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摘要核爆次声波探测是远区核爆探测的重要手段,基于历史上核爆次声信号数据记录较少,本文对国外相关次声信号记录及研究进行了探讨,并对IMS次声图书馆概况进行了研究。
关键词核爆探测 次声波
中图分类号:TJ9文献标识码:A
过去几年,IMS国际次声站及美俄等国的试验场次声阵列,对少量核爆炸历史数据,和矿井爆炸、冰山碎裂、地震事件等产生的大量次声信号进行了记录,并不断采用新的传播模型和阵列探测技术进行数据分析和处理,以对次声信号特征进行深入了解,并对大气模型及次声站处理技术性能进行了评测和估计。目前除了对大气核爆炸次声源的研究外,对地震及地下核爆炸事件的次声特征也进行了初步研究。并对历史上收集的次声数据建立了次声图书馆。下面针对地下事件和地表事件的次声信号研究以及次声图书馆的建立进行了探讨。
1 地下与地表次声事件
IMS核爆次声站对地震事件等产生的次声波信号进行了探测分析,并且利用地震台与次声波站协作的方式对核爆炸的协同识别方法初步进行了研究和评估,尤其是对地下核爆炸,提出了一种新的探测可能。目前,对地下或地表源产生的次声信号仍在信号源特征分析的初步阶段。
1983年至2003年间,LANL的探测阵观察到31个大型地震的次声信号。①Douglas O. ReVelle对信号特征进行了分析,认为可以由信号的振幅和持续时间确定震级。同时与探测到的矿井爆炸进行比较,认为小矿井爆炸较容易被探测。部分原因是由于地震只有在对地球表面产生剧烈运动时,才能产生次声信号,地震的大部分能量会沉积在地底深处,且地震至少有三种地震断层模式,而只有其中的up-down模式可以辐射出次声波。针对被探测得到的信号数据,使用了4种判别式,提出对地震识别的几种可能方法:(1)加入距离和大气风的影响对次声振幅进行修正,但是不包括热层传播的情况;(2)快速傅立叶能量谱分析差异;(3)通过地震波的相位进行识别,即基于源深度的判别;(4)将到达次声波反射信号类型作为源类型的函数,对信号进行分离。
另外,对2002年9月28日在Nevada试验场进行的Watusi化学爆炸试验产生的次声波信号也进行了记录。②该化学实验当量为19t,装在一个半埋在土中的圆柱体容器中进行引爆,事件发生后,产生的次声信号被NTS的次声站以及IMS的次声站共七个站探测到,最远的IMS次声站距源点2165km。每个次声阵列对信号到达时间、持续时间、峰值与峰值之间的振幅进行了估计。采用前向模型实验检验大气传播模型的能力,以预测传播时间和振幅。结果认为使用声线跟踪方法及实际的大气模型G2SRT得到的传播时间要比使用气象学模型略好。基于对很多次声相位的传播时间的预测,发现大部分信号来自大气波导。
根据2006年在美国西部发生的, Los Alamos次声站DLIAR接收到的地震次声信号,Douglas O. ReVelle根据接收信号的振幅和距离对源深度进行预测,并通过与已知地震深度的比较设计了一种垂直深度范围因子。该因子由预测的地震深度使用最小二乘曲线拟合法得到,当接收到地下事件或地表事件引起的次声信号时,可以作为站台进行源识别的先验深度判据。
2 次声图书馆③
次声图书馆(ISL:Infrasound Signals Laboratory)是由2002年美国国防部ROA01项目支持,在SNL实验室和LANL实验室共同努力下完成的,主要用于IMS(国际核爆探测系统)次声站。最初的次声数据图书馆是由LANL(Los Alamos National Lab)实验室、SNL(Sandia National Lab)实验室以及IMS次声站提供的珍贵次声数据资料构成的,这些数据资料包括不同当量、高度和空气条件下各类地表和大气层核爆炸实验产生的次声数据记录,以及火流星、冰山迁移、矿井爆炸等事件中探测到次声信号数据组成,其它还包括SNL和LANL实验室的微气压计记录的的地下核爆炸相关记录。这些记录包括信号、接收站及大气条件信息经过数字化,转换成为标准CSS格式。次声图书馆主要包括数据库表格和二进制波形文件两种格式的数据资料。
次声图书馆中包括的核爆炸数据主要来自SNL和LANL。美国于1951-1962年间在NTS进行了超过100次的大气核爆炸,当量从1~74kt,源高度从近地面到11 kt不等。SNL使用次声传感器记录了美国西南部核试验的气压波动,例如在一次NTS核爆炸中,从NTS附近至加利福尼亚州的帕萨德那(Pasadena)的很多次声探测站均对其进行了记录,记录图中涉及的信号频率范围从0.05~30Hz,而所有数据纸带都储存在SNL。而近几年LANL在新墨西哥州和犹他州建立的次声站,对白沙导弹基地 (WSMR:White Sand Missile Range)和附近地区的火流星等事件进行了大量的探测。LANL的数据记录在9道磁带中。
