靳平：核爆炸地震效应与地震监测

核爆炸地震学是现代地震学的一个重要分支，它在传统地震学和地震监测技术的基础上，针对核爆炸地震监测面临的特殊问题和特殊条件，发展出一系列特殊的理论、方法和技术。这些理论、方法和技术又反过来促进了现代地震学和地震监测技术的发展。

《核爆炸地震效应与地震监测》旨在系统阐述核爆炸地震学的基本概念、理论和方法，以方便感兴趣的读者深入理解和系统掌握核爆炸地震监测理论基础和技术方法。

本书内容分为三部分共9章。

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第一部分为第1章，阐述核爆炸地震监测涉及的地震学基础知识，以方便没有地震学背景的读者阅读参考。

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第二部分为第2～5章，主要介绍地下核爆炸的震源理论和效应规律。其中，第2章重点阐述地下核爆炸的震源物理过程，以帮助读者建立关于核爆炸地震波激发过程的物理图像；第3章阐述地下爆炸一维球对称震源理论，相关理论构建起关于地下爆炸地震耦合、信号源频谱特征及其与当量、埋深、源区介质之间关系的基本模型；第4章阐述地下核爆炸伴随的非球对称震源机制，相关机制可以帮助(至少是部分地)解释地下核爆炸时实际观测到却无法用经典球对称震源模型解释的系列现象；第5章阐述空腔爆炸地震效应。前人在这一方面的研究成果是核爆炸震源理论和效应规律的重要组成部分，是准确分析、判断地下核爆炸地震监测结果不可缺少的内容。

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第三部分为第6～9章，主要介绍核爆炸地震监测的技术原理和方法。其中，第6章阐述与地震事件检测有关的概念和方法，以帮助读者总体了解现代地震观测方法，特别是信号处理分析方法；第7章系统阐述地震定位方法，使读者对现代地震定位技术有较为全面深入的了解；第8章阐述地震事件震级测量方法和地下爆炸当量估算技术，其中除了介绍相关的测量和估算技术以外，还详细解释不同类型震级之间以及震级和当量之间复杂关系背后的原因和物理机制，使读者不仅能知其然，而且能知其所以然；第9章系统阐述地震事件识别技术，其中除了介绍主要的识别判据方法以外，同时介绍CTBT核查场景下事件识别需要遵循的原则、要求及历史上曾经发生的特殊案例，以帮助读者对相关技术有一个全面系统的了解。

本书的主要读者是从事核爆炸地震监测或相关技术研究的专业技术人员，可帮助他们系统深入地理解和掌握相关的理论和技术方法。为此，本书对许多重要内容的物理图像和数学过程进行了较为详细的阐述和分析，并以附录的方式对一些重要公式进行详细推导，其中的一些推导可能很难在别处找到。

核爆炸地震效应与地震监测

靳平 编著

北京：科学出版社，2022.6

ISBN 978-7-03-071038-3

责任编辑：宋无汗

核爆炸地震学是现代地震学的重要分支。本书系统阐述核爆炸地震学的基本概念、理论和方法，主要内容包括：地震学基础知识、地下核爆炸震源物理概述、一维球对称震源理论与模型、地下核爆炸中的非球对称震源机制、空腔爆炸地震效应、地震信号检测分析方法与事件检测方法、地震定位方法、地震事件震级测量与地下爆炸当量估算方法、地震事件识别方法等。本书在系统梳理和归纳国内外核爆炸地震监测技术研究成果的同时，介绍了作者的许多研究成果，对深入理解、掌握核爆炸地震效应规律和监测技术具有很好的参考价值。

