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从地壳到地核地球透镜照进阿拉斯加

2019-12-09 21:25:04 作者:责任编辑NO。姜敏0568

1.“地球透镜”是什么?

2001年,美国国家科学基金会(NSF)、美国地质调查局(USGU)和美国国家航空航天局(NASA)联合发起了旨在“开展地震科学,促进地震科学在减轻地震灾祸、动力资源勘探和保证国家安全等方面的运用,保证美国在地震科学方面的领先地位”的“地球透镜(EarthScope)” 方案。

此方案为供给大陆岩石圈的归纳研讨根底信息和多标准地球深部结构而规划,是一个大陆标准的观测工程。经过树立一个多方针的设备与观测网络, 进步对北美大陆结构和活动结构的观测才能——即用较密布的仪器台阵掩盖美国大陆,以搜集和整合来自于地质学、地震学、遥感和大地丈量学,以及丈量地球表面特征方面的科学信息。

“美国台阵”项目

美国台阵(USArray)是地球透镜方案的4个子方案之一, 其他3个子方案分别是圣安德列斯开裂深部观测 (SAFOD)、 板块鸿沟观测 (PBO)和合成孔径干与雷达(InSAR)。

从2004年开端,USArray在加拿大南部和美国本乡的48个州布设了一个称为“活动台阵(TA)”的可移动遥测台网。它由400套高质量宽频带地震仪构成,以网格款式散布,从西部到东部逐步推进翻滚观测,方案在10年的周期内完结2000个点的观测,形成对美国大陆的全掩盖。对这些观测点搜集到的地震数据做多元化的剖析,能够取得地球内部的高分辨率图画,然后协助咱们了解地震和断层的来历和特征。

上图显现了阿拉斯加州境内的一切活动台阵散布地址,下图则是在美国本乡48州已完结的活动台阵布设状况(图标色彩从浅到深代表从2004年-2013年不同的布设时刻)

2.“地球透镜”在阿拉斯加州

在完结对美国本乡的观测后,活动台阵于2014年北移至阿拉斯加州和加拿大西部。在阿拉斯加区域共装置280个监测站,估计到2020年完结并撤除仪器。在台阵网格中,每个监测站相隔约85公里,掩盖了整个阿拉斯加大陆以及部分育空区域(加拿大三个区域之一),不列颠哥伦比亚省和西北区域。

3.“地球透镜”为什么对阿拉斯加感兴趣?

在美国疆土方位上来看,阿拉斯加州是“悠远的边远地方”;在地学研讨方面,阿拉斯加州却归于前沿阵地——阿拉斯加州是美国地震活跃度最高的州,中强度地震多于美国其他州的总和。此外,地震活动的性质多种多样,并广泛整个州,原有的地震监测仪器远不足以记载剖析州内发作的地震。而新的活动台阵现已大幅度提升了阿拉斯加东南部,阿拉斯加西南部和北坡的地震监测率。

阿拉斯加地震中心和USGS PDE目录中的1970-2012年阿拉斯加及其附近区域的地震活动

4.在阿拉斯加州装置仪器与在美国本乡的48州有什么不同?

阿拉斯加州宽广而杂乱的地势使地震仪的装置作业更具挑战性。阿拉斯加大部分区域短少公路的坏处,能够终究靠运用直升机来处理。可是,移动台阵在全州境内的“跋涉”,明显无法像在其他48个州那样顺畅。因而,监测站点将坚持固定方位直到项目完结。极寒气候、冻土、一年中有限的太阳直射,和充溢好奇心的各种野生动物……都将影响移动台阵的规划、装置和保护。

5.移动台阵与本地的地震台站比较有何特别之处?

阿拉斯加州地震中心及其合作者运营着400多个地震台站,大多会集在地震灾祸最严峻的区域。中心的责任是对发作在本州境内的地震供给敏捷且威望的地震信息,经过实时的信息收集和处理,为大众、州和联邦组织通报严重地震的相关状况。

上图显现的是阿拉斯加区域大于3.0级地震的震源深度,从蓝色、黄色到赤色,震源深度逐步添加。右下图是阿拉斯加板块的3D视图,在这一区域,太平洋板块俯冲到北美板块之下。板块接壤区域也正是大地震和火山的多发区域。

“地球透镜”的方针则大不相同,从姓名上咱们便可得知,它的使命不是为了监测地震,而是将北美区域作为天然实验室进行的一项研讨。移动台阵(TA)的规划初衷便是,尽可能地掩盖更大的面积,并坚持一致的均匀网络距离,然后正确地描绘地球内部。经过地球内部成像,移动台阵能够为咱们供给关于地球深处史无前例的细节,然后提醒地球的运转状况。

6.仪器规划

阿拉斯加州气候和地理环境的特殊性,对台阵仪器的规划提出了很高的要求,以完结该项目所需的数据回来率。

供电体系:

在整个绵长的冬天里,磷酸铁锂电池组为设备供电,夏日则经过太阳能体系为设备充电。

实时遥测:

因为大多数基站都坐落荒野中,远离任何电信根底设施,实时遥测需经过海事新干线卫星宽带体系,铱卫星,蜂窝式网络体系或无线直接链路供给。

数据存储:

凭借高达64 GB存储容量的数据记载器,基站能够坚持8年以上的完好记载。

仪器装置:

传感器需装置在地下满足远的方位以取得最佳数据质量,这就需求规划一种可经过直升机运送的轻型钻机。

7.地震仪是怎么装置和保护的?

活动台阵中地震仪的装置一般需求一到两天的时刻。在阿拉斯加州和加拿大的许多装置地址,需求用直升机将设备悬吊放入选定方位,以此来削减地上搅扰。假如地震仪发作毛病,数据中心将会辨认,修理小组也会被派出来处理毛病。在可行的状况下,修理人员会乘坐固定翼飞机抵达修理地址。

在阿拉斯加州装置活动台站一般是在一天之内由四人组成的机组加上飞行员完结的。作业人员和仪器均可由直升机带着,因而能够抵达十分偏僻的区域。

材料来历:

http://www.usarray.org/Alaska

http://www.usarray.org/files/docs/pubs/Alaska-Yukon/TAinAK_v2_final-Mar2015-lores.pdf

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