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 развертывания может превышать 12 месяцев), [1] для чего требуется емкость хранения данных более 500 Мбайт. Другие эксперименты, такие как томографические исследования в рамках 3D-съемки или сейсмологический мониторинг, требуют еще больших мощностей.
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 соединены между собой уплотнительным кольцом и металлическим зажимом, удерживающим 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.
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.
Движение грунта , вызванное землетрясениями, может быть как очень маленьким (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:
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.
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.
Начинают разрабатываться специальные OBS, поскольку возрастает потребность в расширении охвата в области сейсмологии [2] и возникает необходимость в постоянном развертывании. Одна из модификаций, направленная на улучшение качества данных сейсмометров, состоит в том, чтобы пробурить сейсмометр в алюминиевом корпусе на поверхность (~ 1 м), чтобы обеспечить устойчивость мягких отложений дна океана. [2] Еще одна 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 кораблю с помощью аппарата с дистанционным управлением (ROV) , [3] что является необходимым достижением, чтобы иметь и поддерживать постоянное развертывание OBS.
Очень стабильные часы позволяют сравнивать показания многих удаленных сейсмометров. (Без надежных меток времени данные с разных машин были бы бесполезны.) Разработка этих часов стала решающим достижением для сейсмологов, изучающих недра Земли. После обнаружения 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.
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 создавать проблемы долгопериодного шума на горизонтальных компонентах, поскольку мягкий (насыщенный) осадок, на котором стоит 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], поскольку скорость продольных и поперечных волн уменьшается, а сейсмические волны захватываются слоем осадка, создавая звон большой амплитуды из-за сохранения энергии .
Одним из крупнейших развертываний OBS за всю историю был эксперимент «Большая мантийная электромагнитная и томография» (Big MELT), [9] в котором участвовало почти 100 OBS на Восточно-Тихоокеанском поднятии с целью понять образование магмы и развитие срединно-океанических хребтов . Инициатива Каскадия [10] [8] представляет собой морское/наземное развертывание для наблюдения за деформацией плит Хуан-де-Фука и Горда , а также для изучения различных тем, от мегаземлетрясений до структуры вулканических дуг на северо-западе Тихого океана . Гавайский ПЛЮМ (Эксперимент по подводному плавлению плюм-литосферы) [11] представлял собой эксперимент на суше/море (преимущественно в море), целью которого было лучше понять, какой тип мантийного плюма находится под Гавайями, а также лучше понять мантийный апвеллинг в этом регионе и его связь с литосфера. Астеносферная и литосферная широкополосная архитектура из эксперимента Калифорнийского морского региона (ALBACORE) [12]: развертывание с 2010 по 2011 год 34 OBS, чтобы помочь лучше понять тектоническое взаимодействие на границе Тихоокеанско-Североамериканской плиты и стили деформации Тихоокеанской плиты и близлежащие микропланшеты.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )