The application of graph theory to assess the connectedness of earthquakes in the Crimean-Black Sea region

V. B. Spirtus

doi:10.24028/gzh.0203-3100.v35i1.2013.116339

Authors

V. B. Spirtus Institute of Geophysics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v35i1.2013.116339

Abstract

Notions of T- and R-connectivity of seismic events have been introduced and on their base formalized criterion of earthquakes neighborhood has been proposed. Methodic problems of discrimination of interconnected events with the help of graphs theory have been considered. A set of test calculations for the earthquakes of the central part of the Crimean-Black Sea region have been conducted. It has been demonstrated that in the matrix of orgraph contiguity all the significant activation periods al of seismic activity occurred in 1984, 1990, 1998 and 2009 are reflected. For the Crimean earthquakes of 1984 and 1998 the chains of interconnected events have been distinguished about two years long, which confirm the migration of low rank events to the site of future strong one.

References

Арефьев С. С. Форшоки, афтершоки и рои землетрясений // Физика Земли. - 2002. - № 1.- С. 60-77.

Арефьев С. С., Шебалин Н. В. Оценка уровня скученности (кластеризации) землетрясений Кавказа // Докл. АН СССР. - 1990. - 298, № 6.- С. 1349-1352.

Быков В. Г. Деформационные волны Земли: концепция, наблюдения и модели // Геология и геофизика. - 2005. - 46, № 11. - С. 1176- 1190.

Добровольский И.П. Теория подготовки тектонического землетрясения. - Москва: Изд. ОИФЗ РАН, 1991. - 217 с.

Емеличев В. А., Мельников О. И. Лекции по теории графов. - Москва: Наука, 1990. - 384 с.

Кульчицкий В.Е., Пустовитенко Б. Г. 80 лет инструментальным сейсмическим наблюдениям в Крыму: история, итоги и перспективы // Геофиз. журн. - 2008. - 30, № 5. - С. 9-49.

Пустовитенко Б. Г. Сейсмические процессы в Черноморском регионе и сейсмическая опасность Крыма: Автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук. - Киев, 2003. - 41 с.

Пустовитенко Б. Г., Поречнова Е.И. О процессах формирования очаговых зон сильных землетрясений // Геофиз. журн. - 2008. - 30, № 5. - С. 73-90.

Пустовитенко Б. Г., Поречнова Е.И. Особенности сейсмических процессов в очаговой зоне землетрясения в Крыму 18 октября 1998 года // Сейсмологический бюллетень Украины за 1998 г. - Симферополь, 2000. - С. 64-73.

Пустовитенко Б. Г., Щербина С. В., Кульчицкий В.Е. Пространственно-временные свойства сейсмичности бассейна Черного моря и его обрамления // Геофиз. журн. - 1997. - 19, № 6. - С. 58-69.

Соболев Г. А., Пономарев А. В. Физика очага и краткосрочный прогноз землетрясений // Очерки геофизических исследований - Москва: ОИФЗ РАН, 2003. - С. 11-20.

Соболев Г. А., Валеев С. Г., Фасхутдинова В. А. Мультигармоническая модель сейсмичности Камчатки // Физика Земли, 2010. - № 12. - С. 3- 18.

Спиртус В. Б. Исследование геосолитонов в Крымско-Черноморском регионе в моделях типа Фитц-хью - Нагумо // Геофиз. журн. - 2008. - 30, № 5. - С. 91-100.

Спиртус В. Б., Пустовитенко Б. Г. Описание явления миграции сейсмической активности в рамках моделей возбудимых сред // Докл. НАН Украины. - 2005. - № 13. - С. 120-124.

Харари Ф. Теория графов. - Москва: Мир, 1973.- 300 с.

Шебалин П. Н. Цепочки землетрясений как индикатор возрастания радиуса корреляции сейсмичности. Гл. 2 // Алгоритмы прогноза землетрясений. - Москва: ГЕОС, 2006. - С. 37- 90.

Шевцов Б. М., Сагитова Р. Н. Статистический анализ сейсмических процессов на основе диффузионного подхода // Докл. РАН. - 2009. - 426, № 2. - С. 254-256.

Albert R., Bamb'asi A. L. Statistical mechanics of complex networks // Rev. Modem Phys. - 2002.- 74. - P. 47.

Baiesi M., Paczuski M. Scale-free networks of earthquakes and aftershocks // Phys. Rev. E. - 2004.- 69. - P. 066106-1-066106-8.

Bak P. How nature works: the science of self-organized criticality. - New York: Springer Verlag, 1996. - 205 p.

Bak P., Tang C., Wiesenfeld K. Self-Organized Criticality: An Explanation of 1/f Noise // Phys. Rev. Let. - 1987. - 59. - P. 381-384.

Corral A. Universal local versus unified global scaling laws in the statistics of seismicity // Physica A. - 2004. - 340. - P. 590-597.

Davidsen J., Goltz C. Are seismic waiting time distributions universal? // Geophys. Res. Let. - 2004.- 31. - P. L21612.

Davidsen J., Grassberger P., Paczuski M. Networks of recurrent events, a theory of records, and an application to finding causal signatures in seismicity // Phys. Rev. E. - 2008. - 77. - P. 0661041- 066104-17.

Fortunato S. Community detection in graphs // Phys. Reports. - 2010. - 486. - P. 75-174.

Marsan D., Lenglin'e O. Extending earthquakes reach through cascading//Science. - 2008. - 319.- P. 1076-1079.

Peixoto T.P., Davidsen J. Network of recurrent events for the Olami - Feder - Christensen model // Phys. Rev. E. - 2008. - 77. - P. 066107, PMID: 18643336.

Peixoto T.P., Doblhoff-Dier K., Davidsen J. Spatiotemporal correlations of aftershock sequences // J. Geophys. Res. - 2010. - 115. - P. B10309.

Rundle J.B., Turcotte D.L., Shcherbakov R., Klein W., Sammis C. Statistical physics approach to understanding the multiscale dynamics of earthquake fault systems // Rev. Geophys. - 2003. - 41.- P. 1019. - Doi:10.1029/2003RG000135.

Vasudevan K., Eaton D. W., Davidsen J. Interplate seismicity in Canada: a graph theoretic approach to data analysis and interpretation // Nonlin. Proc. Geophys. - 2010. - 17. - P. 513-527.

Zaliapin I., Gabrielov A., Keilis-Borok V., Wong H. Clustering analysis of seismicity and aftershock identification // Phys. Rev. Let. - 2008. - 101.- P. 018501.