主题：【原创】核试验监测趣谈（1）---你放炮仗，俺知道 -- 奔波儿

楼主，你的“图文并茂”很见功夫，在这个版块里不多见。借光来“置顶”宣传一下，谢了。

也借此提个建议：

能不能有空时把续篇也都联结在主帖里，那样的话读者只要点击主帖就可以续读全文了，免得花时间去一页一页地翻了。

可如果过了修改时限，俺就无能为力了。

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。

[IMGA]https://blu1.storage.live.com/items/952AC173C682578D!3067:Scaled1024/GSN.jpg[/IMGA]

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。

• 【原创】核试验监测趣谈（1）---你放炮仗，俺知道

作为PTBT（“部分禁止核试验条约”）的发起国之一，英国财力有限，而且早早就没有了昔日满世界撒网的喜好，但英国人不缺点子。他们在监测地下核试验方面，走的是一条技术流的路子。

众所周知，任何观测记录都不可避免得要带入噪声，越灵敏的仪器越容易记录噪声，地震记录也一样。噪声的来源多种多样，比如地震台附近的街道驶过一辆拖拉机，或者旁边盖楼的工地上有个打桩机，这一般被称为“人工噪音”；大自然也时不时来掺和一下，比如海浪拍打沙滩，甚至包括地球自身的脉搏（“脉动”）。地震仪把所有这些震动信息一股脑全部记录下来，如果这些背景噪声过高，就会影响甚至掩盖人们所关注的真正的信号。还有一个问题，是系统噪声，来自地震仪的机械或者电子装置，也有信号处理的过程中带入的。另外，由于各个地震台所处的自然环境千差万别，对同一地震或者爆炸信号的记录差别可能很大，这都会影响到最后的数据汇总和分析。

难道“鱼和熊掌”的兼得问题真得无法解决吗？英国人给出的法子很简单，选一个远离人烟和海滨的所在，多买几台同一款式的仪器，然后布设一个台阵，利用干涉测量法（Interferometry）的原理，就可以有效地压制噪声，提高信噪比和分辨率。举个最简单的例子，两个眼睛比一个眼睛更容易确定一个物体的位置。

天文学家是最早利用这一原理的一群人，他们将射电天文望远镜组成阵，做出了一系列重大发现，比如发现了银河系中的微类星体、遥远星系的爱因斯坦环、伽玛射线暴。世界上最大的射电天文望远镜阵列位于美国新墨西哥州荒原上，如下图所示。

1962年，英国国防部在当时还属于大英帝国的自治领的加拿大，找到了一块适合安设地震台阵的地点---西北地区（Northwest Territories）的黄刀（Yellow Knife）镇。这个小镇坐落于大奴湖畔（Great Slave Lake），靠近北极圈，人烟稀少，没有什么人类活动的干扰，从距离上也足够探测苏修在北极圈的新地岛搞的核试验，而且也照顾到美帝自己在阿留申群岛的地下核试验。当然，英国和美帝是表兄弟，在这上面不存在互相对付的问题。

英国人设计的这个台阵是一个“十”字，起初由十九个地震仪组成。该台阵一直运行至今，从最初的模拟记录，过渡到磁带记录，现而今当然已经是完全的数字记录，所有记录通过网络实时连接数据中心及其它相关单位。

1968年，根据美国和挪威的一项协议，双方在奥斯陆以北的Kjeller布设了一个环环相扣的地震台阵，名为NORSAR。这个台阵是一个直径约100公里的大圈，圈中有22个子台阵，每个子台阵又分别由环形分布的的地震仪组成。由于挪威离新地岛更近，苏修的新地岛地下核试验有啥风吹草动，地震学家和军事专家都能准确地侦测出。之后，美帝又打着各种各样的名义，先后在挪威的北部、芬兰以及冰岛布设了环形台阵，既用于检测苏修，又用于天然地震相关研究，帮助地震学家们取得了大批丰硕的成果。

另外，美国的地震学家还设计了其它各种形状的地震台阵，诸如三角形、六角形、八角形等。在加州这个地震簇集之地，没准您就能碰见。

值得一提的是，冷战结束之后，特别是“全面禁止核试验条约（Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty）”于1996年10月签署以后，NORSAR的工作人员基本就很少参与核试验监测的工作，而是逐渐发展成为石油工业界一家有名的仪器和软件公司，这也算是“无心插柳柳成荫”吧。

几年前，申请做“后”的时候，有来自挪威的offer，与核试验监测测相关。泰山大人说，最好不要参与，因为这种研究涉及到国防军事，作为外人肯定不被对方信任，工作中会处处设防，而一旦回国，则因为这段经历，有可能会被国内敏感部门关注，也不会被信任或重用。既然如此，那就byebye了您啦。

GAME OVER!

• 【原创】核试验监测趣谈（1）---你放炮仗，俺知道

中间还有老大一个泻湖？这洞在哪里掏啊，如果当量大了，不会把小岛一起炸没了吧

图上的那个环礁（atoll）是法属波利尼西亚的土阿莫土群岛中的Fangataufa岛。

环礁的形成与火山岛有关，在海底火山喷发形成火山岛以后，因为其环境适合珊瑚生长，于是大批珊瑚就附着在岛的周边浅水区生长，逐渐形成裙礁。其后，岛屿下沉或者海平面上升，珊瑚礁会继续生长。由于岛屿外侧海浪汹涌，而内测则相对平静，有利于珊瑚生长，于是又慢慢形成堡礁。当火山岛完全沉没在海水中以后，海面上就剩下了环状的珊瑚礁岛屿。

因此呢，环礁是有根的，那就是海水之下的火山岛礁。在火山岛礁上钻个孔，放个蛋蛋，炸一炸，应该没啥事儿，否则法国人也不会在Fangataufa岛上面搞过200余次地下核试验。

不过两百多次，这小岛还不给掏得到处是洞了

您文中提及的 Uncle 跟 Rainer 两颗核弹的当量是不是漏了一个零啊？俺不是学核的，但是印象中要达到千吨级的当量似乎只能是小型化后的热核武器，裂变弹的当量做不到一千吨左右。考虑到两次核试验的时间分别是1951年跟1957年，而美国第一次氢弹原理实验是在1952年11月1日进行的，所以至少 Uncle 肯定只是裂变弹。至于 Rainer，我感觉短短五年左右时间恐怕热核武器的小型化方面不会有大的突破，况且结合您贴出来的各国历年核试验数量，1957年之前的核试验总数有限，所以可能是颗裂变弹。