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1、PBO 监测网介绍1,引言1998 年 1 月, 7 位美国地球科学家呼吁对板块边缘变化过程进行观 测研究。1999 年 10 月, 来自美国、加拿大、墨西哥、日本和澳大利 亚的 123 位科学家就板块边界观测项目召开研讨会 , 并形成报告正 式提交给美国自然科学基金会。2003 年美国自然科学基金会批准了 Earthscope的预算，并增加地质方面的内容GeoPBO。Earthscope作 为 NSF 重点研究设施 ( MRE) 项目, 包括 4 个组成部分:1) 建立大陆规模的流动测震台阵 ， 用于精化地壳及其下伏地幔的结 构;2) 建立由GPS、钻孔应变仪和激光应变仪构成的沿板块边界布设
2、的台网， 研究北美大陆西部板块边缘地区的变形;3) 利用 InSAR 技术研究大范围的地面变形;4) 开展穿过圣安德列斯断层的深孔钻探 ， 研究该断层滑动和地壳变 形的地下环境。2 ,PBO 拟解决的问题和手段PBO 主要研究下列科学问题:1) 驱动板块边缘变形的力有哪些?2) 是什么决定着板块边缘变形的空间分布?3) 板块边缘变形是怎样演化的?4) 是什么控制着地震发生的时空图像?5） 地震是如何成核的?6） 岩浆上升、侵入和喷发的动力学过程如何?7） 如何减小地震和火山喷发的危害?为了解决这些问题 , 就要在活动大陆构造过程所涉及的最大的空间 和时间尺度内, 恰当地描述板块边缘的形变, 它
3、涉及到包括板块边缘 动力学、活动构造、地震和火山活动等一系列学科。为了解出并量化 其形变过程 , 需要沿太平洋北美板块边缘布设连续记录的遥测应变 观测网oPBO就是要建立这样一个形变观测网，即：能充分地覆盖板 块边缘地带, 以了解长期的构造变化; 适当密度的观测点,以观测局 部现象（ 例如地震和岩浆活动） ; 必要的带宽（ 从数秒到数十年） , 以观测从静地震、慢地震到地震之间的应变积累以及地震之后的粘弹 性松弛的瞬变现象。PBO 所采用的大地形变观测手段, 是由钻孔应变仪（ BSM200 套） 、 激光应变仪（ LSM） 和全球定位系统接收机（ GPS 接收器975 套） 构 成的台网。钻孔
4、应变仪是理想的揭示短期（ 从数秒到数月） 连续形变 的仪器, 主要用于对地震和火山喷发之时和之前现象的观测; GPS 是 观测比较长期（ 从数周到数十年） 、大范围连续形变（ 地震之后的粘 弹性松弛、十年左右的应变积累和板块运动及其空间变化） 的理想仪 器; 激光应变仪既有钻孔应变仪的高精度, 又有 GPS 的长期稳定性, 可给钻孔应变仪和GPS观测系统提供补充信息。这3种仪器结合使 用, 就有可能在数分钟到数十年的整个时间尺度上, 以必要的空间分 辨率, 提供满足要求的、覆盖板块边缘整个地区的观测结果。这些仪 器由下列 3 个互相补充的单元组成。第一个单元是 GPS 的骨干网, 提供整个板块
5、边缘地区长波长、长周期形变的概要图像（ 图 1） 。该 观测网从阿拉斯加延伸到墨西哥, 从北美西海岸到科迪勒拉的东缘。接收机的间距约为200 km,在有条件的情况下观测数据与InSAR结 合使用。3, PBO 的基本宗旨PBO 的基本宗旨是:1）PBO 是一个由 UNAVCO 法人团体管理的地球物理观测台网。2）PBO 向有关的科学家提供有价值的新信息和数据, 以增加对基本 地球物理过程的认识。3）PBO 建立在已有的地区台网基础上, 地区研究人员作为 PBO 工 作人员的顾问, 对该台网提出建议, 保证 PBO 以及 地球透镜计划 科学目标的实现。U NAVCO法人团体的雇员负责PBO观测点
6、的建 设、维护、数据流、及时归档和数据产出。4）PBO利用UNAVCO法人团体GPS机构的资源和专家，以及在 地球透镜计划 名义下由国家科学基金投资建立的其它设施。5）PBO 利用北美西部大地观测和应变观测台网的经验和成果, 包括MiniPBO 的 GPS 应变观测项目、 SCIGN （ 南加州联合大地测量 网） 、BARD（ 海湾地区形变观测网） 、BARGEN （ 盆岭区大地测量 网） 、EBRY （ 东盆岭区观测网） 、PANGA（ 太平洋北西区大地测量 台阵） 和 AKDA（ 阿拉斯加形变观测台阵） 。6）PBO项目获得的所有数据都向科研人员和社会公开。所有PBO项 目开发的软件都放在
7、公共网页上。7）资源共享, 积极地开展国际合作 , 将 PBO 扩大到加拿大和墨西 哥。4, PBO 的管理PBO 的成功管理需要一个有效的管理结构和责权链 , 才能在预算内 按期完成计划、对投资人和学术界负责。要实现这个目标, PBO 要作 为 UNAV CO 法人团体的一个项目来运作。 UNAVCO 法人团体是 一个支持高精度大地测量和应变观测技术应用研究的非盈利组织 , 它负责审查 PBO 项目总指挥对项目的监督、预算、管理以及报告项 目的实施情况PBO 总指挥负责管理和实施观测计划, 监督两个关键人物! ! ! 运行 总管和数据产品总管。运行总管掌握 PBO 台网运作的各个方面, 负
8、责管理 PBO 运行方面的事务。运行总管和指派的地区工程师负责全 部台站的获准、GPS、应变仪和其它传感器的安装，台站基本数据（如 地点和天线高度）文件的归档, 以及 PBO 项目区内所有设备的维护。 这项工作的关键是协调已有的台网、新的骨干网和密集网建设之间的 关系。5 BO的工作计划及经费预算PBO 的主要仪器购置将在整个 5 年内完成， 以便采纳最新的技术。 第一年主要是招募和培养新人， 台站选址、勘察、评估和获准， 购置 设备， 为数据归档和数据产出做准备。台站建设将在第三年和第四年 达到高潮， 于第五年结束。在整个 PBO 建设所需的经费中 ， 预计 61%（ 61. 88 百万美元
9、） 用于设备及其运行和维护, 36%（ 36. 2 百万 美元） 是人员经费, 3% （ 2. 27 百万美元）用于办公用地和与维护无关 的交通6,结语PBO 是一个空前宏大的研究板块边缘运动的科学计划。限于篇幅,本 文只简要地介绍了该计划建议书的核心内容。中美两国情况不同, 有 些东西是无法比较的。但是作为科学研究人员, 我们知道美国的科学 研究发展远比中国领先许多。我们不仅要在具体科学研究领域奋起直 追, 而且应该在科学管理 （ 特别是制定科学发展计划 ） 方面虚心借 鉴oPBO计划的开始实施，还透露出这样一个信息：钻孔应变仪未来 将成为一种重要的地学观测手段。这种仪器可以弥补测震和 GPS 的 不足， 在数秒直到数月的时段范围里发挥高精度的优势， 为研究地壳 运动提供观测资料。这种仪器与其它观测仪器一起安装在同一个钻孔 中进行综合观测， 已经成为一种发展趋势。
