核爆与地震的区域记录特征分析

王卫东郑 怡卞 龙长安大学地质工程与测绘学院，西安 710054陕西省地震局，西安 710068中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029

核爆与地震的区域记录特征分析

王卫东1）郑 怡2）卞 龙3）
1）长安大学地质工程与测绘学院，西安 710054
2）陕西省地震局，西安 710068
3）中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029

检测与识别地下核爆炸，是军控核查中的重要问题之一。在各类识别方法中，地震学方法是最主要的，识别小当量核爆炸的研究，目前已成为核爆识别的重要研究内容之一。2009年5月25日8点54分朝鲜发生了震级ML4.9的核爆事件，采用小波变换分析了该事件及附近地区发生的多个天然地震记录的时频特征，计算了该事件倒谱的特征并与天然地震的倒谱进行了比较，计算了该事件Rg波的波谱并由此估算了这次事件的震源深度。

本文使用的地震台站的震中距分别在300～500 km左右，使用宽频带数字地震记录进行研究。将宽频带数字记录扣除仪器响应后，进行小波分析。采用dmey小波基，尺度从1到64，分别对每一尺度上的小波变换系数求平方，得到该条记录在不同尺度上的局部能量，再将尺度转换成所对应的频率，分别以时间、频率和能量为坐标轴做出时频谱图。

小波变换结果表明，在震中距300～500 km左右时，该次核爆信号P波能量大，在时频域分布集中，在小波谱中呈两个孤峰式分布，频率集中在2～4 Hz；S波段能量在时频域分布也较为集中，S波在P波后40 s左右出现，频率集中在2～8 Hz，峰值频率在6 Hz左右。而天然地震信号P波能量在时频域分布的聚集性较差，高频部分比核爆信号丰富，存在10 Hz以上的成分，低频部分可延展至1 Hz以下；天然地震信号S波在P波后40 s左右出现，能量在时频域分布也呈现与P波类似的特征，聚集性更差，有比核爆信号丰富得多的高频成分，存在多个子峰值，还在低频区域存在1 Hz左右的子峰值。可见，在此震中距范围（300～500 km），核爆事件和邻近地区天然地震事件的小波谱存在较为明显的差异。产生上述特征的原因，可能因为天然地震震源机制复杂，地震释放能量持续时间长，衰减慢；而地下核爆炸只是瞬间的膨胀源，核爆持续时间短，衰减快。因而地震波成分丰富且信号频带较宽，而核爆信号频带较窄，成分比较简单。

倒谱的分析结果表明，在震中距300～500 km左右时，此次核爆信号和天然地震的倒谱图也具有较为明显的几何差异。核爆信号的倒谱在20 s内随时间变化呈单调下降，没有非零峰值；而天然地震的倒谱较为复杂，在20秒内虽整体呈下降趋势，但并非单调下降，而具有多峰值分布。

地下核爆炸过程中伴随有源区介质的破裂过程，从而引起应力释放，激发出较强的S波，一般认为，这种效应可以用补偿线性向量偶极（CLVD）源来描述。Langston从P波和SV波干涉抵消的角度演示了CLVD源下Rg波低谷点的存在，Patton等人给出CLVD源深度与低谷点频率存在的关系。对此次核爆事件的Rg波进行了谱分析，结果表明，其Rg波低谷点频率为0.25 Hz；利用Patton等人给出的公式，若取震源区P波速度为5.0 km/s，可得其震源深度为1.25 km，若取震源区P波速度为4.0 km/s，则其震源深度为1.0 km，在1.0 km深度左右的浅部地表地区，P波速度通常更低，对应的震源深度可能更小，以往的研究还表明，若考虑山体的影响，这样估算出的震源深度可能更接近实际的震源距山顶的距离，若考虑朝鲜北部地形的影响，则此次事件的震源深度则更浅。总之，与天然地震相比，该次核爆事件的震源深度要浅得多，此种方法也可为判别核爆提供帮助。