• ISSN 2096-8957
  • CN 10-1702/P

朝鲜核试验相关地震学研究进展及其文献计量学分析

任梦依 边银菊 王婷婷 杨千里

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朝鲜核试验相关地震学研究进展及其文献计量学分析

    作者简介: 任梦依(1988-),女,助理研究员,主要从事非天然地震监测与识别、地震危险性分析等方面的研究. E-mail:renmengyi@cea-igp.ac.cn.
    通讯作者: 边银菊, bianyinju@cea-igp.ac.cn
  • 中图分类号: P315

Research progress and bibliometric analysis of seismological research on North Korean nuclear test

    Corresponding author: Bian Yinju, bianyinju@cea-igp.ac.cn ;
  • CLC number: P315

  • 摘要: 朝鲜自2006年10月9日第一次开展地下核试验以来,分别于2009年5月25日、2013年2月12日、2016年1月6日、2016年9月9日和2017年9月3日相继进行了5次规模较大的核试验. 由于核爆炸和天然地震的震源机制不同,可以通过核爆炸产生的地震波来进行核试验的监测,核试验相关地震学研究一直是国内外专家关注的焦点. 本文分别从事件定位、性质识别、当量和埋藏深度等几个方面总结了近些年来朝鲜核试验相关地震学的研究进展,并基于文献计量学方法对朝鲜核试验相关地震学研究现状进行分析,综合结果表明,近些年基于朝鲜核试验的相关地震学研究的主要研究方向为核试验定位、当量估算以及震源深度等.
  • 图 1  不同研究机构及相关文献中给出的朝鲜核试验事件定位结果

    Figure 1.  Location results of North Korea's nuclear tests given by different research institutions and relevant literatures

    图 2  核爆与天然地震事件的谱比值对比(修改自赵连锋等,2017

    Figure 2.  Comparison between the spectrum ratios of nuclear explosions and those of natural earthquake events (modified from Zhao et al., 2017)

    图 3  UNT1埋藏深度及当量范围统计

    Figure 3.  Statistics of burial depth and yield range of UNT1

    图 4  UNT2埋藏深度及当量范围统计

    Figure 4.  Statistics of burial depth and yield range of UNT2

    图 5  UNT3埋藏深度及当量范围统计

    Figure 5.  Statistics of burial depth and yield range of UNT3

    图 6  UNT4埋藏深度及当量范围统计

    Figure 6.  Statistics of burial depth and yield range of UNT4

    图 7  UNT5埋藏深度及当量范围统计

    Figure 7.  Statistics of burial depth and yield range of UNT5

    图 8  UNT6埋藏深度及当量范围统计

    Figure 8.  Statistics of burial depth and yield range of UNT6

    图 9  中国东北和朝鲜半岛Q值分布图(修改自赵连锋等,2018). 图中:SB:松辽盆地;BB:渤海湾盆地;CM:长白山;JS:日本海

    Figure 9.  Distribution of Q values in Northeast China and the Korean Peninsula (modified from Zhao et al., 2018). In the picture, SB: Songliao basin; BB: Bohai bay basin; CM: Changbai mountain; JS: Japan Sea

    图 10  Web of Science核心数据库近20年文献出版年统计(源自Web of Science网站)

    Figure 10.  Annual statistics of publications in the core database of Web of Science in the recent 20 years (from Web of Science website)

    图 11  Web of Science核心数据库近20年文献发表量前10作者统计(源自Web of Science网站)

    Figure 11.  The 10 authors that published the most in the core database of Web of Science in the recent 20 years (from Web of Science website)

    图 12  Web of Science核心数据库近20年文献关键词热度图

    Figure 12.  Heat map of key words in the core database of Web of Science in the recent 20 years

    图 13  Web of Science核心数据库近20年文献关键词密度图

    Figure 13.  Density map of key words in the core database of Web of Science in the recent 20 years

    图 14  CNKI数据库近20年文献发表作者热度图

    Figure 14.  Heat map of literature authors in the CNKI database in the recent 20 years

