-海底观测网

S-net观测网是Seafloor observation network for earthquakes and tsunamis along the Japan Trench的缩写，译为“日本海沟海底地震海啸观测网”。日本的东岸和南岸都面临着板块俯冲的发展带，都有过惨重的历史教训。其实在新世纪初，日本学术界就提出过ARENA计划，建议在东岸外建设有3600km缆线的海底观测网，以预警来自东边的地震和海啸，并且设有4个登陆点的联网系统，可惜这项庞大计划最终流产，改为在南岸外建设300km的DONET网——现看来，当然是决策错误。

无情的2011年东北大地震打破了决策者的设想：特大地震不在南边，而在东边发生。3月11日地震发生时，在日本的东北岸外一共只有3台地震仪、2台海啸仪能提供服务。“物极必反”，正是这次大地震为日本的海地观测带来了大跃进，在四年里完成了多少年做不成的事，现在建设的S-net网规模远远超过了十年前的ARENA计划。当然会有人说“早知今日，何必当初”之类的风凉话。

图4-8 日本S-net海沟海底地震海啸观测网

由六大系统150个站组成，包括：S1房总；S2茨城·福岛；S3宫城·岩手；S4岩手·青森；S5钏路·青森；S6海沟轴外侧（Kanazawaetal.，2013）

S-net观测网于2015年建成，是迄今为止全球规模最大的海底实时观测网，缆线总长度5700km，相当于北京到莫斯科的距离。日本东临大洋，太平洋板块在这里从东向西、以每年8cm的速度向日本俯冲，由此形成的日本海沟深达8000m，这里正是2011年大地震的源地。现在的S-net网就是沿日本海沟布设，北起北海道、南抵东京湾东侧的房总半岛，覆盖了从海岸到海沟共计25万km2的广大海域（图4-8）。

S-net网由六大系统组成，由南向北为：房总系统（图4-8的S1）；茨城·福岛系统（S2）；宫城·岩手系统（S3）；岩手·青森系统（S4）；钏路·青森系统（S5）；沿日本海沟南北向布置的海沟轴外侧系统（S6）。每个系统包括800km缆线和25个观测站（只有海沟轴外侧系统长达1600km），观测站之间南北相距约50km，东西相距约30km，做到每个M7.5级的地震源区有一个观测站（Kanaza-waetal.，2013）。

每个观测系统的缆线有两个登陆站，可以从两个方向为光电缆提供高压电源和接收信息（图4-9），其目的是保证当缆线发生故障时，观测系统仍能继续运行。每个观测站设有直径34cm、长226cm的地震仪和海啸仪，装在抗腐蚀、耐高压的铍铜质容器中（图4-10）。测水压的海啸仪具有很高的灵敏度，能够识别1mm的水位变化。

图4-9 S-net观测网一个系统的组成

包括两个登陆站，光电缆和观测站的地震海啸仪

观测网的布设因深度而异：水深1500m以内一律用“锄埋设机”埋在海底以下1m，超过1500m的深水区则直接布放海底。图4-11展示S-net观测网中的一例，即最南端的房总系统（图4-8中的S1）。该观测系统是在2013年7月6日至10月24日期间，由9557吨的“すばる”船用“锄埋设机”布放，水深20m以内的浅水区由潜水员作业。

S-net观测网是由日本文部科学省立项投资，专为地震海啸布设的专用网，预警地震可望提前30秒，预警海啸提前20分钟。观测网实时观测的数据，均即时向防灾科研机构、大学、研究机构、气象厅等单位传送，如图4-12所示。

图4-10 观测站的地震海啸仪

图4-11 房总观测系统

图4-12 S-net观测网的数据传送

东边的S-net针对太平洋板块（图4-13的A），南边的DONET针对菲律宾板块（图4-13的B）。进一步的计划是与大洋钻探计划（IODP）相结合，在日本南边岸外的“南海海沟”完成深钻，建立井下地球物理观测站，进一步与海底观测网相连接，目前已经有一个井下站完成连接（图4-13右下角）。

图4-13 日本东、南岸外的海底地震海啸观测网综览

应该说明，海底观测并不都要缆线联网，海上的地震观测和研究也还有多种途径。日本早在2000—2004年，就在其东北岸外布设了5套海底大地测量系统，每套在测量点的周围布设4个镜式发射应答机，每年派船测量3次，由船上发射信号，通过全球定位/声学组合技术确定该点的精确位置（图4-14）。正因为有这些设备，2011年大地震后才能立即测得这五处的最大位移发生在MYG1站，水平位移达24m，垂向位移达+3m（图4-15），为日本东北大地震造成的地壳变动提供了精确的数据（Satoetal.，2011）。此外，布置在震中附近海底的海啸仪，也记录了震前震后的海底压力变化（Hino et al.，2014）。

图4-14 海底大地测量系统的应用（Sato et al.，2011）

图4-15 日本2011年东北大地震造成的海底

（a）水平位移；（b）垂向位移（Sato et al.，2011）