home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / ca / earthqua / 1490 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-12-22  |  10.7 KB

  1. Path: sparky!uunet!spool.mu.edu!darwin.sura.net!seismo!skadi!stead
  2. From: stead@skadi.CSS.GOV (Richard Stead)
  3. Newsgroups: ca.earthquakes
  4. Subject: Re: Quake felt in Menlo Park 1pm Sunday
  5. Message-ID: <51692@seismo.CSS.GOV>
  6. Date: 22 Dec 92 15:27:24 GMT
  7. References: <1h5g6fINNj9b@agate.berkeley.edu>
  8. Sender: usenet@seismo.CSS.GOV
  9. Lines: 186
  10. Nntp-Posting-Host: skadi.css.gov
  11.  
  12. In article <1h5g6fINNj9b@agate.berkeley.edu>, greg@perry.berkeley.edu (Greg Anderson) writes:
  13. > OK, here's the info from us here at UCB and from the USGS in Menlo Park.
  14. > Location:  1 mile NNE of San Leandro (San Leandro Hills)
  15. > Time:    1:05 pm PST 20 December
  16. > Magnitude: Mw 3.6
  17. >        ML 3.7
  18.  
  19. This must be the "Little Earthquake that Could" or something.  It made the
  20. Washington Post!  Pretty famous for such an itty-bitty quake.
  21.  
  22. > Now, my guess as to why people reported feeling two quakes (a sharp jolt
  23. > and a slow shaker) was that people were actually feeling the arrival of two
  24. > distinct groups of seismic waves from the same event.  The first (sharp jolt)
  25. > would be the 'P', or compressional, wave.  The second (slow shaker) would be
  26. > the 'S', or shear, wave.  These two wave travel at different speeds (with
  27. > P always faster than S), and if you are more than about, oh, 10 kilometers
  28. > or so away from the earthquake, you will feel two distinct bursts of
  29. > motion from the earthquake.  As a general rule of thumb, in case you are
  30. > interested, for every second of time between the onset of the P and the onset
  31. > of the S, you are about 8 kilometers from the epicenter.  This is rough, of
  32. > course, but for distances of about 150 kilometers or less, it should work
  33. > fairly well...
  34.  
  35. Well, it gets a little messier than that.  There are actually quite a few
  36. different waves that can arrive at local distances (the "local" range extends
  37. to about 300 to 1000 km, depending on who you talk to).  There are several
  38. types of P waves, but they all come in pretty close together, and usually
  39. only one will be big enough to notice - the others are of interest only
  40. to seismologists.  One the other hand, there are many S waves and surface
  41. waves, most of which can be felt in a large quake, and are separated by
  42. a lot of time.  Some S waves:
  43. Sg  an old notation "S granite" from when it was thought that the crust was
  44.     a layer of granite over a layer of basalt.  It travels through the middle
  45.     of the crust.
  46. Sn  This is a tiny S wave, but is the first beyond about 200 km.  It is a
  47.     "head wave" that travels on top of the MOHO
  48. Lg  The most common and often largest S wave in local and regional ranges.
  49.     This is a very complex wave, part surface wave (the L stands for Love
  50.     wave, one of the two types of surface waves) and multiple reflected
  51.     waves, possibly even conversions to P waves and back again.  Despite
  52.     its complexity, the onset of its peak amplitude has a velocity of about
  53.     3.5 km/s that is relatively constant, and it has a very stable amplitude
  54.     dependence on distance making it an excellent choice for magnitudes.  It
  55.     carries the bulk of the quake energy that you feel.
  56. SmS This is a reflection off the MOHO that is strong only in limited ranges,
  57.     and is thought to be a principal contributor to the large amplitudes
  58.     of S at San Francisco from the Loma Prieta quake.