    图 15  CNKI数据库近20年文献发表作者密度图

    Figure 15.  Density map of literature authors in the CNKI database in the recent 20 years

    图 16  CNKI数据库近20年文献关键词热度图

    Figure 16.  Heat map of key words in the CNKI database in the recent 20 years

    图 17  CNKI数据库近20年文献关键词密度图

    Figure 17.  Density map of key words in the CNKI database in the recent 20 years

    表 1  CTBTO网站上关于朝鲜6次核试验的相关信息

    Table 1.  North Korea's six nuclear tests information on CTBTO website

    日期时间(UTC)震级
    2006-10-0901:35:284.1
    2009-05-2500:54:43 4.52
    2013-02-1202:57:514.9
    2016-01-0601:30:00 4.85
    2016-09-0900:30 5.1
    2017-09-0303:30:066.1
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    表 2  朝鲜6次核试验定位结果统计

    Table 2.  Statistical results of the North Korea's six nuclear tests location

    朝鲜核试验纬度/(°N)经度/(°E)作者及发表时间
    UNT141.26386129.08591Rodgers et al., 2010
    41.2874129.1083Wen et al., 2010
    41.2867129.0902Murphy et al., 2013
    41.29192129.10907Myers et al., 2018
    UNT241.2939129.0871Wen et al., 2010
    41.2925129.0657Murphy et al., 2013
    41.2936129.0770Zhao et al., 2014
    41.29654129.08298Myers et al., 2018
    UNT341.2908129.0763Zhang and Wen, 2013
    41.2923129.0727Zhao et al., 2014
    41.29276129.07851Myers et al., 2018
    UNT441.3003129.0678Zhao et al., 2016
    41.3039129.0481Assink et al., 2016
    41.29932129.07622Myers et al., 2018
    UNT541.298129.080谢小碧和赵连锋,2018
    41.2976129.0804Zhao et al., 2017
    41.29983129.08157Myers et al., 2018
    UNT641.303129.070谢小碧和赵连锋,2018
    41.29999129.07901Myers et al., 2018
    41.3018129.0696He et al., 2018
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-30
  • 网络出版日期:  2021-02-07
  • 刊出日期:  2021-05-01

朝鲜核试验相关地震学研究进展及其文献计量学分析

    通讯作者: 边银菊, bianyinju@cea-igp.ac.cn
    作者简介: 任梦依(1988-),女,助理研究员,主要从事非天然地震监测与识别、地震危险性分析等方面的研究. E-mail:renmengyi@cea-igp.ac.cn

摘要: 朝鲜自2006年10月9日第一次开展地下核试验以来,分别于2009年5月25日、2013年2月12日、2016年1月6日、2016年9月9日和2017年9月3日相继进行了5次规模较大的核试验. 由于核爆炸和天然地震的震源机制不同,可以通过核爆炸产生的地震波来进行核试验的监测,核试验相关地震学研究一直是国内外专家关注的焦点. 本文分别从事件定位、性质识别、当量和埋藏深度等几个方面总结了近些年来朝鲜核试验相关地震学的研究进展,并基于文献计量学方法对朝鲜核试验相关地震学研究现状进行分析,综合结果表明,近些年基于朝鲜核试验的相关地震学研究的主要研究方向为核试验定位、当量估算以及震源深度等.

English Abstract

    • 朝鲜分别于2006年10月9日、2009年5月25日、2013年2月12日、2016年1月6日、2016年9月9日和2017年9月3日进行了6次规模较大的地下核试验(Underground Nuclear Test,以下简称UNT1、2、3、4、5和6),全面禁止核试验条约组织(Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization, CTBTO)网站上公布的相关信息如表1所示. CTBTO的国际监测系统(International Monitoring System, IMS)由321个监测站和16个实验室组成,这337个设施分布在世界各地,可监测到全球核爆炸的迹象. IMS使用四种方法对监测结果进行互补验证:地震台站、水声台站和次声台站监测地下、大洋和大气中的核试验事件;放射性核素监测站监测核爆炸释放的放射性核素粒子.

