Seismisk coda bruges til at lokalisere og definere skader fra eksplosioner

Sammenligning af coda-bølger, de spredte bølger, der ankommer efter de direkte bølger af en seismisk begivenhed, kan bruges til at bestemme de relative placeringer af to underjordiske eksplosioner, ifølge en ny undersøgelse offentliggjort i open-access tidsskriftet Den seismiske rekord .

Teknikken, kaldet coda wave interferometri, blev testet på eksplosioner udført som en del af Source Physics Experiment (SPE). Lawrence Livermore National Laboratory-forskere Sean Ford og Bill Walter rapporterer, at coda-bølgeinterferometri også kan sætte en grænse for omfanget af skader forårsaget af en eksplosion.

Resultaterne tyder på, at teknikken kunne bruges til at forbedre estimaterne af de relative placeringer af større eksplosioner, såsom rækken af ​​annoncerede atomprøvesprængninger udført af Den Demokratiske Folkerepublik Korea i løbet af de sidste to årtier.

"Baseret på den størrelses- og frekvensskalering, som vi var i stand til at anvende i papiret og succeserne hos SPE, " sagde Ford, "et konklusion er, at denne teknik kunne bruges til større eksplosioner ved større adskillelser optaget på fjernere stationer", såsom dem, der bruges til at overvåge nordkoreanske test.

I modsætning til de direkte og stærke P- og S-seismiske bølger produceret af et jordskælv eller eksplosion, coda-bølger ankommer senere og er mere følsomme over for spredning af klippen, som de passerer igennem. Eventuelle ændringer i spredningsstrukturen - fra sten skubbet eller knust af en eksplosion, for eksempel - "vil vise sig i, hvordan disse senere ankommende bølger har hoppet rundt i det medium over en længere varighed, "Forklarede Ford.

I den nye undersøgelse, Ford og Walter brugte data fra SPE, et igangværende multi-institutionelt projekt, der involverer Lawrence Livermore, Los Alamos og Sandia National Laboratories på det tidligere Nevada atomprøveanlæg. SPE'en udfører kemiske eksplosioner for bedre at forstå de seismiske bølger, de producerer, og for at forfine eksplosionsdetektionsteknikker, bruge analyserne til at forbedre overvågningen af ​​globale atomeksplosioner.

Forskerne brugte coda-bølgeinterferometri til at bestemme den kendte relative placering af to kemiske eksplosioner, der fandt sted under fase I af SPE. Den første eksplosion, SPE-1, svarede til 87,9 kg TNT. Den anden eksplosion, SPE-2, svarede til 997 kg TNT.

Deres analyse konkluderede, at de to eksplosioner var placeret mellem 6 og 18 meter fra hinanden, og højst sandsynligt 9,2 meter fra hinanden. Den kendte adskillelse mellem de to eksplosioner er omkring 9,4 meter fra hinanden.

Tidligere forskning udført af seismologer David Robinson og kolleger, viste, at coda-bølgeinterferometri præcist kunne lokalisere jordskælv adskilt af hundreder af meter. "Vi var sikre på, at tilgangen ville fungere for kemiske eksplosioner, men spørgsmålet for os var, om det kunne fungere til så små og tæt beliggende eksplosioner, " sagde Ford.

Ford og Walter brugte også teknikken til bedre at karakterisere de underjordiske skader forårsaget af SPE-2, sammenligner dens coda-bølger med dem, der produceres af den 905 kilo tunge TNT-ækvivalente SPE-3, der senere blev detoneret på samme sted som SPE-2.

Detaljerne om skaden "kan ikke ses fra de direkte bølger, der ankommer til de [1-kilometer eller mere] fjerntliggende stationer, som vi er vant til, så vi tænkte, at vi måske kunne se det i disse mere følsomme spredte bølger, coda bølgerne, "Forklarede Ford

På baggrund af analysen, skaden forårsaget af SPE-2 skal have været begrænset til et sfærisk område med en radius på mindre end 10 meter, konkluderede forskerne.

"Vi troede, at der ville være meget mere skade, eller i det mindste mere af en effekt på de udgående bølger, men nu er der beviser imod den hypotese, så dette peger os i andre retninger for at forklare de observerede P- og S-bølger, " sagde Ford.

Undersøgelsen er den første forskningsartikel offentliggjort i Den seismiske rekord , en ny kortform, åbent tidsskrift fra Seismological Society of America.