目录速览

前言

第1章 地震学基础 1
1.1 术语和概念 1
1.2 地震波运动方程和波动方程 5
1.3 震源表示方法 8
1.3.1 格林函数和表示定理 8
1.3.2 力偶与地震矩张量 9
1.3.3 断层位错源的地震矩张量表示 10
1.3.4 体积源的地震矩张量表示 13
1.3.5 地震矩张量分解 15
1.4 点源辐射的地震波 16
1.4.1 点力源辐射的地震波 16
1.4.2 力偶源辐射的地震波 19
1.5 体波在地球内部的传播 23
1.5.1 地震射线和射线参数 23
1.5.2 地震波的能量 26
1.5.3 体波的几何扩散 26
1.5.4 地震波在地球内部界面上的反射、透射及波型转换 29
1.5.5 首波、非均匀波和全反射波 32
1.5.6 地震波的衰减 33
1.6 地震面波 35
1.6.1 均匀半空间中的瑞利波 35
1.6.2 勒夫波 36
1.6.3 一般竖向非均匀介质中的面波 39
1.6.4 面波的频散 42
1.6.5 竖向非均匀介质中点源激发的勒夫波和瑞利波 45
参考文献 48
附录 48
附录1.1 水平分层介质中平面地震波的传播矩阵方法与广义透反射系数 48
第2章 地下核爆炸震源物理概述 56
2.1 核爆炸基本概念 56
2.2 地下核爆炸震源物理过程 56
2.3 地下核爆炸震源力学理论基础 60
2.4 地下爆炸当量立方根比例关系 62
参考文献 63
第3章 地下爆炸一维球对称震源理论 65
3.1 折合位移势和折合速度势 65
3.2 地下爆炸折合位移势观测结果 67
3.3 Mueller-Murphy模型 68
3.4 Denny-Johnson模型 77
3.5 其他形式的地下爆炸源函数模型 80
3.6 地震信号幅值的当量比例关系 84
3.7 地下爆炸辐射的地震波能量 88
参考文献 92
附录 93
附录3.1 Mueller-Murphy模型的RDP时间域解 93
附录3.2 Mueller-Murphy模型的源频谱峰值频率 95
附录3.3 Mueller-Murphy模型的远场速度谱峰值频率 96
附录3.4 泛Haskell爆炸源模型的性质 97
第4章 地下核爆炸中的非球对称震源机制 101
4.1 层裂 101
4.1.1 地下核爆炸的层裂现象 101
4.1.2 层裂源表征方法 105
4.1.3 层裂对地下核爆炸地震波的影响 111
4.2 晚期岩石损伤与CLVD源 113
4.2.1 晚期岩石损伤的力学过程 114
4.2.2 岩石损伤对震源的影响 115
4.2.3 地下爆炸晚期岩石损伤对应的CLVD源 119
4.3 构造应力释放 122
4.4 爆炸非球对称性 127
4.5 构造应力释放和晚期岩石损伤对地下核爆炸地震波辐射的影响 130
4.5.1 对短周期远震P波的影响 130
4.5.2 对长周期面波的影响 138
4.5.3 CLVD源对短周期瑞利波的影响 143
参考文献 147
附录 151
附录4.1 层裂位错的平均零频幅值 151
第5章 空腔爆炸地震效应 153
5.1 空腔解耦基本概念 153
5.2 完全解耦空腔爆炸 154
5.3 部分解耦空腔爆炸 158
5.4 小比例半径空腔爆炸的增耦效应 162
5.5 空腔解耦实验结果 166
5.5.1 解耦因子测量方法 166
5.5.2 空腔解耦实验回顾 167
参考文献 173
附录 175
附录5.1 空腔爆炸折合位移势的准静态弹塑性理论 175
第6章 地震信号与地震事件检测 180
6.1 地震观测基础 180
6.1.1 地震仪及其响应 180
6.1.2 地震噪声 182
6.1.3 台站与台阵 184
6.1.4 地震台网 188
6.1.5 地震信号 189
6.2 增强信号信噪比 191
6.2.1 频率滤波 191
6.2.2 频率优化滤波 191
6.2.3 台阵聚束 194
6.2.4 台阵优化滤波 196
6.3 地震信号检测 203
6.3.1 STA/LTA方法 203
6.3.2 F检测和广义F检测 205
6.4 信号到时 208
6.5 信号基本属性测量 210
6.5.1 幅值、周期和信噪比 210
6.5.2 方位角、慢度与f-k分析 211
6.5.3 偏振度与偏振分析 214
6.6 地震事件检测 216
6.6.1 定义地震事件 216
6.6.2 地震事件检测方法 218
6.6.3 相容性检验 220
6.7 波形互相关检测 221
参考文献 225
附录 227
附录6.1 代表性和常用地震仪(计)位移传递函数的零点和极点 227
附录6.2 F检测特征值分布特性的证明 228
附录6.3 广义F检测中若干等式的证明 232
第7章 地震定位 235
7.1 地震定位概述 235
7.2 线性化定位方法 240
7.2.1 定位原理 240
7.2.2 多参数联合定位 242
7.2.3 定位不确定度和误差椭圆 243
7.2.4 关于误差椭圆的进一步讨论 246
7.3 地震定位中的直接搜索方法 248
7.4 走时校正方法及三维地球模型在地震定位中的应用 256
7.4.1 精准地震事件 256
7.4.2 克里金方法和地震信号走时经验校正 258
7.4.3 SSSC方法 265
7.4.4 RSTT方法 266
7.4.5 三维地球模型定位 270
7.5 相对定位技术 272
7.5.1 主事件定位 273
7.5.2 双差定位 274
7.5.3 JHD方法 276
7.5.4 双差和JHD混合定位 282
参考文献 286
附录 290
附录7.1 矩阵的Lanczos分解 290
第8章 震级测量与地下爆炸当量估算 294
8.1 地震震级 294
8.1.1 近震震级 294
8.1.2 面波震级 298
8.1.3 体波震级 300
8.1.4 区域体波震级 306
8.1.5 震级饱和与矩震级 308
8.1.6 最大似然震级 310
8.2 震级-当量关系 312
8.2.1 体波震级-当量关系 312
8.2.2 面波震级-当量关系 321
8.2.3 震级-当量关系估计当量的不确定度 323
8.3 基于震源模型的当量估计方法 325
8.3.1 台网平均P波频谱法 325
8.3.2 区域震相振幅谱反演 331
8.3.3 其他当量估算方法 334
参考文献 336
附录 340
附录8.1 模拟mb震级-当量关系斜率 340
附录8.2 基于高斯滤波的谱振幅测量 342
第9章 地震事件识别 347
9.1 核爆炸地震监测中的事件识别问题 347
9.2 震源特性差异与可归因于源原则 348
9.3 主要识别判据 350
9.3.1 位置和深度 350
9.3.2 P波初动方向 350
9.3.3 震级差 351
9.3.4 区域震相幅值比 357
9.3.5 谱比值 361
9.3.6 P波波形复杂度 362
9.3.7 其他判据 365
9.4 核爆与化爆的区别 367
9.5 震级和距离幅值校正方法 372
9.6 多判据识别方法 377
9.6.1 基于贝叶斯定理的多判据综合识别原理 377
9.6.2 LDA的性质 379
9.6.3 正则化判别分析方法 380
9.6.4 例外事件检测 382
9.6.5 一般情况下的多判据识别分析 383
9.6.6 关于事件识别中的p值方法的讨论 384
9.7 利用震源机制解识别地震事件 387
9.7.1 震源机制反演方法概述 387
9.7.2 震源成分分解和事件类型识别 391
9.8 禁核试核查中的特殊地震事件 395
参考文献 402
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（ 本文编辑：王芳 ）

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