0 引言

1945年7月16日，美国在新墨西哥州的阿拉莫戈多进行第一次核试验。1996年10月，联合国大会通过《全面禁止核试验条约》(CTBT)。从印度总理贾瓦哈拉尔·尼赫鲁(Jawaharlal Nehru)提出“停火协议”，到《部分禁止核试验条约》(PTBT)，再到《核不扩散条约》，直至《全面禁止核试验条约》(CTBT，禁止任何人在任何地方进行所有核爆炸)通过，克服了重重阻力。

全面禁止核试验条约组织(CTBTO)下设国际监测系统(IMS)，作为核查监测的技术机构，该系统由位于89个国家利用4种手段进行监测(地震、水声、次声台站分别监测地下、海洋、大气层的波，放射性核素监测大气中是否存在可能从地下核爆炸中逸出的放射性颗粒或稀有气体)的337个台站设施(郝春月等，2007；王媛等，2016)组成。台站建成后需通过CTBTO核证，并向国际数据中心(IDC)传输数据，IDC利用数据处理软件进行自动处理(李健等，2016)。自1996年以来，核证台站不断增加。如今，IMS已有292个台站通过认证并整合到监测网中，数据将发送到位于维也纳CTBTO的国际数据中心。在地震台站、放射性核素、次声、水声、电磁脉冲等核爆炸检测手段中，地震台阵是发展最早、最成熟的手段。IMS包括50个主要地震台站和120个辅助地震台站，目前已有42个主要台站和107个辅助台站通过认证。

CTBT于1996年9月24日开始签字，目前已有184个国家签约，168个国家批约，朝鲜是尚未签署该条约的少数几个国家之一。据统计，朝鲜分别在2006年、2009年、2013年、2016年、2017年进行6次核试验，受到国际社会的一致谴责。全球各大地震台网(IRIS，GSN，GEOFON，ISC等)均提供了朝鲜6次地下核爆炸事件的地震目录，部分地震学家对以上核爆进行了相对定位、当量分析、震源特征分析、事件特征对比等地学研究(Zhang et al，2012；Zhao et al，2012；Gibbons et al，2012；Murphy et al，2013；郝春月等，2014；徐恒垒等，2017；Myers et al，2018)。对于IMS而言，记录朝鲜核试验并进行绝对定位以及数据分析只是核查机制的一个环节。核查机制包括以下元素：IMS、IDC、全球通信基础设施(GCI)、磋商和澄清、现场调查(OSI)、信任建立措施(郝春月，2016)。IMS记录并分析了以上6次试验的波形数据，且其放射性核素台站检测到2006年和2013年核试验的放射性粒子。随着核证台站不断增多，IMS对爆炸事件的检测能力逐渐增强。禁核试组织的专家们确信，IMS系统可以检测和识别地球上任何地点任何与军事有关的核试验。IMS监测6次朝鲜核试验的详细内容，将在下文进行详细阐述。

当前处于我国重点发展具有特殊目标的地震台网阶段，及时总结CTBTO的IMS系统的发展历程，对我国相关台网建设与发展具有重要的参考意义，总结以往核试验过程中的监测分析，也将对我国相关地震台网的核监测起到指导与促进作用。

1 第1次试验

朝鲜民主主义人民共和国(DPRK)于2006年10月9日宣布进行核试验，引起全球关注。联合国安理会强烈谴责，认为该行为是对国际和平与安全的明显威胁。CTBTO筹备委员会主席和执行秘书以及条约签署国对此次核试验表示密切关注，认为该事件违反了CTBT的文字和精神。

此次核爆事件发生后，经数据分析，确定了一个小于1 000 km²的潜在检查区域，见图 1中红色椭圆区。对于CTBTO及其正在建立的IMS，该事件代表了真实的检测案例。CTBT的核查机制旨在检查条约遵守情况，并在CTBT生效后监测全球核爆炸。尽管此次应对仅完成部分要求且以测试模式运行，但CTBT的核查机制证明，其能够满足所设定的需求。全球20多个IMS地震台站(包括位于南美的一个最远台站)均探测到该事件信号，且质量较高。事件发生后2小时之内，签署国首次接收到数据自动分析结果，其中包含事件的时间、地点和震级等初步信息。

维也纳国际数据中心(IDC)采用条约设想的时间线，加快地震数据分析，于2006年10月11日发布10月9日事件的详细信息，确认以上初步信息，并分发给签署国。

基于所谓波形技术(地震、水声和次声)的分析结果，可以确定现场勘查的可能区域。禁核试条约生效后，未来的执行理事会可以援引此项最终核查措施(即现场勘查)。根据该条约，现场勘查区域不得超过1 000 km²，而就2006年10月9日核爆事件而言，查明的潜在检查区域小于1 000 km²。

