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探索首次地下核爆炸形成的“烟囱”

从北京到新疆的核试验基地的路程很长。我们在北京先是乘坐客货专列火车，整个专列由硬卧车厢、装仪器的货车和装汽车的平板车厢组成。乘坐专列的是去核试验基地工作的不同单位的工作人员。专列在沿途的兵站吃饭和上水，我记得曾在大同兵站、临河兵站、银川兵站、武威兵站，柳园兵站、哈密兵站等逗留。我们的终点站是大河沿（吐鲁番火车站）。然后转乘汽车翻越天山，早晨出发，下午经过库米什和乌什塔拉村，黄昏时路过博斯腾湖，晚上到达马兰招待所，大约是一天的时间，当时马兰招待所是进出核试验基地的中转站。从马兰出发，在寸草不生的戈壁滩上前行，中午在甘草泉兵站吃饭，然后继续前行，大约是晚上了，才到达地下核试验基地。8-10个人住一顶布帐篷，吃喝用水是运水车从远处运来的淡水，而其他用水则是运水车从较近运来的咸水。吃饭是在部队的炊事班就餐。

我参加这次地下核试验的地震观测任务是探测爆炸后“烟囱”的形成过程。由于爆炸是在密闭于地下的弹室中进行的，爆心的岩石将被熔化并形成空腔，上层的破碎岩石掉落、坍塌，形成所谓的“烟囱”，如果“烟囱”的开展不停止，就有可能“冒顶”，造成放射性物质严重泄漏，大范围放射性污染意味着试验失败。另外，爆后要对爆心和主坑道进行开挖，这样就需要预先准确判断空腔位置。

用地震方法监视爆后空腔坍塌过程是国防科委1965年下达给中国科研实验室地球物理研究所执行21-91任务之一。当时许绍燮提出了用地震法测量空腔及“烟囱”的设想。该设想是在爆心投影点周围方圆1-2km的范围内布设4-5个台，假设场地介质均匀，第一时间利用中线法求出震中，然后再利用作图法求取震源深度。顺利获得爆后一段时间的陆续在观测，随时监视“烟囱”的形成过程，最后估算出坍塌基本结束的时间。经过现场实际踏勘和与国防科委的21研究所反复讨论，作为一项探索性工作，以“用地震法探测‘烟囱’形成过程的课题”列入任务书。

现场共布设了7个观测点，其中爆心投影点附近的3个观测点的信号是采用无线传输方式，其它各测点的信号采用长线传输。记录站设在距爆心8.5km处的主控站。在各观测点安装拾振器的水泥墩、传输电缆线的埋设、进行记录的地下工事等，均由施工的部队按要求实施。爆心投影点的观察点位于山顶上，距爆心相对高度500多米。由于山高路险，去山顶调试拾振器和无线传输的发射部分，每次往返需要几个小时。

1969年6月23日0时15分，成功地进行了我国首次地下核爆炸。我们在距爆心8.5km的主控站，明显感觉到大地的晃动，然后就是听到的欢呼声。

在爆炸后4秒开始记录，陆续在记录了二十四小时。得到结果如下：

1.爆后22.2秒发生第一次坍塌，此即“烟囱”形成过程的最初时刻，爆后56分钟坍塌基本平静，即“烟囱”基本形成。

2.根据判读结果，还给出了“烟囱”形成过程中，坍塌频度和坍塌能量的分配。坍塌频度最高时期集中在22.2秒-7分钟这段时段内，其坍塌次数约占全部坍塌次数的90%。坍塌能量亦相对集中在与频度高峰相同的时间内。这段时间内坍塌能量约占坍塌总能量的85%。

3. “烟囱”是形成了，但没有冒顶。

顺利获得对我国首次地下核试验的爆后观测可以看出，利用地震法探测“烟囱”的形成是一项有意义的探索。

在1969年地下核爆炸之前，中国科研实验室地球物理研究所就去新疆的现场做了大量的前期准备工作，其中测量地震波速度就是其中最主要的一项工作。参与人员包括熊绍柏、郝维城、尹周勋、任九如、胡鸿翔、方英池、廖彦平等。正是因为大家大量细致有效的前期工作，后来的地下核爆炸地震观测才能够顺利成功地完成。