      表 1  CTBTO网站上关于朝鲜6次核试验的相关信息

      Table 1.  North Korea's six nuclear tests information on CTBTO website

      日期时间(UTC)震级
      2006-10-0901:35:284.1
      2009-05-2500:54:43 4.52
      2013-02-1202:57:514.9
      2016-01-0601:30:00 4.85
      2016-09-0900:30 5.1
      2017-09-0303:30:066.1

      核爆炸引起的地面振动,激发地震波被地震仪接收观测,分析解释地震波形特征,是地震学方法识别核试验、测定核爆炸震源参数的基础. 当前,全球和区域尺度内布设的宽频带数字地震台网(如全球地震台网、中国地震台网、日本F-net台网等),以及国际监测系统的建立,均为核试验相关地震学研究提供了丰富的数据支撑(林鑫等,2019). 地震学方法具有多尺度观测、近实时捕获、全球性监控等优势,是全面禁止核试验的国际监测系统中最有效的方法之一,随着研究技术的不断创新,地震学方法已成为核试验监测中广泛采用的研究手段. 本文从事件定位、事件识别、震级当量估计以及埋藏深度等几方面总结了近些年核试验地震学相关研究进展,并通过VOSviewer软件对朝鲜核试验相关地震学研究现状进行文献计量学分析.

    • 事件定位对于检测、识别核试验等具有重要意义. 天然地震往往受活动断裂的影响,空间位置具有一定的规律性;而核试验一般位于场区,位置范围较为固定. 疑似核爆炸事件发生后,利用其激发的地震波,可以对事件进行高精度定位(林鑫等,2019). 近年来,国内外学者在朝鲜地下核试验的事件定位研究中取得了丰富的研究成果(表2). Zhao等(2016, 2017)利用相对定位方法,选择UNT1为主事件,确定了UNT5和UNT6均位于朝鲜核试验场内. Ichinose等(2017)利用面波和体波走时差,对UNT2、UNT3、UNT4、UNT5四次事件的相对位置进行了分析. Myers等(2018)确定了UNT4的绝对位置,并以该次事件为主,利用体波到时进行定位,UNT4、UNT5、UNT6位于朝鲜万塔山山脊下,UNT2和UNT3在万塔山陡峭的南面山脊以南,UNT1位于UNT4以东约2.87 km处一个单独的山脊顶部. Wang和Hutko(2018)利用密集台阵Hi-net、以UNT2为主事件,确定了朝鲜其余5次核试验的相对位置,结果表明,2013~2017年期间发生的4次核试验地点紧密分布,距离UNT2约600 m以内,UNT1位于UNT2东南约2 km处. He等(2018)采用高精度相对定位法,以UNT1为主事件,确定了UNT6的震中位置,以及于UNT6发生后8 min、2017年9月23日和2017年10月12日发生的3次中等地震事件的震中位置.

      表 2  朝鲜6次核试验定位结果统计

      Table 2.  Statistical results of the North Korea's six nuclear tests location

      朝鲜核试验纬度/(°N)经度/(°E)作者及发表时间
      UNT141.26386129.08591Rodgers et al., 2010
      41.2874129.1083Wen et al., 2010
      41.2867129.0902Murphy et al., 2013
      41.29192129.10907Myers et al., 2018
      UNT241.2939129.0871Wen et al., 2010
      41.2925129.0657Murphy et al., 2013
      41.2936129.0770Zhao et al., 2014
      41.29654129.08298Myers et al., 2018
      UNT341.2908129.0763Zhang and Wen, 2013
      41.2923129.0727Zhao et al., 2014
      41.29276129.07851Myers et al., 2018
      UNT441.3003129.0678Zhao et al., 2016
      41.3039129.0481Assink et al., 2016
      41.29932129.07622Myers et al., 2018
      UNT541.298129.080谢小碧和赵连锋,2018
      41.2976129.0804Zhao et al., 2017
      41.29983129.08157Myers et al., 2018
      UNT641.303129.070谢小碧和赵连锋,2018
      41.29999129.07901Myers et al., 2018
      41.3018129.0696He et al., 2018

