Океанский сейсмометр
Сейсмометр океанического дна ( OBS ) — это сейсмометр , предназначенный для регистрации движения Земли под океанами и озерами от искусственных и естественных источников.
Датчики на морском дне используются для наблюдения за акустическими и сейсмическими явлениями. Сейсмические и акустические сигналы могут быть вызваны различными источниками, землетрясениями и толчками, а также искусственными источниками. Вычисление и анализ данных дает информацию о типе источника и, в случае естественных сейсмических явлений, о геофизике и геологии морского дна и более глубоких слоев земной коры. Развертывание ОБС по профилю даст информацию о глубинном строении земной коры и верхней мантии в морских акваториях. OBS может быть оснащен максимум трехкомпонентным геофоном в дополнение к гидрофону , поэтому ему необходима емкость более 144 Мбайт, что является минимумом для адекватного профилирования MCS . При типичном обследовании инструменты должны работать в течение нескольких дней (время использования может превышать 12 месяцев). [1] для которого требуется емкость хранения данных более 500 Мбайт. Другие эксперименты, такие как томографические исследования в рамках 3D-съемки или сейсмологический мониторинг, требуют еще больших мощностей.
Пакет инструментов
[ редактировать ]
OBS состоит из алюминиевой сферы, содержащей датчики, электронику, щелочные батареи, достаточные для работы на дне океана в течение 10 дней, и акустический спусковой механизм . Две половинки сферы соединяются с помощью уплотнительного кольца и металлического зажима, удерживающего половинки вместе. Для лучшей герметичности на сфере создается небольшой вакуум. Сфера сама по себе плавает, поэтому для погружения инструмента на дно необходим якорь. В данном случае якорь представляет собой плоскую металлическую пластину диаметром 40 дюймов (1,02 метра). Прибор был разработан таким образом, чтобы его можно было развернуть и восстановить практически на любом судне. Все, что необходимо (для развертывания и подъема), - это достаточно места на палубе для размещения инструментов и их якорей, а также стрела, способная поднять OBS с палубы и перевернуть его, чтобы опустить на воду. OBS прикрепляется болтами к якорю, а затем (осторожно) сбрасывается за борт.
Работающий
[ редактировать ]
Сейсмометры работают по принципу инерции. Корпус сейсмометра надежно опирается на морское дно. Внутри на пружине между двумя магнитами висит тяжелая масса. Когда Земля движется, то же самое происходит с сейсмометром и его магнитами, но масса на короткое время остается на месте. Когда масса колеблется в магнитном поле, она производит электрический ток, который измеряется прибором. Сам сейсмометр представляет собой небольшой металлический цилиндр; Остальная часть OBS размером с сундук состоит из оборудования для работы сейсмометра (регистратора данных и батарей), груза, позволяющего погрузить его на морское дно, акустического выпуска с дистанционным управлением и плавучести, чтобы вернуть прибор на поверхность.
Виды ОБС
[ редактировать ]Движение грунта , вызванное землетрясениями, может быть как чрезвычайно малым (менее миллиметра), так и большим (несколько метров). Небольшие движения имеют высокую частоту, поэтому для их мониторинга требуется измерять движение много раз в секунду и получать огромные объемы данных. Большие движения происходят гораздо реже, поэтому приборам необходимо реже записывать данные, чтобы сэкономить место в памяти и заряд батареи для более длительного использования. Из-за этой изменчивости инженеры разработали два основных типа сейсмометров:
Короткопериодные OBS
[ редактировать ]Они записывают высокочастотные движения (до сотен раз в секунду). Они могут регистрировать небольшие кратковременные землетрясения, а также полезны для изучения внешних десятков километров морского дна. Технические подробности для двух моделей: WHOI D2 и Scripps L-CHEAPO.
Долгопериодные OBS
[ редактировать ]Они записывают гораздо более широкий диапазон движений, с частотой от 10 в секунду до одного или двух раз в минуту. Они используются для регистрации землетрясений средней силы и сейсмической активности вдали от прибора. Технические подробности для двух моделей: OBS с длительным развертыванием WHOI и OBS с длительным развертыванием Scripps.
Пользовательские OBS
[ редактировать ]Начинают разрабатываться специальные OBS, поскольку возрастает потребность в расширении охвата в области сейсмологии. [2] и необходимы постоянные развертывания. Одной из модификаций, направленных на улучшение качества данных сейсмометров, является бурение сейсмометра в алюминиевом корпусе на поверхности (~ 1 м), чтобы обеспечить устойчивость мягких отложений дна океана. [2] Другая возможная настройка — добавление манометра дифференциального давления (DPG) и/или измерителя тока , чтобы понять, как давление меняется вокруг сейсмометра. [2] Также может оказаться целесообразным хранить регистратор данных и батарею в стеклянной сфере Бентоса , чтобы иметь возможность подключаться к судну с помощью аппарата с дистанционным управлением (ROV) . [3] это необходимое достижение для постоянного развертывания OBS.