另外,除了次声图书馆外,研究发展支持部 (RDSS:The Research and Development Support Services)和空间任务防卫司令部 (SMDC:the Space Mission Defense Command)提供了大量的核爆探测信息,包括水声、次声和地震数据,从RDSS官方网页界面http://www.rdss.info/可以下载。
核爆次声探测是核爆探测的重要途径,尤其是远区探测发展的重要任务。鉴于核爆次声信号记录稀(下转第192页)(上接第165页)少,非常珍贵,因此各类地下和地表次声信号的收集是发展核爆次声探测的基础。我国可以借鉴国外建立次声图书馆的经验,并充分参考国外公开数据资源,以改进我国核爆次声探测技术相关算法、模型。
注释
① Douglas O. ReVelle. Discrimination of Earthquakes and Mining Blasts Using Infrasound[C]. Los Alamos National Laboratory, Contract No. W-7405-ENG-36, 26th Seismic Research Symposium, pp670~679, 2004.
② Joydeep Bhattacharyya. Description and Analysis of Infrasound and Seismic Signals Recorded from the Watusi Explosive Experiment, September 2002[C]. Science Applications International Corporation Los Alamos National Laboratory, Contract No. DASG60-03-00091,2,3 and W-7405-ENG-364, 25th Seismic Research Symposium, pp587~596, 2003.
③ Eric P. Chael1. Whitaker. Infrasound Signal Library[C]. Sandia National Laboratories and Los Alamos National Laboratory, Contract No. DE-AC04-94AL850001 and W-7405-ENG-362, 24th Seismic Research Symposium, pp733~734, 2002.
关键词核爆探测 次声波
中图分类号:TJ9文献标识码:A
过去几年,IMS国际次声站及美俄等国的试验场次声阵列,对少量核爆炸历史数据,和矿井爆炸、冰山碎裂、地震事件等产生的大量次声信号进行了记录,并不断采用新的传播模型和阵列探测技术进行数据分析和处理,以对次声信号特征进行深入了解,并对大气模型及次声站处理技术性能进行了评测和估计。目前除了对大气核爆炸次声源的研究外,对地震及地下核爆炸事件的次声特征也进行了初步研究。并对历史上收集的次声数据建立了次声图书馆。下面针对地下事件和地表事件的次声信号研究以及次声图书馆的建立进行了探讨。
1 地下与地表次声事件
IMS核爆次声站对地震事件等产生的次声波信号进行了探测分析,并且利用地震台与次声波站协作的方式对核爆炸的协同识别方法初步进行了研究和评估,尤其是对地下核爆炸,提出了一种新的探测可能。目前,对地下或地表源产生的次声信号仍在信号源特征分析的初步阶段。
1983年至2003年间,LANL的探测阵观察到31个大型地震的次声信号。①Douglas O. ReVelle对信号特征进行了分析,认为可以由信号的振幅和持续时间确定震级。同时与探测到的矿井爆炸进行比较,认为小矿井爆炸较容易被探测。部分原因是由于地震只有在对地球表面产生剧烈运动时,才能产生次声信号,地震的大部分能量会沉积在地底深处,且地震至少有三种地震断层模式,而只有其中的up-down模式可以辐射出次声波。针对被探测得到的信号数据,使用了4种判别式,提出对地震识别的几种可能方法:(1)加入距离和大气风的影响对次声振幅进行修正,但是不包括热层传播的情况;(2)快速傅立叶能量谱分析差异;(3)通过地震波的相位进行识别,即基于源深度的判别;(4)将到达次声波反射信号类型作为源类型的函数,对信号进行分离。
另外,对2002年9月28日在Nevada试验场进行的Watusi化学爆炸试验产生的次声波信号也进行了记录。②该化学实验当量为19t,装在一个半埋在土中的圆柱体容器中进行引爆,事件发生后,产生的次声信号被NTS的次声站以及IMS的次声站共七个站探测到,最远的IMS次声站距源点2165km。每个次声阵列对信号到达时间、持续时间、峰值与峰值之间的振幅进行了估计。采用前向模型实验检验大气传播模型的能力,以预测传播时间和振幅。结果认为使用声线跟踪方法及实际的大气模型G2SRT得到的传播时间要比使用气象学模型略好。基于对很多次声相位的传播时间的预测,发现大部分信号来自大气波导。