      另外,本文还结合了中国地震台网中心(China Earthquake National Center, CENC)、欧洲—地中海地震中心(European-Mediterranean Seismological Centre, EMSC)、俄罗斯科学院地球物理调查局(Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences, GSRAS)、美国地质调查局(United States Geological Survey, USGS)、德国地球科学研究中心(German Research Centre for Geosciences, GFZ)、澳大利亚地球科学局(Geoscience Australia, GA)、国际地震中心(International Seismological Centre, ISC)以及国际数据中心(International Data Center, IDC)等国内外相关机构给出的朝鲜6次核试验定位结果,如图1所示.

      图  1  不同研究机构及相关文献中给出的朝鲜核试验事件定位结果

      Figure 1.  Location results of North Korea's nuclear tests given by different research institutions and relevant literatures

    • 核试验事件的识别工作对于全面禁止核试验条约的监督和实施有着重要意义. 随着核试验从公开转为秘密地在地下进行,爆炸当量也大幅减小,这一阶段地震监测技术的发展特点为:利用区域地震震相对小当量事件进行监测和分辨. 全面禁止核试验条约的主要目标为对1 kt或相当于4级以下的事件进行监测(谢小碧和赵连锋,2018),大量采石和工业爆破也落入这一震级范围,全球每年地震观测记录中,约有成千上万次事件(包括天然地震、采矿爆破等)超过这个震级水平(林鑫等,2019). 因此,在核试验监测中,需要分析各种类型事件的地震学特征,对核爆和其他事件进行区分,从而实现事件的判定.

      识别爆炸震源和天然地震主要依赖于两种震源所产生地震波的差别. 地下核试验与天然地震不同,前者是爆炸源,通常空间尺度小、延续时间短、局部应力变化大,主要产生压缩P波,剪切S波的能量较弱;后者是由断层错动产生的位错源,主要产生剪切S波,作为压缩波的P波能量较弱,尺度通常大于爆炸震源,再考虑到有限破裂速度,它涉及的时间过程往往更长,因而相似大小的爆炸和地震的震源谱往往具有不同的拐角频率,其高频和低频成分的比例也不相同(谢小碧和赵连锋,2018林鑫等,2019).

      现今,区分核试验和天然地震事件,识别效果较好,较为流行的判据之一是P波与S波的谱振幅比,该判据可消除传播中的影响和激发函数效应,突出了不同类型震源之间的差异,是识别地下核试验和天然地震事件的一种有效的研究方法. 近些年,国内外学者利用P/S谱比值进行地震—核爆判别的研究成果很多,Gaber等(2017)采用震源位置、震源深度,以及频率成分、复杂度、谱比值、Ms-mb震级比等多种判别方法区分地震和爆炸. Zhao等(2017)利用P波和S波振幅谱比值Pg/Lg、Pn/Lg和Pn/Sn,将2016年9月9日的事件确定为爆炸,2016年9月12日的两次事件确定为天然地震;利用相同的方法,赵连锋等(2017)确定了2017年9月3日朝鲜境内发生的强烈地震事件是一次爆炸事件(图2). 谢小碧和赵连锋(2018)利用区域台网产生的地震记录分析了朝鲜地下核试验具有典型的浅源爆炸特征,对6次核爆和4次天然地震P/S谱比值统计分析表明,2 Hz以上谱比值可以正确地将核爆从天然地震中识别出来,从而可以有效监测朝鲜半岛大于0.5 kt的地下核试验,同时也发现,依据体波—面波震级比的识别方法不适用于朝鲜核试验场.

