological networks are  currently part of  four  research projects:  (1) A UN article 76 based study of crustal structures in North Greenland. (2) A study of lithospheric structures in West Greenland  initiated by  the diamond exploration.  (3) A  study of glacial earthquakes  in East Greenland. (4) PASSEQ – a teleseismic tomographic study of the lithospheric structures in Germany,  Poland  and  Lithuania.  These  and  previous  research  projects  have  improved  our knowledge and understanding of the development of the earth, contributed to the education of several university students, and furthermore, the applied research ensures that the quality of the network  is kept at a high standard. The status of  the seismological network  in Denmark and in Greenland, the earthquake monitoring and the current research projects are presented.