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下潜10027米,记录地球心跳——国产海底地震仪首获万米海洋人工地震剖面

作者:  文章来源:  点击数:   更新时间:2017-06-05

“探索一号”科考船在马里亚纳海沟布放地震仪

“呼叫海底,呼叫海底”,“探索一号”科考船在甲板上发出回收指令。

指示灯亮起,地震仪在马里亚纳海沟挣脱沉耦架的束缚,头也不回直冲海面,如同游子急迫的回到母亲身边。

下潜10027米,作业600个小时,接到指令后地震仪以每秒0.8米速度、历时4个小时成功返回海面。

随着56台仪器回收完毕,我国成为世界上首个成功获取万米级海洋人工地震剖面的国家。

“九五”之前,我国海底探测技术几乎空白。20年后,国产地震仪不仅实现了万米突破,还记录到地球深处的心跳。这台只有17英寸的地震仪是一种什么设备?又是如何在水下待得住、醒得快、回得来呢?

    万米自由落体 “不倒翁”传感器自动调整姿态

从海平面到海底,万米下潜并不困难——重力来自于20公斤的沉耦架,带着地震仪在水中自由落体。但是,沉底后能否正常工作,传感器的平衡是关键。

“在陆地上,可以手动调整地震仪的姿态,落到海底,所处的地形无法选择,地震仪的站立姿态各式各样,需要地震仪在内部自动调整。”国产海底地震仪设计者、中科院地质与地球物理所研究员游庆瑜告诉科技日报记者,“形象点说,这时的传感器就是一个‘不倒翁’,不管地震仪怎么掉到海底,内部的地震传感器都能自动调整到平衡姿态。”

在地震仪内部,有两个负责调平的器件。一个是姿态传感器,负责测量地震传感器的姿态信息,另一个是磁阻式电子罗盘负责测量地震传感器的方向信息,它们使得地震仪在着底后,身体可以歪斜而内部地震传感器实现平衡。

但是,要将地动信号转化为电信号并准确拾取,除了平衡,高质量的地震动信号记录还需要地震仪整体构件的良好耦合。游庆瑜打了一个坐汽车的比方,车过坎时晃了一下,你在车上颠了两下,信息必然错误,因为耦合较差;如果将你绑在车上甚至与车同为一体、同频共振,这时的信息与客观吻合,因为耦合良好。

海底地震仪依靠设计合理的整体结构,使海底与舱球、舱球与传感器互相耦合,以保证万米深渊下与地球同频共振,拾取到的信息准确无误。

    深海沉睡600小时 功耗最低说醒就醒

“不论地震仪在海底逗留多久,只有成功收回,才能发挥作用。”海底地震仪设计者、中科院地质与地球物理所研究员郝天珧告诉科技日报记者,“回收率作为检验仪器质量的一个关键指标,各国都在不断摸索。”

海底地震仪的“粮食”是装载在身上的电池,谁的电量消耗少,谁就能在海底保留的时间长,记录的资料多,留海时间长,回收率也就越高。郝天珧解释道,在全球范围内,中国的地震仪功耗是最低的。

2014年冬季,我国在黄岩岛海域回收相同条件下布设的中、法地震仪。在回收时节偶遇台风来袭,船上成员只抢收到部分法国地震仪。等到来年三月,科考船再次来到黄岩岛重收剩余的仪器时,国产仪器悉数收回,法国仪器却因电量耗尽而全军覆没。今年在马里亚纳海沟的不同深度,共布放60台地震仪,成功收回56台,全部使用的自行研制的水声应答释放模块。而且,万米地震仪下潜作业600个小时,待呼唤时说醒就能醒。

    百兆帕水压 戴着“项圈”像水母一样飞升

“海底水压非常大,海斗深渊的万米压力是100MPa(兆帕),就是1平方厘米负载1吨的重量。一台海洋仪器要到万米深处所承受的压力,相当于一个手指甲盖上要承担一部小轿车的压力。”中科院地质与地球物理所王元博士在中科院做万米深渊科考见闻报告时提到。

来源:
编辑:市民防局