  59. Rg  This is the Rayleigh wave in the crust - Rayleigh waves are a very specific
  60.     type of surface wave.  They have a unique particle motion - retrograde
  61.     elliptical.  They are much longer period than the other waves mentioned
  62.     and are often responsible for the damage of large structures in quakes
  63.     (which have natural periods that long).  They are also responsible for that
  64.     swaying motion you feel after a big quake.
  65. There are even more for certain areas - S*, Sb, S-, etc., but that's more
  66. complication than is necessary.
  67. To be able to estimate range to a quake, it is important to identify the phases
  68. felt correctly.  P is always a very sharp jolt, as much heard as felt - it
  69. is heard as a sort of low boom, but more often as a quick and sudden rustle
  70. of leaves or "whump" of a house.  It is hard to actually feel it because
  71. it is rather short period, low amplitude and brief in duration.
  72. The Sn can be mistaken for P, since it also may carry high frequency, is
  73. low amplitude and short in duration.  It has different motion however -
  74. Sn is mostly felt, not heard, and it has more of a side-to-side motion,
  75. while P is more vertical.  Sn also is not important until you are at least
  76. 100 km from the quake.  At some distance (between 120 and 180 km, depending
  77. on where you are), Sn crosses Sg and starts coming in first.  Closer than
  78. that, Sg is first.
  79. Lg is what most people think a quake feels like (and they're right, since
  80. it carries the most energy usually).  It moves side-to-side and "shakes",
  81. it also generally lasts a long time.  Rg is that swaying motion that sort
  82. of makes you feel sea-sick (that's the principle way you feel it, since
  83. it's a very smooth motion and isn't jerking you all around - sometimes,
  84. you don't feel it at all, but see all the trees, cars, chandeliers, or whatever
  85. slowly swaying).
  86.  
  87. > The USGS in Menlo Park mainly calculates what are called "coda duration" 
  88. > magnitudes, which are abbreviated as MD (correct me if I'm wrong, Andy.
  89.  
  90. I think Caltech uses Mc for coda magnitudes, but I don't remember for certain.
  91.  
  92. > Now, the more familiar magnitude is, of course, the Richter magnitude, which was
  93. > developed in 1935 and is called the ML.  This magnitude is based on recordings
  94. > from a wonderful, lovely, old photographic instrument called a Wood-Anderson
  95. > Torsion Seismometer (this last statement was heavily dripping with sarcasm, 
  96. > for those who haven't had the dubious pleasure of working with one of these 
  97. > things.  They are a pain in the ass!).
  98. ...
  99. > Now, we measure the ML (or Richter magnitude) by looking at a record from this
  100.  
  101. Well, nowadays, we actually just take a nice, modern seismometer and using
  102. some signal processing, make a digital seismogram the equivalent of what
  103. the W-A would have made.  Then the amplitude is measured off that.
  104.  
  105. > Now, here is a good time to note a few problems with the Richter magnitude.
  106. > First, strictly speaking, it cannot be used beyond 300 kilometers (originally
  107. > 600 kilometers) from the earthquake.  Also, Richter calibrated it only for
  108. > Southern California earthquakes.  And, it becomes really, really inaccurate
  109. > at magnitudes above about 7.0 or so, and really, really, really, really inaccurate
  110. > for the largest earthquakes known.
  111.  
  112. Yes - this is the "saturation" problem.  Basically, a W-A seismometer is best
  113. around 1 Hz.  Trouble is, the energy spectrum of a quake is not the same for
  114. different size quakes.  As quakes get bigger, the peak energy shifts to lower
  115. frequencies, and eventually 1 Hz is past the "corner frequency".  At this point,
  116. all quakes "look" the same size at 1 Hz.  They are bigger, however, and
  117. therefore have more energy in longer periods, and longer durations of shaking.
