核爆與地震的區域記錄特征分析

王衛東鄭 怡卞 龍長安大學地質工程與測繪學院，西安 710054陜西省地震局，西安 710068中國科學院地質與地球物理研究所，北京 100029

核爆與地震的區域記錄特征分析

王衛東1）鄭 怡2）卞 龍3）
1）長安大學地質工程與測繪學院，西安 710054
2）陜西省地震局，西安 710068
3）中國科學院地質與地球物理研究所，北京 100029

檢測與識別地下核爆炸，是軍控核查中的重要問題之一。在各類識別方法中，地震學方法是最主要的，識別小當量核爆炸的研究，目前已成為核爆識別的重要研究內容之一。2009年5月25日8點54分朝鮮發生了震級ML4.9的核爆事件，采用小波變換分析了該事件及附近地區發生的多個天然地震記錄的時頻特征，計算了該事件倒譜的特征并與天然地震的倒譜進行了比較，計算了該事件Rg波的波譜并由此估算了這次事件的震源深度。

本文使用的地震臺站的震中距分別在300～500 km左右，使用寬頻帶數字地震記錄進行研究。將寬頻帶數字記錄扣除儀器響應后，進行小波分析。采用dmey小波基，尺度從1到64，分別對每一尺度上的小波變換系數求平方，得到該條記錄在不同尺度上的局部能量，再將尺度轉換成所對應的頻率，分別以時間、頻率和能量為坐標軸做出時頻譜圖。

小波變換結果表明，在震中距300～500 km左右時，該次核爆信號P波能量大，在時頻域分布集中，在小波譜中呈兩個孤峰式分布，頻率集中在2～4 Hz；S波段能量在時頻域分布也較為集中，S波在P波后40 s左右出現，頻率集中在2～8 Hz，峰值頻率在6 Hz左右。而天然地震信號P波能量在時頻域分布的聚集性較差，高頻部分比核爆信號豐富，存在10 Hz以上的成分，低頻部分可延展至1 Hz以下；天然地震信號S波在P波后40 s左右出現，能量在時頻域分布也呈現與P波類似的特征，聚集性更差，有比核爆信號豐富得多的高頻成分，存在多個子峰值，還在低頻區域存在1 Hz左右的子峰值。可見，在此震中距范圍（300～500 km），核爆事件和鄰近地區天然地震事件的小波譜存在較為明顯的差異。產生上述特征的原因，可能因為天然地震震源機制復雜，地震釋放能量持續時間長，衰減慢；而地下核爆炸只是瞬間的膨脹源，核爆持續時間短，衰減快。因而地震波成分豐富且信號頻帶較寬，而核爆信號頻帶較窄，成分比較簡單。

倒譜的分析結果表明，在震中距300～500 km左右時，此次核爆信號和天然地震的倒譜圖也具有較為明顯的幾何差異。核爆信號的倒譜在20 s內隨時間變化呈單調下降，沒有非零峰值；而天然地震的倒譜較為復雜，在20秒內雖整體呈下降趨勢，但并非單調下降，而具有多峰值分布。

地下核爆炸過程中伴隨有源區介質的破裂過程，從而引起應力釋放，激發出較強的S波，一般認為，這種效應可以用補償線性向量偶極（CLVD）源來描述。Langston從P波和SV波干涉抵消的角度演示了CLVD源下Rg波低谷點的存在，Patton等人給出CLVD源深度與低谷點頻率存在的關系。對此次核爆事件的Rg波進行了譜分析，結果表明，其Rg波低谷點頻率為0.25 Hz；利用Patton等人給出的公式，若取震源區P波速度為5.0 km/s，可得其震源深度為1.25 km，若取震源區P波速度為4.0 km/s，則其震源深度為1.0 km，在1.0 km深度左右的淺部地表地區，P波速度通常更低，對應的震源深度可能更小，以往的研究還表明，若考慮山體的影響，這樣估算出的震源深度可能更接近實際的震源距山頂的距離，若考慮朝鮮北部地形的影響，則此次事件的震源深度則更淺。總之，與天然地震相比，該次核爆事件的震源深度要淺得多，此種方法也可為判別核爆提供幫助。