果殼:日本大地震原是核試驗?

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日本Mw9.0大地震後，網上開始流傳「這是日本人進行海底核試驗」的猜測，這個令人吃驚的消息像地震波一樣迅速傳播，並且越傳越顯得有「理」。有 的說日本福島海域前幾年發生了很多次5.5~6級的地震，和原子彈試驗產生的震級相當；有的說3月11日的大地震是氫彈試驗造成的。

令人遺憾的是「理由」中，沒有一個提到核試驗監測的核心問題：地震波。

1996年，《全面禁止核試驗條約》（CTBT）最終達成一致，規定每個締約國承諾不進行核試驗爆炸或任何其他核爆炸。這就意味著，想進行核爆炸的 國家會採取更隱秘的方式，比如在地下進行核爆炸。而監測地下核爆炸最重要的手段就是地震波監測。因為只要是核爆炸，就會產生地震波；只要爆炸達到一定當 量，其地震波就會被全球的地震臺網記錄到。地震學家就能研究、判斷這個地震是人工地震還是天然地震。自從全球數位化地震臺網和臺陣技術——這些永不休息的 「順風耳」發展以後，一般認為只要核試驗引發的震級超過mb3.5的，就可以被臺網監測到。

那麼，地震學是如何監測核試驗的呢？

好比我們可以通過一個人的外貌、聲音、行為舉止來辨識一個人，地震學家可以通過地震波震相、P波初動、震源深度等多種方法判斷一個地震是天然的還是人工的。下面舉例介紹些傳統的方法。

1. 震相

地震、爆炸，波組不同

震相指地震圖上不同類型、傳播路徑不同的地震波組。震相判斷是簡單而直接的方法，是地震學的基本功，地震學家研究每一個地震時，首先會根據震相進行 初步判斷。天然地震的常見震相有縱波（P）、橫波（S）和面波，大多數天然地震的P波振幅

圖1 天然地震的常見震相有縱波（P）、橫波（S）和面波（圖為瑞利波R），它們的速度不同。地震波傳播有點像運動員賽跑，一開始所有運動員差距不大，這時還不 容易區分誰是「冠軍博爾特」，不久之後，跑得快的就會衝到前排，且距離越拉越大，這下就容易區分了。地震學家在分析震相的時候，不喜歡一個一個分析地震 波，他們喜歡把很多地震臺的數據，按照震中距排列起來，讓地震波「跑起來」以區分震相。圖為美國地震臺陣（USArray）接收到的日本Mw9.0地震波 序列，可以看出P波振幅

圖2 北京時間2006年10月9日9點35分，朝鮮在其境內（41.294°N，129.093°E）進行當量小於1000噸的地下核試驗，產生了約4級的地 震。即使這些地震波到達北京時，振幅已經小到只有幾十納米，但利用地震臺網技術，仍可以檢測出核試驗產生的~7.5km/s的P波和~3.5km/s的 Lg波。

圖3 圖中紅色波形是中國在90年代進行的地下核爆炸產生的地震波，其記錄特徵是「大頭小尾」，P波強於S波，Lg波發育。藍色的是6.3級天然地震產生的地震 波，它的特徵是「小頭大尾」。利用記錄到的地震波的特點，基本可以區分地下核爆炸和天然地震。（圖片來源於：陳顒等.2007.《自然災害》）

2. P波初動

壓縮、膨脹，方向不同

初動指的是地震波到達地震儀時，所測質點的最初的振動方向，初動分為向外的壓縮（compression）和向內的膨脹（extension）兩 種。地下核爆炸和天然地震的本質區別在於它們的震源特性不同。大多數天然地震是地下巖石破裂、滑動所引起的，破裂面很大，持續時間較長，表現在地震波上， 是不同方位的地震臺接收到的P波初動不一致，有的是壓縮，有的是膨脹（圖4）。而地下核爆炸的震源過程要簡單和短得多，球對稱壓縮（各個方向都向外壓 縮），使所有地震臺接收到的地震波初動都是壓縮的。利用地震波初動信息，就可以反過來求出震源機制解，推測出地震是正斷層、逆斷層、滑移斷層還是人工爆炸引起的。

常利用「沙灘球」來表示地震的震源機制。圖上的「沙灘球」表示有的地震臺的初動是壓縮，有的是膨脹，其震源是一條逆衝斷層，斷層面的走向約為195度，傾角約為14度，和俯衝的板塊性質相一致。

3. 震源深度

超過10KM無需考慮

地震波的快速定位已經不是難題，美國地質調查局測定這次日本大地震的震源深度為地下32km，中國地震臺網測定的震源深度為20km，這就意味著， 如果是核爆炸，就要將核裝置埋在地下幾十千米處，那是不可能的。要知道，在大陸上最深的鑽井也不過12km，何況是在海底？《全面禁止核試驗條約》議定書 在篩選核試驗數據時，一般也認為：震源深度大於10km的將不予考慮。

4. 地震能量

幾十億噸TNT

1萬噸當量TNT的核爆炸，能量相當於5級地震；100萬噸當量TNT的核爆炸，能量相當於6點幾級地震。1974年之後進行的地下核試驗當量都不 超過15萬噸。這次日本大地震震級為Mw9.0，根據能量公式LgE=4.8+1.5Mw，估算地震釋放的能量約為2×1018焦耳，相當於幾十億噸當量 的TNT。原子彈的威力通常為幾百至幾萬噸TNT當量，氫彈的威力可大至幾千萬噸TNT當量。但要製造幾十億噸TNT當量的核彈，目前還是很難的。

《全面禁止核試驗條約》議定書列出了用於篩選核試驗事件的參數：事件位置、事件深度、面波震級與體波震級的比值，信號頻率成分、震相間的譜比、頻譜 漲落、P波的初動、震源機制、震相、與其他事件及事件組的對比等。此外，還可以結合次聲、水聲、放射性核素監測等其他領域的方法，綜合判斷一個地震是否核 試驗引起的。

圖5 1945~2009年世界各國進行核試驗的時間、類型和次數。（圖片來源於CTBTO）

那麼，有沒有可能是有人製造了一次地下核試驗，然後很不巧的，這次核試驗引發了一場小規模地震，並進而誘發了超級強震呢？我們前面已經說過，監測爆 炸事件特別是核試驗是地震臺網的重要職責，只要地下核試驗達到一定當量，就能被監測到。但迄今為止，聯合國全面禁止核試驗條約組織（ CTBTO ），包括中國地震臺網在內的各大監測機構都未見發布日本地下核試驗消息。和水庫誘發天然地震一樣，核試驗可以誘發小地震，但至於利用核試驗誘發大地震的可能性，因為研究樣本太少，研究也少，地震學界還沒有統一的認識。

結論： 通過地震學的方法可以判斷一個地震是否是由核試驗引起的。迄今為止，聯合國全面禁止核試驗條約組織（CTBTO），包括中國地震臺網在內的各大監測機構都未見發布日本地下核試驗消息。「日本Mw9.0大地震是日本人進行海底核試驗」的猜測並不成立。

（原刊果殼網 謠言粉碎機）