主题：【原创】核试验监测趣谈（1）---你放炮仗，俺知道 -- 奔波儿

地下核爆炸发生的时候，无论设计多么精妙，这么巨量的能量产生了，总要发散出去，除了以热能的方式融化掉核装置附近的围岩，大部分能量会以机械能的形式通过地球这个媒介发散出去，这就是地震波。

学过弹性力学的都知道，有两种波是最常见的，一种是由于剪切力引起的剪切波（S）波，还有一种是由于正压力引起的压缩波（P）波，P波的速度要比S波快许多，最先被观测到，因此也被称为“首波”。

由于地层的速度不是一个常数，它是由不同的速度层组成的，比如浅层因为多为沉积物，速度要低，而往下就是岩层，则要逐渐变高。地震波通过这种速度层的时候，某些高角度入射的波会产生变化（有兴趣的可以自己推导公式），特点是其振幅会随着深度变大迅速衰减，因此主要是在浅表层传播，故此被称为“面波”。一般人们观测到的主要有两种面波，一种为拉夫（Love）波，以其发现者---英国数学家Augustus Edward Hough Love（1863～1940）命名；另一种为瑞雷（Rayleigh）波，以其发现者---英国物理学家Rayleigh男爵（1842～1919）命名。

因为地下核试验的爆炸时，在腔室中，产生的是压力，因此在地震记录上我们观测到的主要是P波，剪切波能量很少；相对而言，天然地震的产生一般和断层的剪切滑动相关，会产生明显的S波。

另一方面，地下核试验深度（至多不过几百米）要远远浅于天然地震（一般在几公里到几十公里深度），因此会产生强烈的面波。但面波衰减要比P波和S波要快得多，如果台站远离震中（或者爆炸点）时，观测就不很明显，容易引起误差。

根据这两个重要的动力学特征，地震学家就能很轻易地将地下核试验与天然地震区分出来。

而地下核试验的能量（E），可以用地震仪所记录到的最高振幅（Amp）估算出来，其公式为

log (E) = a + b * Amp

这个振幅可以是P波的，或者是S波的，也可以是面波的，a和b是常数，老美在内华达试验场所进行的多次核试验已经足够能计算出这两个常数了。但请注意，a和b是与距离相关的，因为远近不同的地震台所观测到的最大振幅会有差异，因此它们所采用的常数值也略有区别。

为了更加准确地监测地下核试验，老美打着研究地球的名义搞了一个“世界标准地震台网”（World Wide Standard Seismic Network），后来又出头搞了一个“全球地震台网”（Global Seismographic Network），主动出钱出力在世界各地架设地震仪，从一定程度上来说大力促进了地震学的发展，为地震学家研究地球内部结构创造了很好的条件。这两个台网都由美国地质调查局（USGS）进行协调，全球的地震学家可以在其网站上免费共享地震观测数据。俺做RA的时候，曾编写过一段小程序，让工作站定时自动去其服务器上下载最新观测数据。

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中国大陆境内设有10个GSN的台站，包括内蒙古呼伦贝尔、黑龙江牡丹江、北京、上海、陕西西安、湖北恩施、云南昆明、西藏拉萨、新疆乌鲁木齐、海南三亚。请注意，这些个台站都除乌鲁木齐台外都全部远离咱们国家的核试验场，且由中国自己独立管理。

另外，GSN也是“全面禁止核试验条约组织（Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization，简称CNTBTO）”的合作单位，其中有30个台站是与该组织的数据中心保持实时数据传输的。

2006年10月9日上午9点35分33秒，朝鲜在咸镜北道吉州郡舞水端里一座360米高的山的地下水平坑道进行了一次地下核爆。根据地震记录，其能量为800吨TNT当量，相当于一次3.6级地震。GSN的台站准确记录下这次地下核试验，如下图所示，其中红色为此次核试验的地震记录，而蓝色是用来做对比的，是发生在该地区的一次天然地震记录。从图上可以看出，核试验的S波相对于天然记录而言非常弱。

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