CC BY
5УДК 550:34 Берёзина А.В. 1, Соколова И.Н. 2
Институт сейсмологии НАН КР, г. Бишкек, Кыргызстан 2Институт геофизических исследований Министерства энергетики, Республика Казахстан
ЯДЕРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ НА ПОЛИГОНЕ ПУНГЕРИ ПО ДАННЫМ СЕТИ
МОНИТОРИНГА KNET
Аннотация. В 2018 году официально был закрыт Северокорейский испытательный ядерный полигон Пунгери. За период его функционирования было проведено шесть ядерных испытаний: 09.10.2006, 25.05.2009, 12.02.2013, 06.01.2016, 09.09.2016 и 03.09.2017. Все они были успешно зарегистрированы сейсмической сетью KNET, расположенной в Кыргызстане. В статье приводятся динамические и кинематические характеристики взрывов по данным сети KNET.
Ключевые слова: взрыв, испытательный полигон, станция, сеть, сейсмический шум, магнитуда.
KNET МОНИТОРИНГ ТYЙYНYНYН МААЛЫМАТТАРЫ БОЮНЧА ПУНГЕРИ ПОЛИГОНУНДАГЫ ЯДРОЛУК СЫНООЛОР
Кыскача мазмуну. 2018-жылы Пунгери ТYндYк Кореянын сыноочу ядролук полигону расмий турде жабылган. Ал иштеп турган мезгил ичинде алты ядролук сыноо жYргYЗYлгeн: 09.10.2006, 25.05.2009, 12.02.2013, 06.01.2016, 09.09.2016 жана 03.09.2017. Алардын бардыгы Кыргызстанда жайгашкан KNET сейсмикалык туйуну тарабынан ийгиликтуу каттоодон eткeрYлгeн. Макалада KNET TYЙYHYHYH маалыматтары боюнча жарылуулардын динамикалык жана кинематикалык мYнeздeмeлeрY келтирилген.
Негизги сездер: жарылуу, сыноо полигону, станция, TYЙYH, сейсмикалык чуу, магнитуда.
NUCLEAR TESTS AT THE PUNGGYE-RI TEST SITE ACCORDING TO THE
KNET NETWORK DATA
Abstract. In 2018, the North Korea nuclear test site Punggye-Ri was closed officially. During the period of its operation, six nuclear tests were conducted: 09.10.2006, 25.05.2009, 12.02.2013, 06.01.2016, 09.09.2016 and 03.09.2017. All of them were successfully registered by the KNET seismic network located in the Kyrgyzstan. The dynamic and kinematic characteristics of these explosions according to the KNET data are presented in the paper.
Keywords: explosion, test site, station, network, seismic noise, magnitude.
В сентябре 1991 года на территории Кыргызстана и Казахстана была установлена современная, цифровая, телеметрическая сеть сейсмических станций KNET [1]. В настоящее время, в её состав входят 10 станций, передающих данные в режиме реального времени в Институт сейсмологии НАН КР и Научную станцию РАН (таблица 1, рисунок 1).
Сейсмические станции укомплектованы трёхкомпонентными широкополосными сейсмометрами STS2 и дигитайзерами REFTEK-72 A [1]. Частота оцифровки составляет 40 Гц для каналов BHZ, BHE, BHN, 100 Гц для каналов HHZ, HHE, HHN и 1 Гц для каналов LHZ, LHE, LHN На рисунке 2 представлена АЧХ приборов.
Данные сейсмической сети ККБТ используются региональными и международными сейсмологическими центрами для составления бюллетеней сейсмических событий различной природы, научных исследований. За продолжительный период своего существования, почти 30 лет, сейсмическая сеть KNET зарегистрировала ядерные испытания региональных и телесейсмических расстояниях на полигонах: Невада (США), Муруроа и Фангатауфа (Франция), Лобнор (Китай), Похаран (Индия), Чагай (Пакистан) и Пунгери (Северная Корея).