放射性核素台站用来监视大气中可能存在的地下核爆炸逸出的放射性颗粒或稀有气体，以提供核爆炸的最终证据。放射性稀有气体因其穿透性备受关注(穿透岩石层进入空中)，是井下完备的地下核爆炸的唯一证据。随着风的扩散，惰性气体将被配备相关技术的放射性核素台站记录下来。朝鲜宣布进行核爆炸时，计划中的40个放射性核素台站只有10个处于试验模式。而加拿大的黄刀核素站(距测试地点约7 500 km)，在主事件发生后第12天，发现了放射性惰性气体氙133的痕迹(氙是自然界中不存在的同位素)。应用大气传输模型回溯气体扩散途径，发现黄刀核素站的记录与DPRK的释放有关，证明此项技术在CTBT核查系统中具有重要作用。

2 第2次试验

2009年5月25日，DPRK声称已进行核试验。CTBTO筹备委员会执行秘书蒂博尔·特斯认为，朝鲜的行为严重违反了CTBT确立的规范，应该受到普遍谴责。

在朝鲜正式宣布测试之前，即2009年5月24日，禁核试组织向签署国发布了此次核试的第一批情报，包含事件的地点、大小、深度和时间，并在2 h和4 h内进一步更新。在5月26日CTBT签署国会议上，CTBTO筹备委员会向与会代表通报了信息分析的进展情况。IMS给出的初步参数为格林尼治标准时间00:54:43(当地时间09:54)，位置(41.2896°N，129.0480°E)，信号来源区域与2006年朝鲜核试验基本相同。该事件规模略高于2006年，震级为m_b 4.52，而2006年事件的震级为m_b 4.1。

核爆炸波形比标准爆炸复杂。专家表示，IMS记录的此次事件信号具有明确的爆炸特征，但同时包含一些地震特征。只有经IDC进一步分析，即使用同样记录该事件的16个辅助地震台站数据进行分析之后，才能确认该信号的性质，是人为还是地震。确定为人为事件，将进一步检测大气中是否有放射性颗粒或稀有气体(稀有气体是核爆炸的“烟枪”)。2006年事件记录了氙133的信息，当时有10个放射性核素台站记录，而2009年有22个(IMS完成后将有40个台站)，在中国、日本和俄罗斯的一些新核素站靠近朝鲜。应用大气传输模型(ATM)技术，放射性核素颗粒或稀有气体的三维传播路径将从监测站检测处返回可能的起源区域，反之亦然。但是，在随后的监测中，并未检测到2009年核爆试验的放射性核素信息。如果CTBT生效，则可以派遣现场勘查小组以核实调查结果，并将其提交给成员国，以宣布最终裁决。

只有CTBT生效才可进行现场勘查，但因为此次事件的最初数据分析足够精确，根据条约规则，可以要求进行现场勘查，而勘查面积不会超过1 000 km²。在可用地震数据分析的第一阶段，此次事件的震源区已缩小至860 km²(相当于柏林市大小，见图 3)，未来几天将进一步缩小。为提高现场勘查能力，CTBTO经常进行演练。2008年9月，在前苏联核试验场塞米巴拉金斯克举行了一次大型演习，即所谓的2008年综合野外演习，距此次事件时间最近。

在此次事件中，有23个地震台站接收到该信号，而2006年的事件有13个台站监测到爆炸信号；距离最近的IMS台站是俄罗斯的乌苏里斯克，距离最远的台站在美国得克萨斯州。自2006年朝鲜首次核试验以来，IMS监测网的地震台站已从89个增加到130个。总体而言，在国际监测系统的337处设施中，已有3/4或75%到位。

3 第3次试验

根据地震活动性也可以辅助判断事件的性质。朝鲜天然地震活动性较低，2005年以来发生的地震不多，地震分布见图 2。

CTBTO的IMS在2013年2月12日02:57:51(UTC)监测到DPRK发生异常地震事件，震级为4.9，地点位于前2次核试验场地附近(41.313°N；129.101°E)，定位误差在±8.1 km。IMS中有94个地震台站和2个次声台站记录到此次事件。当天晚些时候，朝鲜宣布已进行核试验。CTBTO执行秘书蒂博尔·托斯谴责朝鲜的行动是“对国际和平与安全的明显威胁”；联合国安理会成员描述为“严重违反安全理事会第1718(2006)、1874(2009)和2087(2013)号决议，并对国际和平与安全构成明显威胁”；几位政要在CTBTO的初步调查结果上发布推文，其中包括瑞典外交大臣卡尔·比尔特(Carl Bildt)和美国国务院负责军备控制、核查与履约的助理秘书罗斯·格特穆勒(Rose Gottemoeller)。