Преимущества
[ редактировать ]Очень стабильные часы позволяют сравнивать показания многих удаленных сейсмометров. (Без надежных отметок времени данные с разных машин были бы бесполезны.) Разработка этих часов стала решающим достижением для сейсмологов, изучающих недра Земли. После восстановления сейсмометра, находящегося на дне океана, ученые могут выгрузить данные прибора, подключив кабель для передачи данных. Эта функция избавляет от необходимости осторожно разбирать защитный корпус прибора на борту катящегося судна. Возможность подключения сейсмометра к причалу или обсерватории делает данные прибора мгновенно доступными. Это огромное преимущество для геологов, пытающихся отреагировать на сильное землетрясение.
Недостатки
[ редактировать ]Среда этих развертываний усложняет стандартные методы, используемые при анализе данных, из-за океана над сейсмометром, в отличие от открытого воздуха над типичной наземной станцией. [5] Эти сейсмометры также имеют пониженное соотношение сигнал/шум из-за шума, создаваемого движением океанов из-за ветровых приливов, особенно с периодами 7 и 14 секунд. [6] Это длительное движение и ток, протекающий вокруг сейсмометра, могут создать проблемы долгопериодного шума на горизонтальных компонентах, поскольку мягкий (насыщенный) осадок, на котором покоится сейсмометр, более восприимчив к наклону сейсмометра. [7] и в идеале горизонтальная составляющая не будет двигаться и будет перпендикулярна силе тяжести, чтобы получить наилучшие результаты от сейсмометра. Насыщенный осадок также значительно снижает соотношение сигнал/шум. [8] потому что скорость P- и S-волн уменьшается, и сейсмические волны захватываются слоем отложений, создавая звон большой амплитуды из-за сохранения энергии .
Известные развертывания
[ редактировать ]Одним из крупнейших развертываний OBS за всю историю стал Эксперимент по электромагнитной и томографии «Большая мантия» (Big MELT). [9] с участием почти 100 OBS на Восточно-Тихоокеанском поднятии с целью понять образование магмы и развитие срединно-океанических хребтов . Инициатива Каскадия [10] [8] Это морское/наземное развертывание для наблюдения за деформацией плит Хуан-де-Фука и Горда , а также для изучения самых разных тем: от мегаземлетрясений до структуры вулканических дуг на северо-западе Тихого океана . Гавайский ПЛЮМ (Эксперимент по подводному плавлению плюма и литосферы) [11] Это было развертывание на суше/море (преимущественно на море), чтобы лучше понять, какой тип мантийного плюма находится под Гавайями, а также лучше понять мантийный апвеллинг в этом регионе и его связь с литосферой . Широкополосная архитектура астеносферы и литосферы на основе эксперимента в прибрежном регионе Калифорнии (ALBACORE) [12] развертывание с 2010 по 2011 год 34 OBS, чтобы помочь лучше понять тектоническое взаимодействие на границе плит Тихоокеанского региона и Северной Америки, а также стили деформации Тихоокеанской плиты и близлежащих микроплит.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ "Дом" . obsip.org .
- ^ Jump up to: а б с Романович, Барбара и др. «MOISE: Пилотный эксперимент по созданию долгосрочных геофизических обсерваторий на морском дне». ЗЕМЛЯ, ПЛАНЕТЫ И ПРОСТРАНСТВО 50 (1998): 927–938.
- ^ Штуцманн, Элеонора и др. «MOISE: прототип многопараметрической донной станции». Бюллетень Сейсмологического общества Америки 91.4 (2001): 885–892.
- ^ Ривз, З. и В. Лекич, Ограничение структуры литосферы на границе Калифорнии с использованием функций приемника, AGU Abstract (Control ID 1807272), осень 2013 г., собрание.
- ^ Босток, М.Г. и А.М. Треху . «Разложение волнового поля сейсмограмм дна океана». Бюллетень Сейсмологического общества Америки 102.4 (2012): 1681–1692.
- ^ Доленц, Дэвид и др. «Наблюдения инфрагравитационных волн на донной широкополосной станции Монтерея (MOBB)». Геохимия, Геофизика, Геосистемы 6.9 (2005).
- ^ Дуенбье, Фредерик К., Грант Блэкинтон и Джордж Х. Саттон. «Шум, создаваемый током, зафиксированный сейсмометрами на дне океана». Морские геофизические исследования 5.1 (1981): 109–115.
- ^ Jump up to: а б Ян, Сяотао (3 января 2019 г.). «Всесторонний качественный анализ эмпирических функций Грина на донных сейсмометрах океана в Каскадии». Письма о сейсмологических исследованиях . 90 (2): 744–753. дои : 10.1785/0220180273 . S2CID 134750386 .
- ^ «Большой МЕЛТ» .
- ^ «Предыстория Каскадной инициативы | Экспедиционная группа Каскадской инициативы» .
- ^ Ласке, Габи; Коллинз, Дж.; Вульф, К.; Вираратне, Д.; Соломон, Стэнли; Детрик, Р.; Оркатт, Джон; Берковичи, Дэвид; Хаури, Эрик (30 ноября 2006 г.). «Проект Hawaiian PLUME успешно завершает свое первое развертывание» . Тезисы осеннего собрания АГУ . -1 : 0657. Бибкод : 2006AGUFM.V13B0657L .
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 16 января 2015 г. Проверено 4 декабря 2013 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )