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研究快报: 2017年9月3日朝鲜地下核试验地震学鉴别、深度和当量估计的初步调查结果
2017-09-04 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

赵连锋1 谢小碧2 何熹1 赵旭1 姚振兴1 
1.中国科学院地质与地球物理研究所,地球与行星物理重点实验室,北京,100029 
2.美国加州大学圣克鲁兹分校地球物理与行星物理研究所,圣克鲁兹,CA95064 

  国家地震台网测定:09031130分在朝鲜 (疑爆) (北纬41.3度,东经129.1)发生6.3级地震,震源深度0公里。由其产生的地震波在中国东北和华北的部分地区产生了强烈震感。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。这是朝鲜进行的第六次核试验,爆炸威力远大于前。鉴于该事件在国际政治以及中国周边安全方面的重要影响,我们根据中国国家地震台网和全球地震台网的区域波形资料,对该事件的性质进行了快速的地震学鉴别,并进行了震级和爆炸当量估计的研究。 

  1将该次事件与之前5次朝鲜地下核试验在牡丹江地震台MDJ的地震记录进行了对比,发现波形高度相似,均具有P波能量较强,Lg波能量较弱,S波不发育,3-5 s范围内短周期Rayleigh面波能量强等特征,显示出显著的浅源爆炸特征。为了区分核爆和天然地震,我们比较了朝鲜地下核试验与邻近区域的4次天然地震和位于半岛东南端2次天然地震的振幅特征。根据大陆路径台站的垂直位移记录,计算了Pg/LgPn/Lg,和Pn/Sn的傅立叶频谱比,并用其台网平均值作为区分地震和核爆事件的依据。图2所示为核爆与地震事件所具有的频谱比特征,其中红色和黑色分别为核爆和邻近地震数据,蓝色为201793日事件,绿色是距离试验场较远但位于朝鲜半岛地体的2次地震事件。结果表明,本次发生在朝鲜的事件明显落入爆炸震源的群组,是一次人为爆炸事件。 

  为了确定此次朝鲜地下核试验的地震当量,我们使用中国东北及邻近地区宽频带高分辨率的Lg波衰减模型(Zhao et al., 2010)得到201793朝鲜核试验的Lg波体波震级mb5.56 然后通过完全耦合的Bowers, et al. (2001) 的震级-当量公式得到相应的地震学当量为56 kt (千吨)(图3),误差范围为30 - 80 kt。由于缺乏实际的震源深度信息,这一结果是基于埋藏深度符合正常的当量-深度比例关系得到的估计值。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。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,如图4所示。此次核试验的当量较大,我们推测为平硐+竖井的埋藏方式。根据卫星图片显示的朝鲜核试验场堆积的土方量,推测挖掘深度可能达到1000 – 2400 m。这样,根据震级-深度-当量的经验关系(Zhang and Wen, 2013),此次朝鲜核试验的当量估计范围扩展到100 - 200 kt,如图5所示。 

  1 朝鲜6次地下核试验在牡丹江地震台(MDJ)的重直分量速度记录。 

2 核爆与天然地震事件频谱比的比较。(a)为单一事件单台得到的Pg/Lg结果和对台网的平均值。(b-d)为不同事件Pg/LgPn/Lg,和Pn/Sn频谱比的台网平均值,红色曲线来自历史核爆,黑色和绿色曲线为天然地震,蓝色曲线来自201793日的事件。该事件显然落入爆炸事件的群组。 

3用于估算朝鲜核试验当量的经验震级-当量关系曲线。其中实线部分为以大量数据为基础的关系曲线,虚线段为少量数据支持的延伸线;NKT1-55次历史朝鲜地下核试验,NKT6为本次爆炸事件。图中红色实心五角星是3个已知当量的化学爆炸事件。 

图4核试验地下埋藏模型。

5朝鲜地下核试验的深度和当量估计。 

参考文献 

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  8. Zhang, M. and Wen, L.X. (2013). High-precision location and yield of North Korea's 2013 nuclear test, Geophys. Res. Lett., 40, 2941-2946, doi:10.1002/Grl.50607.
  9. Zhao, L. F., X. B. Xie, W. M. Wang, and Z. X. Yao (2014), The 12 February 2013 North Korean underground nuclear test, Seis. Res. Lett., 85(1), 130-134, doi:10.1785/0220130103. 
  10. 张成科, 张先康, 赵金仁, 刘宝峰, 张建狮, 杨卓欣, 海燕, and 孙国伟 (2002), 长白山天池火山区及邻近地区壳幔结构探测研究, 地球物理学报, 45(6), 812-820. 
 
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