  118. This shift is also the reason why 1 unit of mgnitude, representing a factor
  119. of 10 in amplitude, represents only a factor of 32 in energy.  If the spectrum
  120. were constant, that unit of magnitude would be a factor of 10 in amplitude
  121. and a factor of 100 in energy.  This is because a long period wave of the same
  122. amplitude as a short-period wave carries less energy.  All magnitude scales
  123. except Mw suffer from saturation at some point, so for the largest quakes
  124. (we get on every 5 years or so that's above 8.3), only Mw gives an accurate
  125. measure of the magnitude.
  126.  
  127. > The final magnitude in use for local earthquakes (generally, there may be others.
  128. > Andy? Sue? Richard?) is called "moment magnitude" or Mw.  This magnitude is unique
  129.  
  130. Oh, bunches more.  USGS at Denver (NEIC) reports mb and MS.  mb is a 1 second
  131. body-wave magnitude, and can be calculated from a variety of waves.  MS
  132. is the surface wave magnitude, usually computed from teleseismic 20 second
  133. Love waves.  It can be calculated at longer periods, however, and corrected
  134. to 20 seconds.  The nuclear monitoring community likes MLg, because of
  135. its stability, but it's really a type of mb.  There is an intensity magnitude
  136. measured from isoseismal contours that is valuable for measuring the
  137. magnitudes of historic quakes that occurred before instrumental seismology.
  138. There are dozens of others.  They are always calibrated against ML (directly
  139. or indirectly) over some range of magnitudes in order to make all
  140. magnitudes directly comparable.
  141.  
  142. > in that it is actually derived from the physical area which ruptured in the 
  143. > earthquake, and as such it is actually a measure of how big the earthquake was
  144. > Also, because it depends on the physical area which breaks in the quake, it 
  145.  
  146. Mo is Moment (not a magnitude) and is related to displacement and area by
  147.  
  148. Mo = mu * A * d
  149.  
  150. where mu is the rigidity of the material containing the fault, A is the area
  151. of fault surface that slipped, and d is the average displacement across the
  152. fault.  Then the strain energy release is
  153.  
  154. W = Wo = ds * Mo / (2 * mu)
  155.  
  156. where ds is the stress drop in the material (stress before - stress after).
  157.  
  158. Having the energy, we can define Mw, using the energy-magnitude relation
  159.  
  160. log Wo = 1.5 Mw + 11.8
  161.  
  162. The little o on Mo and Wo indicates that the value is measured at DC (zero
  163. frequency).  W = Wo only if the quake releases all the stress.  Since faults
  164. have been determined to have very low "friction", quakes will usually
  165. release most stress as waves, so that the assumption is approximately correct.
  166. Wo can be estimated from ultra-long period seismograms, making Mw
  167. essentially an infinite period magnitude.  As an example, 100 second MS
  168. (often denoted M100) is related to Mo by
  169.  
  170. log Mo = 2.83 * M100 + 4.83
  171.  
  172. This works until the quake saturates 100 seconds, at which point an even
  173. longer period would need to be measured.
  174.  
  175. Now I've told the group more than they ever wanted to know about Mw.
  176.  
  177. > So, when you hear different magnitudes from the same event, you can usually be
  178. > assured that it has to do with different methods of calculating magnitudes between
  179. > different organizations.  I mean, here at Berkeley, we alone calculate both Mw and
  180. > ML, so we usually get two very slightly different numbers.  
  181.  
  182. It may also have to do with propagation effects.  Most organizations try
  183. to average these away by combining magnitude estimates from several individual
  184. seismometers into one network magnitude, but Caltech's network may still give
  185. a different result than Berkeley's for the same quake due to radiation pattern,
  186. directivity, differences in the media that the waves propagate through,
  187. focusing and defocusing by heterogeneities, constructive and destructive
  188. interference, off-azimuth propagation, etc.  (Sorry for the slug of jargon
  189. there, but I think I've explained most of these before, and this post is
  190. already too long).
  191.  
  192.  
  193. --
  194. Richard Stead
  195. Center for Seismic Studies
  196. Arlington, VA
  197. stead@seismo.css.gov
  198.