通過在海底布設(shè)地震監(jiān)測設(shè)備，對海溝、海底火山等巨型結(jié)構(gòu)中可能累積的能量進(jìn)行監(jiān)測和分析，可以更加準(zhǔn)確地記錄地震的震級、震源深度、震源位置等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于科學(xué)家們研究地震的發(fā)生機(jī)理和規(guī)律、了解地震的潛在強(qiáng)度和頻率非常重要。大部分常見的地質(zhì)災(zāi)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(jié)構(gòu)運(yùn)動、火山噴發(fā)行為的研究具有一定價值。
科學(xué)家們基于鉆孔傾斜儀，在海溝（日本海溝）及海底火山（Axial Seamount）的監(jiān)測上取得了成果。
日本海溝地震和抗震變形監(jiān)測
華盛頓卡內(nèi)基研究所(Carnegie Institution of Washington)的科學(xué)家們在日本東海岸的日本海溝地區(qū)建立的長期海底觀測站，采用大地測量鉆孔測斜儀監(jiān)測地殼變形。通過長期監(jiān)測地震和抗震變形將使科學(xué)教能夠了解日本海溝的應(yīng)變是如何以及何時釋放。
觀測站位于日本東海岸約150公里處的日本海溝地區(qū)，在這個地點(diǎn)，太平洋板塊與歐亞板塊碰撞并在歐亞板塊下方滑動，這一過程被稱為俯沖(Subduction)，而俯沖帶是地球上發(fā)生最大和最具破壞性地震的地方?？茖W(xué)家們正試圖在世界上最活躍的地震帶之一建立長期的海底觀測站，用以記錄地震和地球運(yùn)動對于研究構(gòu)造碰撞的動力學(xué)過程。
作為深海鉆探項目的一部分，設(shè)備在JOIDES Resolution研究船上進(jìn)行了安裝。每個觀測站都包含一個Jewell 510型大地測量鉆孔傾斜儀、SacksEverston鉆孔應(yīng)變儀、兩個地震儀和一個溫度傳感器。當(dāng)板塊碰撞時，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(yīng)力。板塊緩慢碰撞的地方也可能發(fā)生爬行運(yùn)動(抗震變形)。
Jewell 510型大地測量鉆孔測斜儀
長時間監(jiān)測地震和抗震變形將使科學(xué)家能夠了解日本海溝的應(yīng)變是如何以及何時釋放的。這些數(shù)據(jù)將用于幫助建立一些預(yù)測措施，以防止生命損失和城市破壞。
Axial Seamount火山的海床觀測
全世界70%的火山活動都發(fā)生在海底，了解海底火山的活動規(guī)律和特點(diǎn)可以幫助我們預(yù)測火山噴發(fā)和海嘯等自然災(zāi)害，保護(hù)人類和海洋生態(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)家們就要建立海底火山的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。位于太平洋東北部的Axial Seamount海底火山具有完備的監(jiān)測系統(tǒng)。
華盛頓大學(xué)（University of Washington）的研究人員使用來自Axial Seamount的4個有線壓力傳感器和5個傾角傳感器的數(shù)據(jù)，包括自校準(zhǔn)傾角加速度計（SCTA），來研究其自2015年噴發(fā)以來的噴發(fā)行為。
地面傾角測量是監(jiān)測活火山的關(guān)鍵大地測量工具，因為它們提供了多維數(shù)據(jù)，可以解決復(fù)雜的變形信號。研究團(tuán)隊開發(fā)了一種用于海洋環(huán)境的自校準(zhǔn)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向節(jié)系統(tǒng)定期將水平通道旋轉(zhuǎn)到垂直方向，以根據(jù)局部重力矢量進(jìn)行校準(zhǔn)。這種校準(zhǔn)將傳感器漂移降低到10μg/年以上。SCTA傾斜儀具有同時測量地面加速度和記錄地震信號的額外優(yōu)勢。
自校準(zhǔn)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(zhuǎn)可克服重力校準(zhǔn)水平通道（x 和 y），然后返回到測量位置
位于不穩(wěn)定材料頂部的北向平臺底座照片
加載機(jī)構(gòu)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日最近一次校準(zhǔn)期間的異常行為（黑色曲線）。這是我們正在積極努力解決的一個新的事態(tài)發(fā)展。
Axial Seamount火山的收縮事件
研究團(tuán)隊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾個持續(xù)數(shù)十天的顯著厘米級收縮事件。儀器位置的傾斜和相對海拔在其轉(zhuǎn)折點(diǎn)上是不對稱的，這表明其機(jī)制比簡單的慣性反轉(zhuǎn)更復(fù)雜?？茖W(xué)家正在對變形信號進(jìn)行正向建模，以確定大地測量信號是否與這些時期之間破火山口向外傾斜的環(huán)形斷層上的差異滑動率一致，該差異滑動率標(biāo)準(zhǔn)化為膨脹/收縮。計劃調(diào)查的另一個看似合理的機(jī)制是巖漿從南部破火山口下方側(cè)向輸送到北部破火山口或位于東部5公里處的次級儲層。
海底火山的軸向偶發(fā)性收縮事件與膨脹過程的逆轉(zhuǎn)不一致
這些收縮事件對于理解Axial Seamount海底火山的巖漿供應(yīng)、儲存和運(yùn)輸機(jī)制，以及準(zhǔn)確預(yù)測未來噴發(fā)具有潛在的重要意義，這些噴發(fā)已被證明是可預(yù)測的。
收縮事件加劇長期膨脹
對收縮信號的非對稱分量進(jìn)行反演
非對稱信號可能指示淺層巖漿重新分布
非對稱信號不能用東部向外傾斜的環(huán)形斷層上的差異運(yùn)動來解釋，可能與巖漿向東部次級巖漿室的運(yùn)動一致。需要進(jìn)一步建模來證實(shí)這一點(diǎn)。
以上研究來自：
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(diào)平鉆孔測斜儀
2006年推出的LILY 500系列自調(diào)平鉆孔測斜儀，目前已用于各種構(gòu)造、火山和海底研究。
數(shù)字式LILY測斜儀采用高精度電解液式傾角傳感器，提供一系列固件控制的數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)存儲功能，特別適用于地球物理應(yīng)用。通過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；動態(tài)范圍為±330 μradians（微弧度）。
該裝置還具有±10度的調(diào)平范圍，便于在井下安裝。輸出為RS-232或RS-422（RS-485 全雙工），包括時間戳和指南針方位?？梢允褂锰畛?停止或循環(huán)存儲模式將數(shù)據(jù)保存到外部文件或LILY的板載閃存（最多75000個樣本）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(yīng)用場合也可以為用戶提供鈦合金外殼封裝的版本。LILY是30多年傾斜傳感器經(jīng)驗和專業(yè)知識的結(jié)晶，代表了精密傳感器工程的巔峰。
如果您對適用于地球物理應(yīng)用的數(shù)字式LILY測斜儀感興趣，請聯(lián)系歐美大地儀器。
