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海底地震仪 何以倾听地球心跳?
添加时间:2012-2-20  来源:科技日报  点击:4044  
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    ■ 新闻缘起

  2月13日,我国第28次南极科学考察队成功回收布放在南极普里兹湾的海底地震仪。此次回收的海底地震仪是科考队近两个月前在雪龙船由中山站前往长城站途中布放的,这也是我国首次在南极周边海域投放海底地震仪。

  2月13日,南极中山站附近的普里兹湾,我国第28次南极科学考察队成功回收近两个月前布放的海底地震仪,这也是我国首次在南极周边海域投放海底地震仪

  此次投放的海底地震仪有啥用途?在南极布放海底地震仪有何特点,有何特别意义?有关专家对此进行了解读。

  海底地震仪能干啥? 相当于在海底建了个临时地震台站

  据科考队员介绍,海底地震仪由地震计、记录仪和释放器三部分组成。其中地震计负责将接收到的地震波转化为电子信号,记录仪对电子信号进行采集和存储。科研人员通过释放器将海底地震仪回收后,可从记录仪中读取相关数据。

  项目现场执行人、来自中国国家海洋局第一海洋研究所的阚光明介绍说,这套海底地震仪共记录了近两个月时长的南极大陆及其周边海域地震情况。数据初步分析表明,该仪器在海底工作正常,共采集记录约6.98GB的数据。这些数据将被带回国内进一步分析研究。

  “这有点像地震台站,只不过与大家平时了解的不同,是把地震监测设备放在了海底” 。国家海洋局第一海洋研究所研究员郑彦鹏告诉科技日报记者,开展这项工作有助于了解南极海域深部地质结构特征及其构造演化。通过进一步分析研究所获取的数据,将大大提升我国在南极海域地球物理调查技术方面国际影响力。

  他解释,地震发生时产生的地震波在地球内部圈层传递过程中,穿越不同深度和不同种类的岩石时产生了细微的差异,利用对仪器接收到地震波信号的频谱和速度分析可以揭示出地球内部不同圈层岩石的性质和分布,为研究南极大陆的形成演化及其动力机制提供依据,丰富了全球大陆地质构造演化研究中的南极区域资料。

  南极监测地震波有何特点? 天然的静音场

  在南极监测地震波有何特点?

  郑彦鹏说,我国现阶段对南极的调查主要集中在高空大气物理、冰川与气候、生物技术与海洋生物资源等科学领域。虽然地球物理调查手段是获知南极冰盖下地质状况和资源分布的最有效途径,但是南极特有的低温、复杂地质环境使我国还缺少开展地球物理调查的技术手段和装备。

  从国际上看,至今已有超过20个国家在南极大陆及其周缘地区开展了系统的科学调查活动,调查内容包括航空和卫星地球物理调查、走航式海洋地球物理调查以及陆地地球物理测站等,主要用来研究和解决冈瓦纳大陆构造历史重建及冈瓦纳古陆破裂的地壳动力机制、南极板块边界及其地壳结构、大型火山岩省形成的地幔过程以及沉积盆地的形成演化和资源远景评价等问题。

  “因为远离城市喧嚣,没有船只往来等影响,南极具有最安静的背景环境,即使是最微小的地震波也能捕捉到。”郑彦鹏说。

  设备有何不同? 低功耗、耐低温、抗腐蚀

  郑彦鹏告诉记者,由于目前我国南极科考的周期是每年一次,头一年投放设备,得等来年才能回收,必须保持设备运行所需要的“粮食”——电源,电源耗尽后仪器就停止了工作。因此,低功耗意味着设备将在海底保留的时间更长,记录的资料更多。

  此外,由于南极海水温度偏低,电子设备无法像正常环境下一样工作,需要对设备做一些特殊的耐低温处理,以适应极端低温环境。海底地震仪布放于海底,需要具有极高的抗压能力,而且,成年累月的处于海底要求它具有极强的抗腐蚀能力等等。

  为配合本次调查,项目组专门委托中国科学院地质与地球物理研究所对设备进行了“量身改进”。

  未来如何利用? “透视”地球深部圈层结构

  “这次还只是试验性阶段,为明年开展的1—2年长时间探测奠定基础。”郑彦鹏说,地震是一种灾害现象,但也是了解地球内部结构的重要手段。

  郑彦鹏说,目前我国已在南极中山站建立了地震观测台站。按照设想,未来将在南极大陆从中山站到昆仑站的途中建立多个流动地震观测台站,向海域布设4—6台海底地震仪,通过搭建一条雪域高原向深海平原的延伸线,对地球内部数十甚至上百公里深度以内的地壳和上地幔内部结构进行“透视”。

  ■ 延伸阅读

  美国地球透视计划

  美国国家科学基金会(NSF)、美国地质调查局(USGS)和美国国家航空与航天局(NASA)在2001年联合发起了地球透镜(Earthscope)计划,该计划旨在通过分布式、多用途仪器和观测台网的组合使用,来加深对北美大陆结构、演化和动力学特征的理解。通过近10年的努力,地球透镜计划形成了三大研究设施,即美国地震台阵、板块边界观测站和圣安德烈斯断层深部观测站。

  《揭示北美大陆的奥秘——地球透镜科学计划2010—2020》指出,地球透镜计划在北美大陆活动变形研究,整个地质时代的北美大陆演化研究,深部地球结构和动力学研究,地震、断层与岩石圈流变学研究,地壳与地幔中的岩浆和挥发物研究,地形学和构造学研究,地球透镜计划与水圈、冰冻圈和大气圈的关系研究7个方面取得了重大突破,但是,未来仍然面临诸多挑战。如地壳、地幔浮力和流体如何影响并维持处于构造活动状态的美国西部的地形?整个地质时间内,岩石圈如何在北美西部板块边界(边界与整个大陆地表演化存在相互作用)下方俯冲?

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