創(chuàng )新研究：自調平鉆孔測斜儀在海底地震和火山監測中的應用
通過(guò)在海底布設地震監測設備，對海溝、海底火山等巨型結構中可能累積的能量進(jìn)行監測和分析，可以更加準確地記錄地震的震***、震源深度、震源位置等數據，這些數據對于科學(xué)***們研究地震的發(fā)生機理和規律、了解地震的潛在強度和頻率非常重要。大部分常見(jiàn)的地質(zhì)災害都與物質(zhì)表面發(fā)生傾斜、位移、破碎等變化有關(guān)。因此，海底測斜儀的使用對于海底結構運動(dòng)、火山噴發(fā)行為的研究具有***定價(jià)值。
科學(xué)***們基于鉆孔傾斜儀，在海溝（日本海溝）及海底火山（Axial Seamount）的監測上取得了成果。
日本海溝地震和抗震變形監測
華盛頓卡內基研究所(Carnegie Institution of Washington)的科學(xué)***們在日本東海岸的日本海溝地區建立的長(cháng)期海底觀(guān)測站，采用大地測量鉆孔測斜儀監測地殼變形。通過(guò)長(cháng)期監測地震和抗震變形將使科學(xué)教能夠了解日本海溝的應變是如何以及何時(shí)釋放。
觀(guān)測站位于日本東海岸約150公里處的日本海溝地區，在這個(gè)地點(diǎn)，太平洋板塊與歐亞板塊碰撞并在歐亞板塊下方滑動(dòng)，這***過(guò)程被稱(chēng)為俯沖(Subduction)，而俯沖帶是地球上發(fā)生***大和***具破壞性地震的地方?？茖W(xué)***們正試圖在世界上***活躍的地震帶之***建立長(cháng)期的海底觀(guān)測站，用以記錄地震和地球運動(dòng)對于研究構造碰撞的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
作為深海鉆探項目的***部分，設備在JOIDES Resolution研究船上進(jìn)行了安裝。每個(gè)觀(guān)測站都包含***個(gè)Jewell 510型大地測量鉆孔傾斜儀、SacksEverston鉆孔應變儀、兩個(gè)地震儀和***個(gè)溫度傳感器。當板塊碰撞時(shí)，這些傳感器可以鎖定并積累以地震(地震變形)形式迅速釋放的后期應力。板塊緩慢碰撞的地方也可能發(fā)生爬行運動(dòng)(抗震變形)。
Jewell 510型大地測量鉆孔測斜儀
長(cháng)時(shí)間監測地震和抗震變形將使科學(xué)***能夠了解日本海溝的應變是如何以及何時(shí)釋放的。這些數據將用于幫助建立***些預測措施，以防止生命損失和城市破壞。
Axial Seamount火山的海床觀(guān)測
全世界70%的火山活動(dòng)都發(fā)生在海底，了解海底火山的活動(dòng)規律和特點(diǎn)可以幫助我們預測火山噴發(fā)和海嘯等自然災害，保護人類(lèi)和海洋生態(tài)環(huán)境。為了摸清這些海底火山的脈搏，知道它們的脾性，科學(xué)***們就要建立海底火山的實(shí)時(shí)監測系統。位于太平洋東北部的Axial Seamount海底火山具有完備的監測系統。
華盛頓大學(xué)（University of Washington）的研究人員使用來(lái)自Axial Seamount的4個(gè)有線(xiàn)壓力傳感器和5個(gè)傾角傳感器的數據，包括自校準傾角加速度計（SCTA），來(lái)研究其自2015年噴發(fā)以來(lái)的噴發(fā)行為。
地面傾角測量是監測活火山的關(guān)鍵大地測量工具，因為它們提供了多維數據，可以解決復雜的變形信號。研究團隊開(kāi)發(fā)了***種用于海洋環(huán)境的自校準傾角加速度計（SCTA），分別部署在斯克里普斯海洋研究所Cecil和Ida Green Pi?on Flat天文臺的陸地上和Juan de Fuca山脊軸向海山的海床上。
SCTA利用Quartz Sensor Solutions三軸加速度計冠狀萬(wàn)向節系統定期將水平通道旋轉到垂直方向，以根據局部重力矢量進(jìn)行校準。這種校準將傳感器漂移降低到10μg/年以上。SCTA傾斜儀具有同時(shí)測量地面加速度和記錄地震信號的額外優(yōu)勢。