CTBTO在监测到DPRK人为爆炸事件55天后，在距试验场约1 000 km(即620 mi)的日本高崎放射性核素台站RN38(图 3)检测到惰性气体氙的2种放射性同位素，即氙131和氙133，俄罗斯乌苏里斯克的另一个核素站也监测到这2种放射性同位素，只是水平稍低。使用大气运输模型(ATM)，将DPRK测试点确定为可能的排放源(图 4)。所检测到的氙同位素比例与在检测前50天内发生的核裂变事件一致(核裂变可能发生在核爆炸和核能生产中)。这与朝鲜在2013年2月12日(即测量前55天)宣布的核试验相吻合。

2006年，22个IMS台站检测到朝鲜第1次核试验；2009年，61个IMS台站检测到朝鲜第2次核试验，2013年96个IMS台站检测到朝鲜第3次核试验。在2009年至2013年2月，CTBTO地震台站数量从130个增加到160个，使得CTBTO能够更精确地定位地震事件。据估计，2006年核试验的定位误差椭圆面积为880 km²，2009年误差椭圆面积缩小到265 km²，而2013年，CTBTO将朝鲜第3次核试验定位在181 km²范围内，见图 5。图中紫色、桔色和黄色星以及椭圆分别代表2006年、2009年和2013年事件的位置和误差椭圆。据悉，2013年，在CTBTO的337处监测设施中，已有85%以上投入运行。

4 第4次试验

2016年1月6日(UTC)，IMS自动检测确定了一次来自DPRK的异常地震事件。此次自动检测由27个主要地震台站(图 6，图 7)完成，其中距离最近的IMS台站是韩国原州主要台阵PS31和俄罗斯主要台阵乌苏里斯克PS37，距离最远的是玻利维亚拉巴斯的主要台阵PS06。初步分析显示，该事件发生在DPRK核试验场附近，波形特征与2013年2月12日朝鲜核试验事件相似，地震分析结果为人为爆炸，初始震级估计为4.9，后修订为4.85。此为2006年以来朝鲜第4次核爆事件。爆炸发生后，数据立即提供给会员国，1 h后给出首次自动分析结果，在之后的2 h和6 h内，CTBTO的分析师提供该事件的进一步分析结果，分析过程中将使用来自其他地震台站(包括辅助地震台站)的数据。

2016年1月7日，CTBTO发布经人工修订的事件公告(REB)，该事件清楚地确定为人为爆炸，一旦检测到空中有相应放射性粒子，则被归类为核爆炸。REB使用了来自77个地震台站的数据来研究该事件，其中74个台站记录用于确定位置，定位误差缩小到±9.1 km，误差椭圆面积缩小到214 km²，符合条约要求的现场勘查条件。

5 第5次试验

2016年9月9日00:30(UTC)，IMS自动检测到异常事件，并有25个地震台站参与定位，初步位置在朝鲜核试验场附近，与2016年1月6日核试验事件位置接近。该事件震级初步估计为5.0，略高于2016年1月6日事件，后修订为5.1，100多个站点参与此次数据分析。朝鲜国家通讯社宣布已成功进行第5次核试验。监测数据和第一次自动分析结果第一时间提交会员国，并在随后的禁核试组织筹备委员会会议上介绍了初步技术调查结果。文中给出由CTBTO台站哈萨克斯坦的塞米巴拉金斯克USRK台阵与韩国原州KSRS台阵记录的2016年2次事件波形，见图 8，可见2次事件记录波形相似。

临时技术秘书处(PTS)开发了一套工具，用于选定事件的特殊分析，其中基于互相关技术的工具，可以确定新事件相对主事件的位置。CTBTO利用该技术，确定9月9日事件位于1月6日事件发生地以东稍偏北0.46 km处(图 9)。

6 第6次试验 6.1 主事件

2017年9月3日(UTC)，IMS中100多个台站监测到DPRK发生了一次爆炸事件，判定为人为爆炸。首次自动检测时间为2017年9月3日03:30(UTC)，有36个地震台站参与事件定位，震级初步测定为5.8，后修订为6.1。该事件震级明显大于CTBTO的较早期爆炸事件，且地点相近，表明该事件发生在朝鲜核试验场地区，定位误差为±6.7 km，误差椭圆(红色)为109 km²(图 10)。记录数据和首次自动分析结果立即提交会员国，在事件发生后4 h和6 h内，IDC进行了更精细的自动处理，并经人为修订，于9月5日发布事件公告(REB)。分析发现，此次事件的震相特征与人为爆炸一致，一旦检测到空中存在相应的放射性粒子，则判定为核爆炸。

