朝鲜核爆Pn波相速度与衰减模型研究

利用朝鲜核爆的区域地震资料，调查Pn波的传播规律。读取两次核爆在40个宽频带台站的初至到时及Pn波互相关时差；台站下方地壳厚度和速度采用远震资料和接收函数叠加的方法确定；建立核试验区下方地壳厚度、速度及上地幔顶部速度的联合反演方程，精确计算Pn波相速度，为选择合理的震级-核爆当量关系式提供依据。利用Pn波振幅谱联合反演路径衰减及震源函数，建立东北亚地区宽频带(0.5-20Hz)的Pn波衰减模型。与Lg波震级计算和当量估计方法进行比较，发展Pn波方法，以弥补Lg波仅在大陆地壳内传播而无法用于隔海事件的缺陷。将观测数据与数值模拟相结合，利用基于4个标准线性体(常数品质因子Q值的有效频带范围为0.05-25Hz)模型的粘弹性波动方程时间域有限差分方法模拟区域波形资料，调查朝鲜核爆所激发的区域地震波的震相组成，解析Pn、P*、Pg、Sn、Lg和Rg震相传播、相互叠加、波型转换，以及能量衰减规律。

截止到2015年底，朝鲜进行了3次地下核试验，积累了大量的高质量的区域地震资料。根据Pn波波形记录，我们提取互相关到时差，采用非线性反演方法对2009年和2013年朝鲜核爆进行高精度定位，定位误差为52米。根据具有大陆路径的区域震相Pn、Pg、Sn和Lg，计算振幅谱比值，建立了一种基于区域地震台网的核爆与地震的识别方法。同时，通过计算Lg波体波震级mb和Rayleigh面波震级Ms，验证了在朝鲜半岛地区mb-Ms识别方法无效。根据Lg波体波震级，利用与源区围岩完全耦合的震级-当量的经验公式，获得2006年、2009年和2013年的基于最小埋藏深度和正常比例深度的当量估计。朝鲜地下核试验是爆炸源，能够激发能量较强的P波震相，同时具有能量辐射各向同性的特征。我们利用朝鲜核爆的Pn波，建立了一种分离Pn波几何扩展和衰减的非线性方法。除去几何扩展的影响后，提取双台数据，可以直接获得上地幔顶部的P波衰减特征。通过双台数据与单台数据联合的2D成像方法，建立了中国东北-朝鲜半岛地区的上地幔顶部的Pn波衰减成像模型。通过振幅比较，确认这一地区大陆岩石圈和海洋岩石圈的Pn波几何扩展和衰减存在着有意义的差异。