      图  2  核爆与天然地震事件的谱比值对比(修改自赵连锋等,2017

      Figure 2.  Comparison between the spectrum ratios of nuclear explosions and those of natural earthquake events (modified from Zhao et al., 2017)

    • 在获得核试验的事件识别、定位之后,需要对其当量与埋深进行测定和估计. 通过对近些年发表的文献进行梳理,我们发现针对事件当量和埋藏深度的估算主要有两种途径,一种是利用地震波形数据,通过波形振幅、事件震级、事件定位等几种方法或多种方法耦合进行当量和埋藏深度的计算;另一种途径是通过卫星遥感获取的地形变数据,或结合爆炸源模拟来推算核试验的埋藏深度和当量大小.

      Zhao等(2016, 2017)利用Lg波计算体波震级,通过体波震级与当量的经验公式,确定了UNT4和UNT5的当量范围,如果考虑埋藏深度,当量估算值将增大. 利用相同的方法,赵连锋等(2017)Yao等(2018a)分别计算了UNT6的当量大小. 林鑫和姚振兴(2016)根据中国东北地区地震台站观测记录,利用Pn、Pg、Sn和Lg波水平分量的尾波振幅包络,获得了UNT1~UNT4的当量范围和埋藏深度. Pasyanos等 (2012)Pasyanos和Myers(2018)对比多种爆炸源模型,通过对定位、深度以及当量等几方面耦合分析,估计了UNT6的当量和埋藏深度. So等(2018, 2019)利用区域震与远震的体波和瑞利波阵列的谱零点估算了UNT1~UNT6的平均深度. 谢小碧和赵连锋(2018)通过建立中朝边界地区基于Lg波的体波震级系统,计算了6次朝鲜核试验的体波震级mb(Lg),并由此估计了它们的地震学当量,由于缺少爆炸埋藏深度的数据,当量有可能被低估. Gaebler等(2019)通过震源时间函数以及远距离小孔径、高频台阵观测到的波形组合联合反演,定位UNT6在核试验场地表以下约0.6 km处,并根据IMS地震台站测量的体波震级估算了事件当量. 王向腾等(2019)基于理论地震图,利用MDJ2速度结构模型,反演了UNT6的震源参数,结果显示震源深度约为0.8 km,进一步基于带地形的格林函数重新反演,发现震源深度在1 km处波形拟合结果较好.

      Wei(2017)利用InSAR数据观测了UNT4产生的地形变,进而估计了该事件的埋藏深度和当量. Stevens和O'Brien(2018)通过计算核爆附近山体表面位移,估计了UNT6的当量. Chaves等(2018)假设花岗岩震源介质为Mueller-Murphy爆炸源模型,模拟了4 Hz地面位移的波形叠加和平均振幅,考虑了山区地形中符合埋藏深度的非弹性pP波延迟,通过波形拟合估计了爆炸当量. Wang等(2018)利用卫星雷达图像得到UNT6完整的地表位移场,通过地震模拟估算了深450 m处的核爆炸当量. 徐小辉等(2019)对UNT6诱发的地表不可逆形变进行了模型实验,结果表明地面塌陷带半径为257 m,下陷弹坑的半径为154 m,与美国、前苏联等国家已有的地下核试验经验公式的数据结果基本相同,也符合InSAR卫星监测数据的估算结果.

      统计现有文献中对朝鲜6次核试验的深度、当量的估算结果,为了更直观地展现不同学者对朝鲜6次核试验埋藏深度和当量的估计范围,将统计的深度、当量结果绘制成如图38所示.