自校準傾角加速度計將傳感器漂移降低到10ug/yr以上
將Axial Seamount頂峰破火山口的SCTA中心與OOI電纜上的Jewell Instruments LILY測斜儀進(jìn)行了比較。
翻轉可克服重力校準水平通道（x 和 y），然后返回到測量位置
位于不穩定材料頂部的北向平臺底座照片
加載機構傳感器照片
SCTA向東傾斜與同位置儀器匹配良好。疑似沉降影響北傾。
2019年1月12日***近***次校準期間的異常行為（黑色曲線(xiàn)）。這是我們正在積極努力解決的***個(gè)新的事態(tài)發(fā)展。
Axial Seamount火山的收縮事件
研究團隊已經(jīng)發(fā)現了幾個(gè)持續數十天的顯著(zhù)厘米***收縮事件。儀器位置的傾斜和相對海拔在其轉折點(diǎn)上是不對稱(chēng)的，這表明其機制比簡(jiǎn)單的慣性反轉更復雜?？茖W(xué)***正在對變形信號進(jìn)行正向建模，以確定大地測量信號是否與這些時(shí)期之間破火山口向外傾斜的環(huán)形斷層上的差異滑動(dòng)率***致，該差異滑動(dòng)率標準化為膨脹/收縮。計劃調查的另***個(gè)看似合理的機制是巖漿從南部破火山口下方側向輸送到北部破火山口或位于東部5公里處的次***儲層。
海底火山的軸向偶發(fā)性收縮事件與膨脹過(guò)程的逆轉不***致
這些收縮事件對于理解Axial Seamount海底火山的巖漿供應、儲存和運輸機制，以及準確預測未來(lái)噴發(fā)具有潛在的重要意義，這些噴發(fā)已被證明是可預測的。
收縮事件加劇長(cháng)期膨脹
對收縮信號的非對稱(chēng)分量進(jìn)行反演
非對稱(chēng)信號可能指示淺層巖漿重新分布
非對稱(chēng)信號不能用東部向外傾斜的環(huán)形斷層上的差異運動(dòng)來(lái)解釋?zhuān)赡芘c巖漿向東部次***巖漿室的運動(dòng)***致。需要進(jìn)***步建模來(lái)證實(shí)這***點(diǎn)。
以上研究來(lái)自：
OS51B-1490: Observing and Interpreting Seafloor Tilt at Axial Seamount
Erik K Fredrickson1, William S D Wilcock1, Christian Baillard1, Michael Harrington1, Geoff Cram1, James Tilley1, William W Chadwick2, and Scott L Nooner3
(1) University of Washington, Seattle, WA; (2) Oregon State University, Eugene, OR; (3) University of North Carolina, Wilmington, NC
自調平鉆孔測斜儀
2006年推出的LILY 500系列自調平鉆孔測斜儀，目前已用于各種構造、火山和海底研究。
數字式LILY測斜儀采用高精度電解液式傾角傳感器，提供***系列固件控制的數據采集以及數據存儲功能，特別適用于地球物理應用。通過(guò)使用高精度的電解液式傾角傳感器，LILY 500系列可提供5 nradians（納弧度）的分辨率；動(dòng)態(tài)范圍為±330 μradians（微弧度）。
該裝置還具有±10度的調平范圍，便于在井下安裝。輸出為RS-232或RS-422（RS-485 全雙工），包括時(shí)間戳和指南針?lè )轿??？梢允褂锰畛?停止或循環(huán)存儲模式將數據保存到外部文件或LILY的板載閃存（***多75000個(gè)樣本）中。裝置可完全潛水至 3000 psi（磅/平方英寸）。在大于5000 psi（磅/平方英寸）的應用場(chǎng)合也可以為用戶(hù)提供鈦合金外殼封裝的版本。LILY是30多年傾斜傳感器經(jīng)驗和專(zhuān)業(yè)知識的結晶，代表了精密傳感器工程的***。
(文章來(lái)源于儀器網(wǎng))
