Størrelsessammenligning adskiller små jordskælv fra eksplosioner i det vestlige USA

Ved at sammenligne to størrelsesmålinger for seismiske hændelser optaget lokalt, forskere kan fortælle, om hændelsen var et lille jordskælv eller en enkelt-brand nedgravet kemisk eksplosion.

Fundene, offentliggjort i Bulletin fra Seismological Society of America , give seismologer endnu et værktøj til at overvåge atomeksplosioner, særligt lavtydende eksplosioner, der detekteres ved hjælp af seismiske stationer, der er 150 kilometer (ca. 93 miles) eller mindre fra eksplosionsstedet.

Seismologer bruger en række forskellige metoder til at skelne jordskælv fra eksplosioner, såsom at analysere forholdet mellem P-bølger (som komprimerer sten i samme retning som en bølges bevægelse) og S-bølger (som bevæger sten vinkelret på bølgeretningen). Imidlertid, metoder som P/S-bølgeforholdet virker ikke så godt til hændelser af størrelsesorden 3 eller mindre, gør det vigtigt at udvikle andre diskriminationsteknikker, sagde University of Utahs seismolog Keith Koper. Forskere har diskuteret, for eksempel, om en lille seismisk hændelse, der fandt sted den 12. maj 2010 i Nordkorea, var et naturligt jordskælv eller et jordskælv fremkaldt af en atomeksplosion med lavt udbytte.

Den nye undersøgelse ser på forskellen mellem lokal størrelsesorden (ML) og coda duration magnitude (MC) målinger. Lokal størrelse, nogle gange omtalt som Richter-størrelsen, estimerer størrelsen baseret på den maksimale amplitude af detekterede seismiske bølger. Coda-varighedsstørrelsen er baseret på varigheden af ​​et seismisk bølgetog og den resulterende længde af det seismogram, det producerer.

Koper og hans studerende faldt over den potentielle nytte af denne sammenligning på et af hans kandidatseminarer for omkring fire år siden, da eleverne øvede sig i at programmere og sammenligne forskellige typer størrelser. "Det viste sig, at når man så på disse størrelsesforskelle, der var et mønster, " sagde han. "Alle disse jordskælv i Utah, der er forbundet med kulminedrift, har en større coda-størrelse, med seismogrammer længere end normalt."

Sammenlignet med naturligt forekommende jordskælv, seismiske hændelser forårsaget af menneskelig aktivitet har en tendens til at have en større MC end ML, konkluderede forskerne i et papir fra 2016. Meget lavvandede seismiske hændelser har en større MC end dybere begravede hændelser, de fandt, mens man bemærker, at de fleste menneskelige aktiviteter, der ville fremkalde jordskælv, finder sted på lave dybder i skorpen, sammenlignet med den dybere oprindelse af naturlige jordskælv.

Resultaterne antydede, at ML-MC-forskel kunne være nyttig til at opdage nukleare eksplosioner på lokalt niveau, men de mange detonationer i en kulminedrift, spredt i rum og tid, producere en anden seismisk signatur end det kompakte enkeltskud af en atomeksplosion.

For yderligere at teste diskriminationsmetoden, forskerne søgte efter "eksplosioner, der var bedre proxyer, kompakt, og ikke dine typiske industrielle eksplosioner, " sagde Koper.

I BSSA-undersøgelsen, Koper og kolleger anvendte ML-MC-forskellen på tre eksperimenter i det vestlige USA, der registrerede data på lokale netværk fra nedgravede enkeltbrandseksplosioner såvel som naturlige jordskælv:Bighorn Arch Seismic Experiment (BASE) i 2010 i det nordlige Wyoming, det billeddannende Magma Under St. Helens (iMUSH) eksperiment i Washington State fra 2014 til 2016, og fase I-eksplosionerne af Source Physics Experiment (SPE) i Nevada fra 2011 til 2016.

Metoden var i stand til at adskille eksplosioner fra naturlige jordskælv i data fra alle tre steder, fandt forskerne, bekræfter, at det potentielt ville være nyttigt til at identificere små underjordiske nukleare eksplosioner på steder, der kun er dækket af et lokalt seismisk netværk.

Ud over eksplosionsseismologi, metoden kan også hjælpe med at identificere og analysere andre jordskælv, der har lavvandede kilder, herunder nogle jordskælv forårsaget af menneskelige aktiviteter såsom olie- og gasindvinding, sagde Koper.