      图  3  UNT1埋藏深度及当量范围统计

      Figure 3.  Statistics of burial depth and yield range of UNT1

      图  4  UNT2埋藏深度及当量范围统计

      Figure 4.  Statistics of burial depth and yield range of UNT2

      图  5  UNT3埋藏深度及当量范围统计

      Figure 5.  Statistics of burial depth and yield range of UNT3

      图  6  UNT4埋藏深度及当量范围统计

      Figure 6.  Statistics of burial depth and yield range of UNT4

      图  7  UNT5埋藏深度及当量范围统计

      Figure 7.  Statistics of burial depth and yield range of UNT5

      图  8  UNT6埋藏深度及当量范围统计

      Figure 8.  Statistics of burial depth and yield range of UNT6

    • 朝鲜在2017年9月3日进行核试验后,发生了一系列小型地震事件,许多学者对后续地震事件的位置、性质、震源机制等进行了相关研究. Schaff等(2018)利用波形互相关获得13个余震群高精度的定位结果,并对一个700 m长的断层进行成像,根据波形互相关和定位数据确认这些事件都是天然地震. Yao等(2018b)报告了88次地震事件,包括UNT6、UNT6之后8.5 min发生的塌陷事件,以及之后的86次天然地震事件. 在86次天然地震中,有11次位于试验场以北2~8.4 km范围内,沿近南北方向分布. UNT6前地震事件的零检测和试验后的强烈地震活动,以及UNT6对断层施加的正向拉应力,提供了UNT6触发这些余震的有力证据. Gibbons等(2018)将朝鲜宣布的前5次核试验视为一个震源阵列,证明了UNT6的位置非常接近UNT5,除了UNT6发生后的4.1级塌陷事件外,自2017年9月以来,在试验场及附近观察到许多小的地震事件,根据观测到的事件建立多通道模板,利用事件相关性可监测试验场及其附近2级以下的地震事件. Chiang等(2018)使用区域长周期面波和初动极性,进行矩张量和网络灵敏度分析,UNT6之后8.5 min发生的余震为爆炸腔的坍塌. Kim等(2018)对UNT6发生后的11起小型地震事件以及使用波形匹配技术检测到3个未发现的地震事件进行分析,第一次也是最大的一次事件,发生在核爆炸后8.5 min左右,被认为是空腔塌陷. 利用MDJ台观测到的P波和S波谱比值分析了剩下的13个事件,其中12个事件被归类为天然地震,另外1个事件,即2017年12月9日双峰对中的第一个,似乎是爆炸. 然而,将MDJ判别函数应用于其他两个区域台站数据,结合这一事件与其双峰对波形具有的相似性,判断该事件也可能是一次天然地震. He等(2018)对UNT6之后的3次中等地震事件进行重新定位,表明第一次事件发生在与核试验相同的山下,另外2次事件位于爆炸东北部约8 km处. 根据它们的谱比值,这3次事件与爆炸有着明显的区别. Liu等(2018)对UNT6之后 8.5 min发生的一次中等地震事件(ML4.1)进行研究,结果表明这场余震是一次非构造事件,定性地解释为破裂的岩石因爆炸后的空洞而迅速坍塌造成的. Tian等(2018)对UNT6之后的几起小地震事件分析,表明第一次地震是在UNT6西北侧440±260 m处,近垂直方向的一次塌陷,后几次事件为UNT6北面8.4±1.7 km处的震群,震源深度至少为2.4 km,震源机制为沿南北方向的近纯走滑. Hong等(2019)发现在UNT6之后5个月内、距离试验场15 km的区域内,发生了10次震级大于或等于ML2.5、震源深度小于3 km的浅层地震事件,最大的震级为MW3.7的事件发生在核试验后20天,深度不到3 km.

    • Zhao等(2015)利用朝鲜核试验产生的高质量宽频带Pn波数据集,在2.0~10.0 Hz范围内,得到了中国东北部以及朝鲜半岛的几何衰减函数和Q值. Olsen等(2018)对2009年朝鲜核试验及其附近区域的波传播过程进行了3D有限差分模拟,将密度、速度梯度变化结合波强散射,最佳拟合的模型在上地壳7.5~10 km处. 赵连锋等(2018)利用1996年10月至2016年10月间发生在中国东北、朝鲜半岛和日本南部的113个壳内地震在602个宽频带地震台站观测到的波形资料,建立Lg波衰减成像数据集,采用区域Q值、震源函数和台基响应联合反演方法建立了中国东北和朝鲜半岛地区0.05~10.0 Hz的宽频带衰减模型(图9).

