Presisjonsseismologi: Nøyaktig lokalisering av Nord-Koreas prøvesprengninger

Transkript

1 NGFs 100-års Jubileumssymposium, Geilo, september 2017 Presisjonsseismologi: Nøyaktig lokalisering av Nord-Koreas prøvesprengninger Tormod Kværna Steven Gibbons

2 NGFs 100-års Jubileumssymposium, Geilo, september 2017 Presisjonsseismologi: Nøyaktig lokalisering av Nord-Koreas prøvesprengninger Tormod Kværna Steven Gibbons

3 9. oktober 2006, mb 4.0 Prøvestansorganisasjonens (CTBTOs) observasjonsnettverk Lokalisering: 41.31N, E Ankomsttider avlest på 22 stasjoner Usikkerhet: ~30x30 km (900 km 2 )

4 Usikkerheter ved jordskjelvlokalisering Avlesningsfeil Modellfeil Radialt symmetrisk modell for bølgenes gangtider ~0.1 1 sekund usikkerhet avhengig av: signal-støy forhold signalfrekvens impulsivt / gradvis økende signal Gangtidene for P-bølger øker med ca sekunder pr. 10 kilometer, litt avhengig av avstand mellom kilde og stasjon

5 Usikkerheter ved jordskjelvlokalisering Jordens indre er 3-D Storskala variasjon er relativt godt kjent Størst usikkerhet i jordskorpen og øvre mantel Midlere modellfeil s selv med beste 3D modell

6 Relativ lokalisering av nærliggende hendelser DD - double difference method Antagelse om «nesten» identiske bølgebaner -> «samme» modellfeil Nøyaktig måling av relative tidsdifferanser ved krysskorrelasjon ~ sekund usikkerhet avhengig av: signal-støy forhold signalfrekvens likhet av signalene (korrelasjon)

7 The North Korea nuclear test-site Relative locations of events using DD methods. WL Wen and Long SRL-2010

8 The North Korea nuclear test-site Relative locations of events using DD methods. WL Wen and Long SRL-2010 S Selby Teleseismic IMS The relative location estimates for the DPRK test site appear to depend upon the stations used

9 Number of high quality relative time measurements for 4 DPRK events - array - three-component station - 1 pair - 3 pairs - 6 pairs DPRK Democratic People s Republic of Korea For each station, introduce a perturbation to the ak135 P-phase traveltime gradient and rerun the DD calculation for selected subsets of the observations.

10 Estimated station corrections to the ak135 P-phase traveltime gradient We attempt to find deviations from the predicted traveltime differences that make all relative location calculations consistent Nord Øst Sør Vest Nord Azimuth - retning fra kildeområdet Regional distances: < 2000 km (20 ), propagation in the crust, upper mantle Teleseismic distances > 2000 km (20 ), propagation deeper into the mantle

11 Estimated station corrections to the ak135 model slowness JAPAN AUSTRALIA We attempt to find deviations from the predicted traveltime differences that make all relative location calculations consistent EURASIA Nord Øst Sør Vest Nord Azimuth - retning fra kildeområdet

12 (S) (WL)

13

14 Estimated deviations in traveltime gradient for the DPRK test site Observed deviations in traveltime gradient for earthquakes observed at the Spitsbergen (SPITS) seismic array Effect of a dipping layers in the crust?

15 Preferred absolute location based on existing infrastructure and topgraphic relief

16 Accurate Relative Event Location at the North Korea Nuclear Test Site SUMMARY Accurate relative location estimates from seismic data are important for placing constraints upon the absolute event locations. The seismic wavefield leaving the test site is more complicated than we assume! Antagelse om «nesten» identiske bølgebaner -> «samme» modellfeil Teleseismic estimates probably more accurate than regional estimates despite an apparent lower precision. (There are almost certainly improvements to be made in our models for wave propagation at the test site.)

17 Page september 2017, m b 6.1

18 Page 18

19 Beregning av magnitude, 3. september 2017, m b 6.1 m " = log () A T + q./(δ, h) Veith-Clawsons modell for svekkelse av P-amplituden (m b ) Her kilde nær overflaten (0 dyp) m b på 100 CTBT stasjoner Page 19

20 Bergning av sprengkraft (yield) m " 0.75 log () yield + K Dette er en usikker empirisk relasjon utviklet for testområdene i Nevada, Kasakstan, Novaya Zemlya og Lop Nor (Kina). K er først og fremst avhengig av geologiske forhold i testområdet, men også andre faktorer som dybde av eksplosjonen og størrelse på hulrommet. K-verdier: Nevada 4.05 m " kt Kasakstan 4.45 m " kt Novaya Zemlya 4.3 m " kt North Korea 4.3? m " kt Page 20

21 Page 21