1. 震相

地震、爆炸，波组不同

震相指地震图上不同类型、传播路径不同的地震波组。震相判断是简单而直接的方法，是地震学的基本功，地震学家研究每一个地震时，首先会根据震相进行初步判断。天然地震的常见震相有纵波（P）、横波（S）和面波，大多数天然地震的P波振幅

图1 天然地震的常见震相有纵波（P）、横波（S）和面波（图为瑞利波R），它们的速度不同。地震波传播有点像运动员赛跑，一开始所有运动员差距不大，这时还不容易区分谁是“冠军博尔特”，不久之后，跑得快的就会冲到前排，且距离越拉越大，这下就容易区分了。地震学家在分析震相的时候，不喜欢一个一个分析地震波，他们喜欢把很多地震台的数据，按照震中距排列起来，让地震波“跑起来”以区分震相。图为美国地震台阵（USArray）接收到的日本Mw9.0地震波序列，可以看出P波振幅

图2 北京时间2006年10月9日9点35分，朝鲜在其境内（41.294°N，129.093°E）进行当量小于1000吨的地下核试验，产生了约4级的地震。即使这些地震波到达北京时，振幅已经小到只有几十纳米，但利用地震台网技术，仍可以检测出核试验产生的～7.5km/s的P波和～3.5km/s的Lg波。

图3 图中红色波形是中国在90年代进行的地下核爆炸产生的地震波，其记录特征是“大头小尾”，P波强于S波，Lg波发育。蓝色的是6.3级天然地震产生的地震波，它的特征是“小头大尾”。利用记录到的地震波的特点，基本可以区分地下核爆炸和天然地震。（图片来源于：陈颙等.2007.《自然灾害》）

2. P波初动

压缩、膨胀，方向不同

初动指的是地震波到达地震仪时，所测质点的最初的振动方向，初动分为向外的压缩（compression）和向内的膨胀（extension）两种。地下核爆炸和天然地震的本质区别在于它们的震源特性不同。大多数天然地震是地下岩石破裂、滑动所引起的，破裂面很大，持续时间较长，表现在地震波上，是不同方位的地震台接收到的P波初动不一致，有的是压缩，有的是膨胀（图4）。而地下核爆炸的震源过程要简单和短得多，球对称压缩（各个方向都向外压缩），使所有地震台接收到的地震波初动都是压缩的。利用地震波初动信息，就可以反过来求出震源机制解，推测出地震是正断层、逆断层、滑移断层还是人工爆炸引起的。

图4 地震学通常利用“沙滩球”来表示地震的震源机制。图上的“沙滩球”表示有的地震台的初动是压缩，有的是膨胀，其震源是一条逆冲断层，断层面的走向约为195度，倾角约为14度，和俯冲的板块性质相一致。

3. 震源深度

超过10KM无需考虑

地震波的快速定位已经不是难题，美国地质调查局测定这次日本大地震的震源深度为地下32km，中国地震台网测定的震源深度为20km，这就意味着，如果是核爆炸，就要将核装置埋在地下几十千米处，那是不可能的。要知道，在大陆上最深的钻井也不过12km，何况是在海底？《全面禁止核试验条约》议定书在筛选核试验数据时，一般也认为：震源深度大于10km的将不予考虑。

4. 地震能量

几十亿吨TNT

1万吨当量TNT的核爆炸，能量相当于5级地震；100万吨当量TNT的核爆炸，能量相当于6点几级地震。1974年之后进行的地下核试验当量都不超过15万吨。这次日本大地震震级为Mw9.0，根据能量公式LgE=4.8+1.5Mw，估算地震释放的能量约为2×1018焦耳，相当于几十亿吨当量的TNT。原子弹的威力通常为几百至几万吨TNT当量，氢弹的威力可大至几千万吨TNT当量。但要制造几十亿吨TNT当量的核弹，目前还是很难的。

《全面禁止核试验条约》议定书列出了用于筛选核试验事件的参数：事件位置、事件深度、面波震级与体波震级的比值，信号频率成分、震相间的谱比、频谱涨落、P波的初动、震源机制、震相、与其他事件及事件组的对比等。此外，还可以结合次声、水声、放射性核素监测等其他领域的方法，综合判断一个地震是否核试验引起的。

图5 1945～2009年世界各国进行核试验的时间、类型和次数。（图片来源于CTBTO）

那么，有没有可能是有人制造了一次地下核试验，然后很不巧的，这次核试验引发了一场小规模地震，并进而诱发了超级强震呢？我们前面已经说过，监测爆炸事件特别是核试验是地震台网的重要职责，只要地下核试验达到一定当量，就能被监测到。但迄今为止，联合国全面禁止核试验条约组织（ CTBTO ），包括中国地震台网在内的各大监测机构都未见发布日本地下核试验消息。和水库诱发天然地震一样，核试验可以诱发小地震，但至于利用核试验诱发大地震的可能性，因为研究样本太少，研究也少，地震学界还没有统一的认识。

结论： 通过地震学的方法可以判断一个地震是否是由核试验引起的。迄今为止，联合国全面禁止核试验条约组织（CTBTO），包括中国地震台网在内的各大监测机构都未见发布日本地下核试验消息。“日本Mw9.0大地震是日本人进行海底核试验”的猜测并不成立。