      图  9  中国东北和朝鲜半岛Q值分布图(修改自赵连锋等,2018). 图中:SB:松辽盆地;BB:渤海湾盆地;CM:长白山;JS:日本海

      Figure 9.  Distribution of Q values in Northeast China and the Korean Peninsula (modified from Zhao et al., 2018). In the picture, SB: Songliao basin; BB: Bohai bay basin; CM: Changbai mountain; JS: Japan Sea

    • 通过全面归纳、总结核试验地震学相关研究进展,有利于反映已有研究方法之间的异同关系、展望未来研究的主要发展方向. 本文采用文献计量学分析方法,通过对核试验相关地震学研究领域已有研究成果的系统梳理、知识计量、图形绘制等可视化分析方法生成形象直观的知识图谱.

    • 选择Web of Science核心数据库,对数据库内近20年间发表的文献以检索式“Topic=nuclear test and seismic or underground explosion and seismic or nuclear explosion and seismic or nuclear test and earthquake or underground explosion and earthquake or nuclear explosion and earthquake”进行源文献检索,共得到1409条检索记录,文献类型取Article进行精炼,最后得1104条检索记录. 对文献出版年、文献作者进行初步分析,如图1011所示. 2007年、2014年、2017年和2018年朝鲜核试验发生后文献出版量都有小幅增长,表明朝鲜核试验引起相关领域专家广泛关注,总体看来,核试验相关地震学研究的文献数量整体呈上升趋势. 文献发表或合作发表数量排名前10的作者中文献量最高的是美国学者Walter.

      图  10  Web of Science核心数据库近20年文献出版年统计(源自Web of Science网站)

      Figure 10.  Annual statistics of publications in the core database of Web of Science in the recent 20 years (from Web of Science website)

      图  11  Web of Science核心数据库近20年文献发表量前10作者统计(源自Web of Science网站)

      Figure 11.  The 10 authors that published the most in the core database of Web of Science in the recent 20 years (from Web of Science website)

      在数据处理过程中使用VOSviewer(聚类分析可视化)文献计量分析工具. 本文选取VOSviewer提供的热度图和密度图两种知识图谱方法进行呈现并解析:在热度图中,一个圆圈和标签代表一个元素,圆圈的大小代表元素出现频率的高低,元素间的连线表示元素之间的共现关系,圆圈颜色由紫色至黄色,表明包含该元素的文献发表时间越新,是现今较为热点的研究方向;密度图是根据元素出现的频率,元素黄色底色越亮,表明包含该元素的文献数量越多,是该领域国内外学者普遍关注的问题. 图12为Web of Science核心数据库近20年文献关键词热度图,图13为Web of Science核心数据库近20年文献关键词密度图,由图可知,当量估算、震源深度以及核试验后的余震是近些年学者比较关注的研究方向,而震级、震相、振幅等则是核试验地震学普遍关心的问题.

      图  12  Web of Science核心数据库近20年文献关键词热度图

      Figure 12.  Heat map of key words in the core database of Web of Science in the recent 20 years

      图  13  Web of Science核心数据库近20年文献关键词密度图

      Figure 13.  Density map of key words in the core database of Web of Science in the recent 20 years

    • 选择国内CNKI数据库,对数据库内近20年间发表的文献以检索式“主题 = 核爆 or 核试验 and 地震”进行源文献检索,共得到250条检索记录,筛选除去相关性较差和重复的文献,最后得209条检索记录. 同样,利用VOSviewer软件进行了核试验相关文献计量学分析. 由图1415可知,国内核试验地震学领域主要的研究团队有刘代志、李夕海团队,赵连锋、姚振兴团队,靳平团队以及边银菊团队,近些年发表文章数量较多的团队有赵连锋、姚振兴团队,靳平团队以及边银菊团队. 由图1617可知,核试验定位、震源深度、震级测定和当量估算是近些年国内学者关注的焦点,而模式识别方向总体文献发表量较大,但近期文献发表量较少.

