[发明专利]一种海底相对测地方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋地质科学观测技术领域，特别涉及一种海底相对测地方法。

背景技术

占地球表面总面积三分之二的海底，既是油气能源、金属矿产等重要资源的储集场所，也是各种基础科学问题的孕育之地，但却只有日本、美国的很少几个深海测地观测站。2011年日本大地震的实例说明，大陆GPS对海上变形的估算严重不足，必须建立深海测地观测网，直接监测海底断层、地震、海啸、火山、沉积物搬运、海岸滑波等位移变化。

近些年的几次大地震，都发生在科学家们依据以往统计经验，认为不可能发生大震的区域。以往虽然也有多种论述，包括俯冲速率大小，是否存在弧后扩张，俯冲带沉积物的多少等，但流行的观点认为，俯冲带是否会产生大震主要取决于俯冲洋壳的年龄及俯冲速率，俯冲洋壳越年轻、俯冲角度就会越平缓，水平俯冲速率越大，越容易发生大震；反过来，俯冲洋壳较老(如马里亚纳海沟处的洋壳)、俯冲角度就会较陡，水平俯冲速率越小，越不容易发生地震。然而，2011年日本Mw9.0级大地震就在年龄是120百万年，俯冲速率约6厘米/年的老洋壳上发生了。而2004年苏门答腊Mw9.2级大地震发生的位置-班达亚齐在当地有记录的历史上从未发生超过Mw8级的大震。对大地震发生规律和影响因素的认识误差，主要源于发震周期长于人类观测的历史，通常Mw9.0级以上地震的发震周期是几个世纪，且震级越大，发震的周期就越长，而人类有地震记录的历史却不过一个多世纪，因此科学家们对地震发震频率以及影响因素的认识积累都还相当不 足，需要更多观测和研究的补充，并进行各区域地震特点和地质条件的对比分析。

根据地震观测和俯冲板片分析，沿俯冲带地震主要发生在锁定带和过渡带附近，在地震的间歇期，伴随俯冲板块的推进，上覆板块会由于耦合作用(被锁定带锁紧)而发生弹性弯曲，当应力积累到一定程度，就会发生锁定带的破裂和回弹，产生大地震，地震的大小与锁定带发生断裂的长度成正比，即断裂长度越大，震级越大。根据此基本原理，在大震发生之前，俯冲带上盘基本上所有区域都表现出向陆和向上的一个运动向量(缩短向量)，地震之后的一段时间内，俯冲带上盘主要表现为向洋的一个运动向量，因此，增加对俯冲带的观测，尤其是增加对俯冲带上主要发生应变积累和释放的过渡带和锁定带的观测，对评估某大断层的最大震级以及目前的应力积累状态十分必要。然而大部分俯冲带的过渡带和锁定带都位于靠近海沟的深海之下，仅靠陆地上的GPS台站，无论是对发震影响因素的研究，还是对震前-震间-震后变形进行更好的监测，都已明显地表现出鞭长莫及。

自从全球卫星定位系统(Global Positions System，文中简称GPS)于1973年由美国国防部开始发展使用，短时间里世界各国都相继建立起GPS观测网络，如日本自1994年着手建立由一千个固定站组成的全国性GPS连续观测网－GENOET，主要目的为全面监测地壳应变的时空变化，提供地震潜势评估及地震预测研究。我国主要于2000年正式运行“中国地壳运动观测网络”，以GPS观测技术为主，结合精密重力和精密水准测量构成的大范围、高精度、高时空分辨率的实时板块运动监测网络。过去二十年来GPS观测网络的快速发展，极大地促进了我们对于塑造大陆形态的众多因素的认识：如汶川与玉树大地震引起的地表三维形变以及震前及震后的区域地壳运动、印藏碰撞造山过程引起的地表块体运动、菲律宾海板块相对欧亚大陆边缘的运动方向和运动速率、台湾岛的地震及造山活动、以及滑坡、 冰川流动等。

目前全球GPS观测网大多布设在陆地，造成严重的局限在陆地上的“单侧”观测，而占地球表面总面积三分之二的海底却只有日本、美国、欧洲的很少几个观测站。然而，世界上具有巨大破坏性的特大地震和海啸多发生在各大洋板块边缘的深水下，而这些区域是目前的陆地GPS系统所无法直接观测到的。而且洋壳的变形规律与陆壳有着极大的不同，即使能够对近岸的部分地质现象进行观测，但也会随着观测距离的增加带来较大的误差。福岛地震结果表明，原有的从陆地上进行的远距离单向观测的方式存在极大的偏差，海底与陆上观测结果最多相差10倍之多。由此可见，“单侧”的陆地GPS观测无法准确测量海底地壳变形，导致科学家无法获得建立发震机制分析的准确参数，进而导致对发震机制和影响因素认识的不足。