Северокорейский ядерный испытательный полигон Пунгери расположен на телесейсмических расстояниях от сети станций ККБТ, диапазон расстояний составил 4302-4513 км, диапазон азимутов на эпицентр 71.78-73.53° (рисунок 3).
72" 73' 74' 75" 76" 77"
Рисунок 1. Карта расположения сейсмических станций сети ККБТ.
Рисунок 2. Амплитудно-частотные характеристики сейсмических станций сети KNET.
70° 75" 80° 85" 90* 95* 100° 105' 110° 115* 120' 125' 130*
Рисунок 3. Расположение сейсмических станций KNET и ядерного испытания 3 сентября 2017 г. (Пунгери).
На эффективность регистрации сейсмических событий влияют много факторов: параметры сейсмической аппаратуры, условия установки станции, геологическое строение в районе расположения станции, наличие антропогенных помех, удалённость океанов и морей и др. На сейсмических станциях KNET установлена чувствительная, с минимальным уровнем аппаратурного шума аппаратура. Сами станции расположены вдали от океанов и антропогенных помех, на выходах коренных пород, в основном в штольнях. На рисунке 4 (а) представлены спектральные плотности сейсмического шума станций KNET в ночное время, они близки к нижнеуровневой модели Петерсона [2].
Однако, как показано в работе [3], на уровень сейсмического шума для станций, расположенных в районе Северного Тянь-Шаня существенно влияют стоячие волны, генерируемые оз. Иссык-Куль во время штормов. Такое влияние прослеживается на большой территории, вплоть до станции Каратау (Казахстан), расположенной на 400 км от озера. Станции KNET расположены в диапазоне расстояний от 15 км (ULHL) до 200 км (AML). На рисунке 4 представлены спектральные кривые сейсмического шума в дни, когда не было штормов на оз.Иссык-Куль и во время штормов. Видно, что для станции ULHL, влияние оз. Иссык-Куль наблюдается в любое время в виде пика в области от 0.7 -1.9 с. Во время штормов пик в диапазоне периодов 0.7-2.3 с возрастает для большинства станций сети.
На рисунке 5 представлены спектры записей Р-волны северокорейского ядерного испытания 1 января 2016 г., видно, что спектр взрыва ограничен частотами 0.8-2.2 Гц (0.45-1.25 с), что входит в область периодов штормовых микросейсм, генерируемых оз. Иссык-Куль. В связи с этим, сейсмический эффект северокорейских ядерных взрывов для станций KNET может быть снижен во время штормов на озере, и постоянно для станции ULHL, которая расположена близко к озеру. А для наилучшего выделения сигналов необходимо использовать узкополосную фильтрацию.
На рисунке 6 представлены сейсмограммы северокорейских ядерных испытаний по данным станций сети KNET за период времени 2006-2017 гг. На рисунке 6 (а) приведена сейсмограмма ядерного испытания 9 октября 2006 г. [4], видно, что данное событие было слабым, оно едва выделяется на уровне фона после фильтрации. Северокорейские ядерные испытания 2009-2016 гг. [5-7] хорошо визуализируются на записях сети KNET после фильтрации и можно выделить сейсмические фазы P, PP, PcP. На рисунке 6 (д) приведена сейсмограмма ядерного испытания 3 сентября 2017 г., на всех станциях хорошо выделяются сейсмические фазы P, PP, PcP, Lq и Lr.
Данные сети KNET были использованы различными сейсмологическими агентствами (ISC, USGS, ГС РАН, EMSC, КНЦД ИГИ РК) для определения параметров ядерных взрывов. Несмотря на телесейсмические расстояния от взрывов и расположение станций сети KNET в узком створе азимутов на источник (рисунок 3), а также отсутствие сейсмических групп в сети, в оперативном режиме была проведена локализация
сейсмического события 3 сентября 2017 г. Конечно при локализации точность была хуже, чем для глобальных сейсмических сетей (таблица 2), однако для оперативной оценки принадлежности полигону, времени в очаге и магнитуды события результат не плохой.
Z компонента
-90 -100 -110 -120 -130 -140 -150 -160 170 180 190
AAK AML CHM EKS2 KBK KZA - TKM2 UCH ULHL USP
_I.......
