核禁试监控:加拿大法律地震学之近期研究

Kin-YipChun; 邹其嘉

摘要

本报告叙述了:(a)核查及其合理性;(b)地震核查的基本任务;(c)辨别地震源和/或爆炸源的物理基础和爆炸当量的测定;(d)和地下核试验的地震监测有关的技术问题;(e)解决多伦多大学法律地震学研究组所发展的战略的基本问题;(f)该组研究工作的科学意义。地震学为监测地下核爆炸提供了首要方法。改进的地震仪硬件、加拿大的研究专长和广袤试验场地(加拿大地域辽阔,与有核禁试侦察意义的其它地区极其相似)的可资利用,这些都有助于使加拿大对法律地震学这个高度专业化的分支日益变成引人注意的贡献者。1985年12月以来,多伦多大学完成的研究工作有两部分:(a)利用老的新近重新更新过的黄刀地震台阵(YKA)记录的P 波进行远震核查和(b)利用加拿大东部的遥测台网(一组记录地震的台站)记录的高频L_(?)和P_n 进行区域性(近距离)核查。对YKA 的600多条爆炸远震记录分析表明,在这个固定的侦察站和世界上7个流动的核试验区相连接的路径中,P 波衰减有很大差别。利用YKA 所取得的大量归档保存的核爆资料和最新可资利用的信号分析技术,我们已经能够对以前发表的这些相同路径上的P 波衰减结果做出重要的修正。为鉴别这些修正的震级,我们曾指出,利用以前的衰减值和我们修正后的衰减值,从YKA 的资料推断出的爆炸当量估计值之间相差2倍之大,这依赖于核试验场地的位置。为了从另一种观点来理解修正的重要意义,我们还使用自己的新衰减值进行爆炸资料的分析。该研究得出的结果是,震源深度的标志器(称为震相pP)可从地下核爆的信号中成功地揭示出来。为改善远震快速定位精度,我们还对利用台阵定位和全球地震台网定位之间深度上的系统偏差进行了研究。根据7000多个地震的记录分析,该研究导致以系统位置校正项来描述。利用这些修正项将有助于可靠地、快速地(从20分钟到1小时)对那些发生在YKA1000km 半径范围内的任何记录较好的地震事件进行震中测定。上述资料的深入研究是用新发展的信号识别和处理的方法完成的。“定向能量法”(Oriented energy approach)植根于数学工程的最新进展,多伦多大学研究组利用最近重新更新的YKA 的三分向宽频带记录,把该方法引进到地震波场分析中。初步的研究已表明,这种新方法易于有效地识别出淹没于噪声中的信号。利用在监测区范围内外地震台网的各个台站,上述远震核查研究和以监测低当量核爆为目标的区域性(近距离)核查研究双管齐下。我们所作的区域性研究着重于核禁试侦察中最重要的两种区域性地震波——L_(?)和P_n 的传播、衰减和地质学畸变(场地效应)。测量L_(?)波的能量随距离而减小(即衰减)的新技术已获发展,并在低衰减的加拿大地盾中得到成功的检验。我们已指出,在有与场地明显有关的差别的情况下,在加拿大地盾中即使100km 那么短的路径上,这种方法也能够侦测出L_(?)波经受的微小衰减量。这种尺度的空间分辨率,在监测低阈值的核禁试条约中是个重要的优点。发展测量P_n 衰减的一种有效方法肯定是有前途的。不像其它震相,P_n 的传播模式以及其能量的几何扩散(和衰减无关的现象)方式, 所知甚少。众所周知,关于P_n 几何扩散率的不确定性是测定P_n 衰减的主要误差源。最近,我们在加拿大地盾中已完成改善和检验联合测定P_n 衰减及其几何扩散率的方法。为了保持到达的L_(?)波和P_n 波的“地震状”和“爆炸状”的图像特征以及为可靠的当量估值“标准化”台基的放大因子,我们已努力解决了由于台站附近构造复杂性引起的近台信号失真问题。对于L_(?)波和P_n波已制定了标定方案。为了示范,我们使用了L_(?)场地效应的标定方案以构成台网校正的新方法。为有效地把台网的各个台站(仪器加上台站地质场地效应)变成近于同一的“克隆”(clones),对于正源识别和可靠的当量估计,每个地震事件只需要有很少几个记录台站。事实上,我们完全有能力获得一个折合源(reduced source)识别阈值。

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