根据2006年在美国西部发生的, Los Alamos次声站DLIAR接收到的地震次声信号,Douglas O. ReVelle根据接收信号的振幅和距离对源深度进行预测,并通过与已知地震深度的比较设计了一种垂直深度范围因子。该因子由预测的地震深度使用最小二乘曲线拟合法得到,当接收到地下事件或地表事件引起的次声信号时,可以作为站台进行源识别的先验深度判据。
2 次声图书馆③
次声图书馆(ISL:Infrasound Signals Laboratory)是由2002年美国国防部ROA01项目支持,在SNL实验室和LANL实验室共同努力下完成的,主要用于IMS(国际核爆探测系统)次声站。最初的次声数据图书馆是由LANL(Los Alamos National Lab)实验室、SNL(Sandia National Lab)实验室以及IMS次声站提供的珍贵次声数据资料构成的,这些数据资料包括不同当量、高度和空气条件下各类地表和大气层核爆炸实验产生的次声数据记录,以及火流星、冰山迁移、矿井爆炸等事件中探测到次声信号数据组成,其它还包括SNL和LANL实验室的微气压计记录的的地下核爆炸相关记录。这些记录包括信号、接收站及大气条件信息经过数字化,转换成为标准CSS格式。次声图书馆主要包括数据库表格和二进制波形文件两种格式的数据资料。
次声图书馆中包括的核爆炸数据主要来自SNL和LANL。美国于1951-1962年间在NTS进行了超过100次的大气核爆炸,当量从1~74kt,源高度从近地面到11 kt不等。SNL使用次声传感器记录了美国西南部核试验的气压波动,例如在一次NTS核爆炸中,从NTS附近至加利福尼亚州的帕萨德那(Pasadena)的很多次声探测站均对其进行了记录,记录图中涉及的信号频率范围从0.05~30Hz,而所有数据纸带都储存在SNL。而近几年LANL在新墨西哥州和犹他州建立的次声站,对白沙导弹基地 (WSMR:White Sand Missile Range)和附近地区的火流星等事件进行了大量的探测。LANL的数据记录在9道磁带中。
另外,除了次声图书馆外,研究发展支持部 (RDSS:The Research and Development Support Services)和空间任务防卫司令部 (SMDC:the Space Mission Defense Command)提供了大量的核爆探测信息,包括水声、次声和地震数据,从RDSS官方网页界面http://www.rdss.info/可以下载。
核爆次声探测是核爆探测的重要途径,尤其是远区探测发展的重要任务。鉴于核爆次声信号记录稀(下转第192页)(上接第165页)少,非常珍贵,因此各类地下和地表次声信号的收集是发展核爆次声探测的基础。我国可以借鉴国外建立次声图书馆的经验,并充分参考国外公开数据资源,以改进我国核爆次声探测技术相关算法、模型。
注释
① Douglas O. ReVelle. Discrimination of Earthquakes and Mining Blasts Using Infrasound[C]. Los Alamos National Laboratory, Contract No. W-7405-ENG-36, 26th Seismic Research Symposium, pp670~679, 2004.
② Joydeep Bhattacharyya. Description and Analysis of Infrasound and Seismic Signals Recorded from the Watusi Explosive Experiment, September 2002[C]. Science Applications International Corporation Los Alamos National Laboratory, Contract No. DASG60-03-00091,2,3 and W-7405-ENG-364, 25th Seismic Research Symposium, pp587~596, 2003.
③ Eric P. Chael1. Whitaker. Infrasound Signal Library[C]. Sandia National Laboratories and Los Alamos National Laboratory, Contract No. DE-AC04-94AL850001 and W-7405-ENG-362, 24th Seismic Research Symposium, pp733~734, 2002.