[논문 리뷰] Observation of the prior earthquake effect on the flux of environmental neutrons, gamma-radiation, and on the local electric field in Tien Shan mountain

Н. М. Салихов, A. L. Shepetov외 3명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 29.

Earthquake Detection and Analysis참고 문헌 20인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 티엔 샤인 천체선 연구소에서 환경 중성자, 감마선 방사능 및 국지 전기장의 모니터링을 통해 지진 전구를 조사한다. 5.4 M 지진 3일 전까지 중성자 유속, 감마선 방사능 및 전기장 강도의 상관 관계가 있는 이상 현상을 발견하여, 관측된 전진 신호의 일관성으로 인해 단기 지진 예측을 위한 다중 매개변수 접근법의 잠재적 가능성을 제시한다.

ABSTRACT

A search for the possible precursors of an earthquake and its effect on the data series of diverse geophysical parameters has been made in the mountain of Northern Tien Shan. The complex installation included the NM64 type neutron supermonitor, detectors of the environmental low-energy neutrons, the scintillation gamma-detector, the sensor of the local electric field, a seismograph, and a weather-station. The specialized data filtration methodic was elaborated with an enhanced sensitivity to the transient signals of seismic origin. On the eve of, and after a 5.4 magnitude earthquake the fine features in temporal behavior of the intensity of low-energy neutron and gamma-radiation background, so as irregularities of the local electric field were observed which seem to be in a close correlation with each other. These results may be an evidence of the possibility of experimental identification of earthquake's precursors in the time up to 2-3 days before the beginning of a period of intensive tectonic activity.

연구 동기 및 목표

• 다중 매개변수 모니터링을 통해 강력한 지진의 잠재적 지구물리학적 전구를 탐지하고 분석하기.
• 지진 발생 전 환경 중성자 유속, 감마선 방사능 및 국지 전기장 변화 간의 상관관계를 조사하기.
• 이 지구물리학적 매개변수의 일시적 신호를 단기 지진 예측에 활용할 수 있는지 가능성 평가하기.
• 지각 내 응력 축적은 저에너지 중성자 및 방사능 유속과 대기 전기장에 측정 가능한 변화를 유도한다는 가설을 검증하기.

제안 방법

• 티엔 샤인 산에 NM64 중성자 슈퍼모니터, 저에너지 중성자 탐지기, NaI 스크린티게이션 감마 탐지기, 전기장 센서, 지진계 및 기상관측소를 포함한 다중 센서 복합체 설치.
• 지진 기원의 일시적 신호에 대한 민감도를 향상시키기 위한 전용 데이터 필터링 기법 적용.
• 중성자 강도 데이터에서 일일 진동의 에너지 프로파일을 추출하기 위해 50점 이동 평균 필터링 사용.
• 필터링된 중성자 신호의 자기상관 함수를 지진 사건 시점과 비교하여 신호의 일치성 탐지.
• 지진 전 이상 현상을 식별하기 위해 전기장 스파크와 감마선 방사능 감소를 동시에 모니터링.
• 전기장 펄스의 고해상도 분석을 통해 번개나 대기 간섭과의 구별하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강력한 지진 발생 전 며칠 동안 환경 중성자 유속, 감마선 방사능 및 국지 전기장에서 이상 현상을 감지할 수 있는가?
• RQ2 이러한 이상 현상은 지진 활동의 시작과 어느 정도 시간적으로 관련되어 있는가?
• RQ3 지진 전에 중성자 및 감마선 방사능의 이상 현상이 국지 전기장 변화와 일관된 패턴을 보이는가?
• RQ4 이러한 지구물리학적 신호는 자연적인 대기 또는 우주 배경 변화와 구별될 수 있는가?
• RQ5 이러한 이상 현상이 주요 지진 사건 전에 나타나는 일관된 시간 창(예: 2–3일)이 존재하는가?

주요 결과

• 2011년 5월 1일의 5.4 M 지진 발생 전 2–3일 동안 저에너지 중성자 유속과 감마선 방사능 강도에 명백한 감소가 관측되었다.
• 필터링된 중성자 신호의 자기상관 함수는 주요 지진 직전 기간에 약 0.65의 피크 상관 계수를 보였다.
• 각각 3–5초 동안 지속되고, 일반 번개 방전보다 약 6배 낮은 진폭을 가지며, 한 방향으로의 양극성 전기장 스파크가 지진 전 단계에서 감지되었다.
• 이러한 전기장 펄스는 주요 지진 40분 전에 멈추고 가장 강력한 후진동 동안에만 재등장하여 지진 활동과 강한 시간적 연관성을 보였다.
• 중성자 유속, 감마선 방사능 및 전기장의 이상 현상은 매우 정확하게 동기화되어 있었으며, 가장 강한 전기 활동이 중성자 및 감마선 방사능 수준이 가장 낮을 때 겹쳤다.
• 지진 전기 단계 동안 인프라소닉 또는 번개 활동이 관측되지 않아, 관측된 전기장 펄스의 원인이 대기 간섭이 아니라는 점이 입증되었다.