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国际社会已认识到停止一切核武器试验和一切其它核爆炸,可限制核武器的发展和质量改进,并可遏止新型先进核武器的发展,从而构成核裁军和全面不扩散的一项有效措施;同时还注意到,有意见认为《全面禁止核试验条约》(即CTBT)条约可促进对环境的保护。现场视察(OSI)是《全面禁止核试验条约》(CTBT)的重要组成部分,是对任何缔约国是否违反条约进行了核爆炸这一事实进行检查的国际性活动。由于其对被视察缔约国的强入侵性和技术上的复杂性,因而也是CTBT中最具挑战性的问题之一。现场视察作为维护条约的有效性和权威性,是随着CTBT的签署和即将生效,显得极为迫切和重要。然而,条约中启动现场视察的随意性很大,主要表现在申请国所能提供的技术资料来源广泛,且绝大多数资料的分析和解释具有多解性,其结果带有很大的可能性和推测性,因此,不排除缔约国中可能对资料的误判,随意启动对我国进行现场视察。同时,由于现场视察既是最终、最有效的核查手段,也是最易侵犯国家主权和安全的行径。因此,开展现场视察的对策研究,其中包括澄清以及限制准入区的划分等,既是条约赋予各缔约国的权利,也是维护国家主权和利益的需要。
在过去的二十年里,笔者有幸加入我国的核试验队伍,一直从事地下核试验地质及核爆炸效应的研究工作,参加传统方式地下核试验近×××次,从而对该方面有了一定深度的认识。尤其是自1996年以来,按照总装备部赋予我部的任务,笔者参加了我国禁核试核查技术研究、我国针对联合国禁核试核查技术秘书处组织的现场视察操作手册制定的提案及其对案研究,以及现场视察技术在我国核试验场应用的研究成果——各种技术的有效性以及我国的承受能力,已为操作手册我国前方谈判组提供了强有力的技术支持;各种提案和对案的研究成果,已在初步完成的操作手册中得到体现,体现了我国的关切,维护了我国家利益。根据导师的指导和本单位的科研试验任务,结合自己多年的工作经验,按照所学的专业领域,笔者选择了博士论文的研究课题《现场视察技术对策及保护措施研究》。本课题研究的重点是在我国核试验场地质条件基础上,从CTBT规定的现场视察技术方法入手,研究我国地下核爆炸地质效应及其特征,了解“家底”,同时,研究OSI技术方法在我场区实施的有效性以及可能给出的各种数据、图像和资料,从技术方面进行澄清,对可能获取我试验场军事机密的探测技术和方法开展研究,并通过条约赋予被查国的权利以及其他保护措施加以限制。经研究,主要在以下7个方面取得新进展:
(1)研究表明,试验场地质条件不仅决定地下核爆炸效应的生成类型及其特征,而且决定试验工程的方式和地面布局。场区地质条件主要包括岩性及其产状、岩石结构和矿物组成、化学成分和物理力学性质、地下水及其赋存条件、场区所处大地构造位置、区内断裂构造发育规律等,本文对此作了现场研究和实验测试、分析,为现场视察提供了必须的基础地质资料。
(2)与世界上有核国家相比,我国在硬岩介质中进行的地下核爆炸,其地质效应类型及其特征有较大的不同,如美国的试验场介质为软岩,零后则形成地面“弹坑”。通过核爆后现场调查、测量和地球物理探测,获得了近10种地下核爆炸效应图像、数据和资料。主要包括地下核爆炸空腔的埋深、形状和几何尺寸、空腔内物质随时间变化的电性特征及地质解释;地表放射性泄漏机理、泄漏放射性核素种类、泄漏量率及污染范围;地表地质破坏形式、破坏区域和特征;核试验工程遗留的铁磁性物质以及核爆炸对岩体的破坏造成的地表磁异常;核爆后短期内地表热异常的存在、异常幅度、范围及持续时间等。
(3)在现场调查和地球物理勘探基础上,通过理论分析,建立了我国场区地下核爆炸地质效应模型,并将与现场视察有关的核爆炸效应划分了三种类型:一是短期效应,持续时间大于一个月。包括余震、泄漏放射性氙气体等。二是中期效应,持续时间大于六个月。包括地表剥裂引起的地面变化、半衰期为35天的37Ar和地下水位的变化等。三是长期效应,持续时间大于一年。包括空腔及烟囱、地下放射性残留物以及地下水污染等。
(4)根据OSI技术方法,本文列举了目前世界上流行的仪器设备、生产厂家、型号、主要功能及技术指标,结合我国使用这些技术进行实际探测的效果和成果,逐一分析了各技术方法在我国场区的适用性和有效性。分析认为,在核爆后一个月内有效的技术方法包括:在大面积搜索阶段,针对地面变化而开展的地表和空中宏观视察技术,用于检测地表放射性泄漏气体的车载γ搜索技术及核爆炸余震监测技术等;在爆区、爆心定位阶段主要有,地表红外测温技术、磁场测绘、透地雷达测量、瞬变电磁法探测空腔技术、非放射性气体探测技术等;在取证阶段,γ测井技术、钻探取样及放射性核素分析技术等。而有效性差的技术方法有,重力场测绘,主动地震探测空腔技术与爆区电导率测量技术等。
(5)在对我国地下核试验场区的地质条件、核爆炸效应及OSI技术方法在我场区的适用性和有效性研究的基础上,近年来随着联合国军控核查现场视察操作手册的制定,同步开展了操作手册对策研究。
(6)研究表明,我国地下核爆炸零后效应是显著的,然而绝大部分效应随时间的变化是明显的。同一效应不同时期不仅具有理论上可分析的依据,而且具有实践上可探测的客观数据,这一特征为现场视察中的澄清提供了科学依据。本文分别给出了试验区地表破坏及工程痕迹、核爆区不同时期地物色调(地表景观)的变化、由天然地震(非核试验)造成的地表破坏、试验区地表放射性异常、地表温度异常、重力异常、地下核爆炸空腔的存在等7种效应随时间变化的区分依据。如新老爆点核爆空腔的区分依据是,在我国及相似我国竖井核试验场地质条件下,核爆后较短时间内(如×××个月),核爆空腔未充水之前,空腔内充填空隙度大且温度较高的顶部坍塌碎石块,此核爆空腔相对周围自然介质在几何形态和电性方面呈类球体高阻异常;核爆后较长时间(大于×××个月),地下水回归并充填在由松散碎石块杂乱堆积构成的大空隙空腔内,充水之后的空腔,其电性特征表现出明显的低阻异常。
(7)在现场视察期间,本文分类提出了我场区应保护的对象和保护措施。