      图  14  CNKI数据库近20年文献发表作者热度图

      Figure 14.  Heat map of literature authors in the CNKI database in the recent 20 years

      图  15  CNKI数据库近20年文献发表作者密度图

      Figure 15.  Density map of literature authors in the CNKI database in the recent 20 years

      图  16  CNKI数据库近20年文献关键词热度图

      Figure 16.  Heat map of key words in the CNKI database in the recent 20 years

      图  17  CNKI数据库近20年文献关键词密度图

      Figure 17.  Density map of key words in the CNKI database in the recent 20 years

    • 由于核爆炸和天然地震的震源机制不同,相关研究专家可以通过核爆产生的地震波来进行核试验的监测. 因其快速、准确、可远距离监测等特点,地震学方法已成为全面禁止核试验国际监测系统中最常用、最有效的方法. 通过全球尺度地震台记录的地震波数据,分析波形震相、频谱以及振幅等信息,可以进行核试验事件定位、识别、震级、当量和埋深等相关地震学研究. 本文检索并整理了国内外研究学者近些年发表的朝鲜核试验相关地震学文献,从事件定位、事件识别、震级当量估计以及埋藏深度等几个方面介绍了相关研究进展.

      总结国内外相关机构以及文献中给出的定位结果,朝鲜6次核试验均位于丰溪里核试验场场区内. 虽然相对定位方法对于核试验事件位置的判断已经比较精确,但仍不可避免地会出现误差,测定事件的绝对不确定性高度依赖于主事件的绝对位置. Myers等(2018)选择UNT4作为主事件,通过雷达测量的地面位移与有限元计算的地面位移进行拟合来约束该事件位置. 而He等(2018)认为较大核爆炸会产生远离震中的应力变化,严重的地表扰动导致卫星图像不容易确定爆炸的中心,相比之下,UNT1这样的小爆炸更多是在震中上方产生局部表面破坏,尽管信噪比很高,仍选择UNT1作为相对位置的主事件. 另外,相对定位方法的结果通常是基于局部一维模型计算,源区附近的三维结构会导致额外的散射,这也将使波形复杂化,并导致互相关误差(Zhao et al., 2016, 2017).

      地震事件的记录波形受到震源、传播路径和介质的衰减特性等影响较大,有着较强的区域性特征,快速准确地将核试验事件与天然地震事件区分是利用地震学方法核监测试验的关键问题. 识别非天然地震的有效判据很多,过去的几十年来P/S谱比值是研究最为深入的一个判别量,不同频段的P/S谱比值相结合、经传播路径校正或经震级和距离修正方法修正后,均可提高识别能力.

      统计国内外学者估算的朝鲜6次核试验当量结果,自2006年10月9日进行第一次核试验以来,核试验当量整体呈增大趋势,UNT4与UNT3相当或略小于UNT3,部分学者认为UNT6超过100 kt. 随着朝鲜核试验当量的增大,埋藏深度也在逐渐加深. 朝鲜核爆后地表并未产生明显的破坏,因此有学者认为朝鲜核爆的埋藏深度有可能远大于标准深度(Rougier et al., 2011谢小碧和赵连锋, 2018). 然而目前,在朝鲜核试验场还没有记录到已知当量的爆炸,该试验场还是一个未经标定的试验场,同时也缺乏实际的震源深度信息,利用已校准的试验场的震级—当量经验关系来估算朝鲜核事件的当量会存在不确定性. 另外,不了解试验场地质构造、地层结构情况也都会给埋藏深度和当量估计带来偏差.

      在收集整理了国内外学者近些年发表的研究成果的基础上,本文还利用VOSviewer软件进行了核试验相关文献计量学分析,结果表明,当量估算、震源深度以及核试验后的余震是近些年学者比较关注的研究方向,而震级、震相、振幅等则是核试验地震学普遍关心的问题. 对于国内核试验地震学领域,模式识别方向总体文献发表量较大,近期文献较少,而核试验定位、震源深度、震级测定和当量估算则是近些年国内学者关注的焦点.

    • 感谢中国地震局地球物理研究所孔韩东博士、刘森博士、鲁志楠研究生在数据收集以及绘图上提供的帮助. 感谢审稿专家和编辑提出的宝贵意见与建议.

参考文献 (49)

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