关注哪里、忽略哪里?
爆炸会产生各种震波,世界各地的监测站将收集并分类这些信号,分析比较它们与典型地震、矿井坍塌等事件产生的震波的异同,就能够鉴别出核爆炸。
监测核爆炸首先要探测到爆炸发出的信号,并尽量将世界各地监测站收集的同一爆炸事件产生的信号关联在一起,依据信号到达各地监测站的先后计算出爆炸发生的位置,并鉴别爆炸类型——是流星撞击、矿井爆炸,还是核爆炸?如果是最后一种情况,当量多少?是由哪个国家进行的?
绝大部分地震记录能被电脑程序自动分类,只有软件难以识别的记录需要人力介入。研究人员对地震和采矿爆破进行了多年监测,已经熟悉了这些现象的特征反映在地震波记录中的多种方式。反过来,这些经验和信息又有助于监测核爆炸试验。在制定地震波检测核爆炸的鉴别标准的过程中,某几种地震波事件已经成为了“试金石”。
其中一种事件是矿井的连续塌陷——1989年在德国,1995年在美国与俄罗斯,都发生过这类塌陷事件。世界各地的监测站都探测到了这三次坍塌,这些数据引起了关注,因为用传统方法对远程采集的地震波信号所作的分析,错误地暗示这些事件是地下爆炸。在传统方法中,地震学家比较的是沿地球表面传播的长波与从地球内部穿过的体波(body wave)之间的强度差异。浅层地震和地下爆炸均会产生强度相近的体波,但是地震产生表面波强度明显大于地下爆炸。
对这些矿井塌陷产生的地震波进行的进一步分析显示,这三条记录不可能由爆炸产生。从波形图上看,监测器在震动开始的时候记录到一个波谷(trough),而不是波峰(peak),说明岩层最初是向内运动而非向外扩散,这正是矿井坍塌应该会产生的现象(见第33页图框)。这个“小插曲”意义重大,因为由此可以证明,仅依靠地震波记录,就能准确区分地下爆炸与矿井坍塌。
第二个例子可以看出,地震波两种体波之间的差异对于监测核爆炸是不可或缺的。1997年,在俄罗斯新地岛核试验场附近的喀拉海(Kara Sea)海底,监测到一次震级约为3.5级的地震信号,随后又捕捉到一次更小的余震。难道是俄罗斯违背《全面禁止核试验条约》又在秘密进行核试验?
这次记录的表面波太弱,无法提供多少有用的信息。因此,比较长波表面波和体波的传统方法又一次失去了用武之地。但对“局域性”震波的检测解决了这一问题——这种震波在地壳与上地幔中传播,只能够在距震源大约3,000千米的范围内探测到。通过分析这种地震波数据,地震学家能够区分纵波(compressiona wave)和横波(shear wave):前者又叫P波,由岩石交替挤压、拉张而产生,振动方向和传播方向一致;后者又叫S波,因岩层剪切而产生,振动方向与传播方向垂直。
一般来讲,爆炸产生的纵波强度大于横波,但只有频率高于5赫兹时,这个差别才会实际显现出来。在1997年的那次可疑地震中,测量到的高频纵波和横波的强度非常接近,说明喀拉海的震动由海底地震引起:这其实是一次主震和一次余震(aftershock)。
(责编:小微)