—1_|_|.......
—1_|_|.......
—1_|_|.......
—1_|_|_1—1_]
10-1 100 101 period (seconds)
станции KNET, шторм, Z компонента
(а)
-90 -100 -110 -120 -130 -140 -150 -160 -170 -180 -190
AAK AML CHM EKS2 KBK KZA - TKM2 UCH ULHL USP
_I.......
—1_|_|.......
—1_|_|.......
—1_|_|.......
—1_|_|_1—1_]
10-1
period (seconds)
(б)
Рисунок 4. Спектральные кривые сейсмического шума: (а) в дни, когда не было штормов на оз.Иссык-Куль; (б) во время шторма.
10
10
10
10
Рисунок 5. Спектры записей северокорейского ядерного испытания 1 января 2016 г.
(в)
Ш Н1 ш
■500т
♦ал™
КВК ВН7-
снм виг-изр оиг-
'«От
•Шт иен ВН£-
№Н1ЦММ|'
>
(г)
(д)
(е)
Рисунок 6. Сейсмограммы северокорейских ядерных испытаний по данным станций сети KNET, Z-компонента: (а) - 9 октября 2006 г.; (б) - 25 мая 2009 г.; (в) - 12 февраля 2013 г.; (г) - 6 января 2016 г.; (д) - 9 сентября 2016 г., фильтр 1.25 Гц; - 3 сентября 2017 г., без фильтра.
Таблица 2. Параметры северокорейского ядерного испытания 3 сентября 2017 г. по
данным различных сетей мониторинга.
Дата Время в очаге Широта Долгота mb Ms ML N станций Автор решения
2017/09/03 03:29:59 41.3000 129.1000 6.3 28 ГС РАН
2017/09/03 03:30:01.1 41.3205 129.0349 6.1 4.9 5.2 189 IDC
2017/09/03 03:30:01.8 41.332 129.030 6.3 5.1 323 USGS
2017/09/03 03:30:03.4 41.3400 129.0700 5.7 30 GFZ
2017/09/03 03:29.59.5 41.0225 129.4348 6.0 7 KNET
На рисунке 7 приведены сейсмограммы 6 северокорейских ядерных испытаний, зарегистрированные станцией AAK, нормированные по максимальной амплитуде трассы, а также в реальном масштабе. Видно, что сейсмограммы всех взрывов похожи по форме записи, однако сильно различаются по амплитудам.
(а)
(б)
Рисунок 7. Сейсмограммы северокорейских ядерных испытаний по данным станции ЛЛК (трассы записей сверху-вниз: 9 октября 2006 г., 25 мая 2009 г., 12 февраля 2013
г, 6 января 2016, 9 сентября 2016 г., 3 сентября 2017 г. Z-компонента, фильтр 1.25 Гц: (а) нормирование по максимуму трассы; (б) реальный масштаб.
В связи с этим были замерены амплитуды и периоды для всех записей взрывов, зарегистрированных станциями ККЕТ, и рассчитаны магнитуды шЬ. В таблице 3 приведены результаты замеров магнитуд по каждой станции, а также разница станционных магнитуд с магнитудой каталога КЕ1С (ИБОВ) и средней магнитудой по сети ККЕТ.
Все магнитуды по станциям ККЕТ занижают значения по отношению к ЫЕГС (ИБОБ), это может быть связано с несколькими фактами (фильтрацией фильтром СКМ для замеров амплитуд, станционные условия, затухание амплитуд на трассе Пунгери-станция). На рисунке 8 представлены магнитуды тЬ северокорейских ядерных испытаний по данным станций ККЕТ. В таблице 4 приведены магнитуды шЬ по сети ККЕТ и данные Геологической службы США, магнитуды шЬ по сети ККЕТ занижают по отношению к ИБОБ в среднем на 0.5.
Таблица 3. Магнитуды северокорейских ПЯВ по данным станций сети KNET.
