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核试验,为什么总是地震部门“第一个知道”?
发布日期:2017-09-06
  中国地震台网正式测定:09月03日11时30分在朝鲜(疑爆)(北纬41.35度,东经129.11度)发生6.3级地震,震源深度0千米。根据网友反馈,延边、吉林、长白山、长春、沈阳等地有感。

  事件发生之后一个小时,朝鲜政府宣称这是该国进行的可装载在洲际导弹上的氢弹试验,并取得了成功。中国外交部3日发表声明说,朝鲜民主主义人民共和国不顾国际社会普遍反对,再次进行核试验,中国政府对此表示坚决反对并予以强烈谴责。

  实际上,这已经是朝鲜从2006年至今进行的第六次核试验。前5次分别是2016年9月9日5.0级、2016年1月6日4.9级、2013年2月12日4.9级、2009年5月25月4.5级和2006年10月9日的4.0级。细心的小伙伴会纳闷了,咦,为啥总是地震部门第一个知道消息?

  核试验,为什么总是地震部门“第一个知道”?


  一句话太长不看版

  因为地下核爆炸也会激发出地震波,能被地震仪监测到,计算机会自动测算出爆炸释放的能量相当于几级地震。

  地下核爆炸与地震一样,地下的爆炸释放大量的能量,破坏威力巨大,引起大地振动,同样激发出地震波,地震仪监测到地震波,就能测算出核爆炸发生的时间、地点、“震级”和深度。根据地震波测算出的震级,并不代表爆炸引发了地震,而是爆炸释放的能量相当于几级地震。

  看晕了没?


  核试验产生的地震波与正常地震不同,很容易检测和分辨出来。基本原理是地下核试验与天然地震相比产生的地震波不同。如下图所示,地下核试验是爆炸源,主要产生压缩P波,剪切S波能量较弱;天然地震是位错源,是由断层错动引起的,主要产生剪切S波,作为压缩波的P波能量较弱。通过比较P波和S波能量的不同,就可以区分地下核试验和天然地震事件。

  亲,咱看不懂没关系,地震工作者能看懂就行了


  1996年联合国通过了《全面禁止核试验条约》(CTBT),该禁核试条约禁止一切核爆炸试验,无论是军事应用还是和平目的,不设定禁止试验的下限。条约提出了通过不同的监测技术来监测该条约的执行情况,全方位的核监测可划分为陆基、海基、空基和天基,主要的监测手段包括地震、遥感、次声、水声和放射性核素的测量等,其中地震监测被认为是最重要的监测手段。

  所以俺们地震观测台网由于能够记录到天然地震和人为的地震事件所引起的地面运动,因而在地下核试验的地震监测、人工爆炸的检测和识别方面具有重要的应用价值。

  这么说吧,“动静大的,我们都能测”~

  经常关注震讯的朋友还会发现,在非天然地震中,经常会出现震源深度为0公里。

  震源深度是指从震源到震中的垂直距离。天然地震可以分为浅源地震、中源地震和深源地震,速报时以公里为单位,保留到整数位。可这非天然地震就不一样了。

  核爆炸试验可以在大气层中进行,也可以在水中进行,但更为安全有效也更为隐密的方式是在地下悄咪咪的进行。而且为了防止核泄露造成环境污染,较大当量的地下核试验通常深埋。比如,1千吨核试验至少要埋藏至120米,才能确保环境安全。实际试验的埋藏深度往往远远超过这一理论的安全阀值。实际的核装置的地下埋藏模型包括平硐、斜硐和平硐+竖井模型。

  科学家们根据不同的埋藏模型,能推测出核装置的具体埋藏深度。下图就是中国科学院地质与地球物理研究所测算的前5次朝鲜核试验装置埋藏深度:

  最左边是几次核试验的波形对比,中间是推测的埋藏模型,右边那一列是估计的埋藏深度


  可以看到,埋藏地点再深,相对于天然地震动辄五公里、十公里甚至二三十公里的深度,那都是毛毛雨。所以,正因为非天然地震如塌陷、爆破、地下核试验等一般发生于地表浅层,震源深度通常表示为0公里。

  地震监测这么牛,遇到核试验也不是万能的。比如现在很难找到一个可信的地震学判据,来判断一次爆炸试验究竟是核爆炸,还是当量很大的化学爆炸。解决这个问题,只能靠放射性核素测量等其他的手段。

  资料参考:

  《地震:一个惊天大案的七条线索——与物理学家谈地震预报》吴忠良

  《如何利用地震波来监测核试验?》赵连锋 中科院地质地球所微信公众号

  《核爆、化爆、地震识别研究综述》韩绍卿, 李夕海等

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