Gå dybt:Ny jordbevægelsesmodel simulerer jordskælv, eksplosioner mere præcist

Forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) har skabt en ny adjoint bølgeformstomografimodel, der mere nøjagtigt simulerer jordskælv og eksplosionsbevægelser på jorden. Artiklen, offentliggjort i Journal of Geophysical Research:Solid Earth , blev udvalgt til en Editor's Highlight.

Seismisk tomografi er en metode til at estimere jordens utilgængelige tredimensionelle (3D) seismiske materialeegenskaber, specifikt hastighederne af kompressions- og forskydningsbølger relateret sammensætning og temperaturvariationer. Det giver billeder af 3D-strukturer, der relaterer til pladetektoniske processer, såvel som modeller til bedre at repræsentere seismisk bølgeudbredelse gennem Jordens komplekse struktur.

I modsætning til typiske seismiske tomografimodeller bruger denne model fuldt tredimensionelle bølgeudbredelsessimuleringer til at beregne følsomheden af ​​observerede seismogrammer over for Jordens struktur, hvilket muliggør mere nøjagtige simuleringer og bedre estimater af seismiske kildeegenskaber.

I den nye forskning skabte forskere en ny model af den 3D-seismiske struktur for de øverste 400 km af Jorden i det vestlige USA ved hjælp af adjoint waveform tomography (AWT). Modellen er produceret af en beregningsintensiv bølgeforminversionsproces, der opdaterer sub-surface-modellen for at forbedre matchningen til observerede seismogrammer. For at triangulere funktioner i modellen er AWT også dataintensiv, hvilket kræver mange seismogrammer, der krydser målområdet.

Holdet – bestående af forskere fra LLNL's Geophysical Monitoring Program (GMP) og forskere fra Mondaic, en lille inkubator-opstartsvirksomhed fra Swiss Federal Institute of Technology – brugte mere end 60.000 HPC-simuleringer på LLNL's Lassen supercomputer til at køre 256 model iterationer for 72 jordskælv, der passer til næsten 100.000 seismogrammer.

"Mens der findes andre modeller i det vestlige USA, er denne model unik ved, at den er baseret på mange flere inversions-iterationer end tidligere modeller og giver meget bedre tilpasning til registrerede seismogrammer," sagde LLNL-forsker Artie Rodgers, hovedforfatter af papiret. "Det kan også give mere nøjagtige estimater af seismiske kildekarakteristika ved at fjerne forvrængning på grund af ukendt 3D-jordstruktur i tidligere modeller."

Forskere fandt ud af, at seismisk struktur består af 3D-variationer i kompressions- og forskydningsseismiske bølgehastigheder og tæthed, og vandret og lodret polariserede bølger har forskellige hastigheder.

Mens mange undersøgelser af seismisk tomografi fokuserer på billeddannelse af struktur under overfladen, var den primære motivation i det nye arbejde udviklingen af ​​en 3D-model for forbedrede bølgeformtilpasninger i perioder på 20 til 120 sekunder efter en jordbevægelse.

"Vi producerede en mere detaljeret 3D-struktur af skorpen og den øvre kappe med det formål at forbedre forudsigelige muligheder for 3D-bølgeformssimuleringer til applikationer som kildekarakterisering og/eller jordskælvssimuleringer i lang tid," sagde Rodgers. "Bølgeformpasninger er bemærkelsesværdigt bedre med vores endelige model sammenlignet med tidligere modeller i samme region."

Metoder til overvågning af atomeksplosion kan drage fordel af 3D-modeller, der nøjagtigt kan simulere kortperiode-bølgeformer (20 s), som er stærkt påvirket af skorpe- og øvre kappestruktur. Tilsvarende kræver jordskælvsfare- og risikoundersøgelser af jordskælv simuleringer af meget kortere periodebølgeformer (mindre end 5-10 s) end fundet i den nye model. Rodgers sagde dog, at strukturen i stor skala først skal passe de længere periodedata, før de borer ned til de kortere periodebølger. Arbejdet med at løse en mere detaljeret struktur er i gang.

Denne nye metode gør det muligt for LLNL at udnytte mere seismisk bølgeforminformation til at understøtte national og international overvågning af nukleare forsøg. UC Berkeley kandidatstuderende Claire Doody og LLNL-videnskabsmænd Andrea Chiang og Nathan Simmons bidrog også til forskningen. + Udforsk yderligere

MRI på planetskala:Højopløsningsbelysning af Jordens indre ned til planetens kerne