Время в тЬюзоя ШЬКШТ Время в шЬинов шЬкКЕТ-
очаге Станция А шЬст - шЬст -шЬст очаге Станция А шЬст - шЬст шЬст
2006-10-09 2016-01-06
01:35:28.0 ААК 4433 3.62 0.68 0.06 01:30:01.5 ААК 4429 4.67 0.43 -0.15
2006-10-09 2016-01-06
01:35:28.0 АМЬ 4513 3.68 0.62 0.00 01:30:01.5 АМЬ 4509 4.7 0.40 -0.18
2006-10-09 2016-01-06
01:35:28.0 СНМ 4401 3.81 0.49 -0.13 01:30:01.5 СНМ 4397 4.41 0.69 0.11
2006-10-09 2016-01-06
01:35:28.0 ЕКБ2 4488 3.56 0.74 0.12 01:30:01.5 КВК 4393 4.73 0.37 -0.21
2006-10-09 2016-01-06
01:35:28.0 КВК 4397 3.66 0.64 0.02 01:30:01.5 ИСН 4441 4.4 0.70 0.12
2006-10-09 2016-01-06
01:35:28.0 К2А 4393 3.96 0.34 -0.28 01:30:01.5 ИЬНЬ 4305 4.65 0.45 -0.13
2006-10-09 2016-01-06
01:35:28.0 ТКМ2 4338 3.73 0.57 -0.05 01:30:01.5 ШР 4408 4.38 0.72 0.14
2006-10-09 2016-09-09
01:35:28.0 ИСН 4445 3.35 0.95 0.33 00:30:01.4 ААК 4432 4.89 0.41 -0.17
2006-10-09 2016-09-09
01:35:28.0 ИЬНЬ 4309 3.81 0.49 -0.13 00:30:01.4 АМЬ 4512 4.93 0.37 -0.21
2006-10-09 2016-09-09
01:35:28.0 ШР 4412 3.6 0.70 0.08 00:30:01.4 СНМ 4400 4.65 0.65 0.07
2009-05-25 2016-09-09
00:54:43.1 ААК 4428 4.42 0.28 -0.06 00:30:01.4 ЕКБ2 4487 4.55 0.75 0.17
2009-05-25 2016-09-09
00:54:43.1 АМЬ 4508 4.27 0.43 0.09 00:30:01.4 КВК 4396 5.01 0.29 -0.29
2009-05-25 2016-09-09
00:54:43.1 СНМ 4397 4.28 0.42 0.08 00:30:01.4 ТКМ2 4337 4.68 0.62 0.04
2009-05-25 2016-09-09
00:54:43.1 ЕКБ2 4483 4.25 0.45 0.11 00:30:01.4 ИСН 4444 4.55 0.75 0.17
2009-05-25 2016-09-09
00:54:43.1 КВК 4392 4.49 0.21 -0.13 00:30:01.4 ИЬНЬ 4308 4.45 0.85 0.27
2009-05-25 2016-09-09
00:54:43.1 К2А 4388 4.4 0.30 -0.04 00:30:01.4 ШР 4411 4.74 0.56 -0.02
2009-05-25 2017-09-03
00:54:43.1 ТКМ2 4333 4.44 0.26 -0.08 03:30:01.8 АМЬ 4506 5.98 0.32 -0.09
2009-05-25 2017-09-03
00:54:43.1 ИСН 4441 4.28 0.42 0.08 03:30:01.8 ААК 4427 6.09 0.21 -0.20
2009-05-25 2017-09-03
00:54:43.1 ИЬНЬ 4304 4.62 0.08 -0.26 03:30:01.8 ИЬНЬ 4303 5.83 0.47 0.06
2009-05-25 2017-09-03
00:54:43.1 ШР 4408 4.19 0.51 0.17 03:30:01.8 ТКМ2 4331 5.63 0.67 0.26
2013-02-12 2017-09-03
02:57:51.5 ААК 4426 4.8 0.30 -0.12 03:30:01.8 КВК 4391 6.16 0.14 -0.27
2013-02-12 02:57:51.5 AML 4506 4.8 0.30 -0.12 2017-09-03 03:30:01.8 енм 4395 6.1 0.20 -0.21
2013-02-12 02:57:51.5 CHM 4394 4.58 0.52 0.10 2017-09-03 03:30:01.8 ИБР 4406 5.78 0.52 0.11
2013-02-12 02:57:51.5 EKS2 4481 4.43 0.67 0.25 2017-09-03 03:30:01.8 иен 4439 5.6 0.70 0.29
