利用震源矩张量反演识别地下核爆炸

The syudying of underground nuclear explosion by Seismology method has gained considerable popularity, both in nuclear monitoring and detection , as well as in analyzing the physical process of the explosion. We know that, the key differences between the source process of earthquake and nuclear explosion come from the differences of their spatial radiation pattern and time function.All the distinguishing methods are created based on the differences of their source physical mechanism.second-order moment tensor can be used as a better criteria.Based on the surface wave generation theory,considering other secondary sources, such as spall,an reasonable relationship between the region-surface waveforms and the source moment tensor will be deeply studied in this research work,and this relationship will be used to inverse the source moment tensor.The variation of the fundamental mode and higher modes with the frequency and the shot depth will be analyzed by means of theoretical seismogram analysis in several representative crust velocity models,and this relationship can be further more used to estimate the inversion results.spall can be a significant source of higher frequency fundamental modes and higher modes, and in this research work, how to resolve the spall by higher modes will be studied,and it is obvious that this method can be useful in estimating the second order moment tensor of Underground explosions. The method mentioned above will be used to inverse the source moment tensors of the underground nuclear explosions occurred in the Test Sites, such as East Kazakhstan Test Site, Lop Nor Test Site, etc, and the results will be estimated for the further applications.

如何利用地震观测资料来识别地下核爆炸与天然地震是利用地球物理学方法监测、分析地下核爆炸的重要研究内容之一。地下核爆炸是一种人为的地震事件，它和天然地震的本质区别在于震源机制的不同，几乎所有识别方法的理论依据，追根溯源，都基于震源机制的区别。震源的时、空特征完备地描述了震源机制，一级近似上的二阶地震矩张量的时空特征，是用来识别地震事件类型的理想参量。从矩张量源激发面波的基本理论出发，结合地下爆炸主要非爆炸源机制特性，建立适于反演的观测资料与源矩张量之间的关系；利用理论地震图方法，计算各种典型地壳模型下，振型函数随频率、震源深度的变化关系，并利用该关系对反演结果进行评估；研究如何利用高阶面波反演地震矩张量，进而研究分辨层裂源的理论机制；利用观测资料，反演有关成熟地下核试验场实施的地下核爆炸的地震矩张量，验证所利用方法的可靠性，并对反演结果进行评估。

将地震波场描述为震源矩张量各分量作为权重的基本格林函数的线性组合，利用该理论地震波场反演实际天然地震或地下核爆炸的震源矩张量，反演结果中不同震源机制成分的比重，可以作为识别地下核爆炸的依据，该方法越来越受到人们的关注。课题组对含有爆炸源格林函数的地震波场正演公式进行了修正，给出了基于广义反射-透射系数方法的水平分层介质模型的任意点源地震波场正演公式，及所需的含爆炸源的10个基本Green函数，保证通过反演能得到含有爆炸源成分的全元素矩张量解。对基于单台资料的反演结果可靠性进行了理论分析。引入速度梯度结构、速度扰动分布的薄叠加层结构，数值模拟结果表明Lg波被削弱了，进一步分析了速度扰动和Q值变化的综合影响，综合效应显示，Lg波不仅被削弱，且波列进一步加宽，与实际观测结果相符。分别计算了不同震源机制在不同介质模型下的理论地震图，结果表明，CLVD源在不同介质模型下均能激发能量丰富的Lg波。利用振幅频谱图中低谷点的“左移”特征，通过经验格林函数法对地下核试验爆炸装置的埋深进行了估算。对前苏联实际地下核试验的反演结果表明，地下核爆炸的震源含有明显的爆炸源成分，非爆炸源成分主要是缘于层裂机制下的构造应力释放，CLVD源可看作是地下核爆炸中层裂震源机制的良好模型，反演结果表明CLVD源成分较大，稳定地分布在55%-65%之间。发生在核试验场附近的天然地震震源机制反演结果表明，DC源占主要成分，符合天然地震震源为剪切位错模式的普遍结论。.课题组的研究结果对于从震源的角度来了解地下核爆炸的物理机制具有很好参考意义，地下核试验通常是在人烟稀少且严格保密的条件下进行的，获取实施地下核试验的本土近场台站资料非常困难，因此，利用区域少量甚至是单站记录数据来检测、识别地下核爆炸具有重要现实意义。