“修订事件公告”使用来自其他地震台站(包括辅助地震台站)的数据，包括41个主要地震台站和90个辅助地震台站的数据，且2个水声站和一个次声站也观测到该事件信号。

哈萨克斯坦阿克秋宾斯克IMS辅助台站AS59成功观测到朝鲜6次核试验事件，地震信号(按比例)波形对比见图 11。

执行秘书在与宣布核试验有关的筹备委员会第四十八届会议续会上讲话：“我谴责朝鲜民主主义人民共和国宣布的核试验，任何核爆炸试验都公然违反了已经建立的国际反对核试验的规范。我呼吁朝鲜民主主义人民共和国停止核试验，以尊敬《全面禁止核试验条约》的目的和宗旨，并通过谈判和平解决其争端。在过去的20年中，国际社会对《全面禁试条约》及其核查制度进行了巨大的政治和金融投资，我们应该保留这项投资及其成果，以使条约生效。任何对《条约》生效过程的延误都是对国际和平和安全的严重威胁。最近的核试验再次提醒人们，时间是关键”。

全面禁止核试验条约组织筹备委员会主席H. E. Paulina Maria Franceschi Navarro表示：“如果得到证实，它将是朝鲜民主主义人民共和国的第6次核试验。这是国际社会最关注的问题，必须被视为完全不能接受，因为它对国际和平与稳定构成了严重威胁。今天的事件更是全面禁止核试验条约应尽快生效的原因。呼吁所有国家尽一切努力实现这一目标。朝鲜宣布的核试验明显违反了联合国安理会的有关决议。呼吁朝鲜充分履行其国际义务。对于全面禁止核试验条约，183个国家签署了条约，166个国家批准了《全面禁试条约》。国际社会坚决主张应禁止核试验。我也要祝贺禁核试组织及其工作人员在建立和维护条约组织方面的工作。它再次证明了其在提供必要数据和数据方面的有效性。”

安全理事会副秘书长杰弗里·费尔特曼向安全理事会致辞：“在其官方新闻社2017年9月3日的声明中，民主党大韩民国(朝鲜)宣布已成功进行第6次核试验爆炸测试。朝鲜将这次事件描述为‘氢弹测试取得了圆满成功’”。CTBTO的数据表明，该事件震级约为6.0，联合国会员国政府给出的震级高达6.3，可见此次核试验当量高于朝鲜以往任何核试验，专家估计爆炸当量应在(50—100)×10³ t。

6.2 第2次事件

2017年9月3日03:38(UTC)，在主事件之后8.5 min，IDC自动处理检测到第2次事件的发生。2次事件位置大致相同，使用互相关分析，发现第2次事件震级小2.0。经判断，认为非爆炸事件。根据IMS监测网记录，2017年9月3日至2018年4月27日，在朝鲜核试验场附近发生30多次较小余震(图 12)。大量证据表明，9月3日记录的第2个事件信号(约在主事件后8 min发生)，波形特征与空洞塌陷一致。

据2018年4月27日的更新资料，采用大气迁移模拟系统，对放射性粒子的释放和羽流扩散进行模拟，结果显示，未在测试或余震中检测到放射性粒子(图 13，图 14)。

7 讨论与结论

对于朝鲜6次核试验事件，IMS给定的震级分别为4.1、4.52、4.9、4.82、5.09、6.1，检测台站数从2006年的22个上升到2017年的125个(由于朝鲜进行的是地下核试验，检测台站主要是地震台站)，定位误差椭圆面积从2006年的880 km²降低到2017年的110 km²，(降低87.5%)，且2006年和2013年分别监测到放射性粒子(表 1)。

自1996年以来，90%的IMS台站已经核证。IMS对6次事件的检测和分析处理，验证了该监测系统的可靠与技术能力，同时证明了其设计价值，即接收和审查特定事件的数据，并向签署国提供高质量信息，使其能够自行做出判断。CTBTO致力于所有台站的核证工作，目前仍有一些国家未签约，一些台站尚处于计划建设状态。虽然台站建设受到各国政策的影响，但是科学研究以及地震学和地球物理学在IMS的技术应用却没有停止。利用互相关方法测定特殊事件的相对位置，是地震学家近年的一个研究方向。IMS应用该方法测定了2016年2次特殊事件的相对位置，并于第5次特殊事件的技术报告予以应用。非天然地震事件判别一直是特殊事件监测的重要技术手段，第6次事件后8 min出现的事件，被专家认定为此次事件导致的矿塌，并于IMS向成员国提供的技术报告中予以指出，可见任何对特殊事件监测有益的地震和地球物理方法，均可以借鉴并应用。

8 结束语

现有技术的继续应用以及持续的科学研究成果，将会对今后的IMS技术报告产生重要影响，并推动以现有台站为基础的监测手段，还原特殊事件性质及其实际发生的有效指标，为CTBTO的宗旨服务，以达到IMS的建设目的。

文中图片均引自https://www.ctbto.org/，在此表示感谢。