2013-02-12 02:57:51.5 KBK 4390 4.92 0.18 -0.24 2017-09-03 03:30:01.8 ЕКБ2 4482 5.87 0.43 0.02
2013-02-12 02:57:51.5 КЗД 4385 4.78 0.32 -0.10
2013-02-12 02:57:51.5 ТКМ2 4331 4.78 0.32 -0.10
2013-02-12 02:57:51.5 иен 4438 4.52 0.58 0.16
2013-02-12 02:57:51.5 ULHL 4302 4.51 0.59 0.17
2013-02-12 02:57:51.5 ИSP 4405 4.65 0.45 0.03
тЬ
6,5 6,05,55,0 4,5 4,03,53,0
<4
I
2006
2008
2010
2012
2014
■ ААК
• АМ1_
▲ СНМ
▼ БКЭ2
■ ♦ КВК
: 4 К2А
* ТКМ2
9 исн
★ Ш_Н1_
• иэр
годы
2016
2018
Рисунок 8. Магнитуды mb северокорейских ядерных испытаний по данным станций KNET.
Таблица 4. Магнитуды шЬ северокорейских ядерных испытаний по данным сети
КЖЕТ и Ш08.
Дата испытания тЬ (ИБОБ) тЬ (К№Т) тЬ (ибоб) -тЬ(кшт)
2006-10-09 4.3 3.7 0.6
2009-05-25 4.7 4.4 0.3
2013-02-12 5.1 4.7 0.4
2016-01-06 5.1 4.5 0.6
2016-09-09 5.3 4.7 0.6
2017-09-03 6.3 5.9 0.4
Заключение
1. Все 6 северокорейских ядерных испытания 2006-2017 гг. были успешно зарегистрированы сетью KNET на телесейсмических расстояниях.
2. Магнитуды mb по сети KNET занижают по отношению к mb каталога NEIC USGS в среднем на 0.5.
3. Необходимо провести работу по выявлению азимутальных магнитудных поправок для станций сети KNET с целью улучшения качества каталогов сейсмических событий Кыргызстана и Центральной Азии.
Литература
1. Vernon F. Kyrghizstan seismic telemetry network. IRIS Newslett. 1992, Vol. 11, № 1, p. 7-9.
2. Peterson J., Observation and Modeling of Seismic Background Noise. Open-File Report 93-322, Albuquerque, New Mexico, 1993 year, 42 pp.
3. Соколова И.Н., Михайлова Н.Н. О характеристиках сейсмического шума на периодах, близких к 1.7 с, по данным станций Северного Тянь-Шаня // Вестник НЯЦ РК. Выпуск 1. 2008 г. С. 48-53.
4. Михайлова Н.Н., Соколова И.Н. Северокорейское ядерное испытание 9 октября 2006 г. по данным Казахстанской и глобальной систем мониторинга. // Вестник НЯЦ РК. Выпуск 1. 2008 г.С.17-26.
5. Михайлова Н.Н. Северокорейское ядерное испытание 25 мая 2009 г. по данным казахстанской системы мониторинга // Вестник НЯЦ РК. - 2009. - Вып. 3. С. 17-21.
6. Соколова И.Н., Михайлова Н.Н. О сейсмическом событии 6 января 2016 года в районе Северной Кореи // Вестник АО КАЗНИИСА. Наука. 2016. N 3. С.30-39.
7. Узбеков Р.Б., Сейнасинов Н.А. Ядерное испытание в Северной Корее в 2016 году// Вестник НЯЦ РК. Выпуск 4. декабрь 2016г. С.85-92.
Рецензент: канд. физ.-мат. наук Фролова А.Г.
