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长期火山监测——一项实地研究
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长期火山监测——一项实地研究

监测火山活动是减轻自然灾害风险的重要环节。近年来,大多数致命事故都发生在能量较低、活动程度中等的火山上,而这些火山往往也是颇具吸引力的旅游胜地(例如2014年日本御嶽山的喷发)。 对于此类火山,监测工作涉及在密集的监测网络上进行多物理场测量。分布式传感器网络必须能够轻松适应火山状态的变化,以及新活跃区域(如喷气孔或土壤中高热通量区域)的出现。

雷恩地球科学研究所(UMR-6118,由雷恩大学与法国国家科学研究中心(CNRS)共同组建的联合研究单位)的团队,在过去15年中一直对拉格朗德苏弗里耶尔火山进行监测实验。拉格朗德苏弗里耶尔火山位于瓜德罗普岛,该岛是法国位于加勒比海南部的一个海外地区。

鉴于该火山自2014年以来活动再度增强,地球科学实验室决定通过部署一套传感器网络(例如:喷气孔中的Pt100传感器、 1D和3D地震检波器、土壤中的热电偶、压力传感器以及沸腾酸湖中的Pt100)来增强对熔岩穹顶顶部的监测能力。 鉴于团队此前使用Gantner Instruments公司e.系列产品(e.reader、e.pac和e.bloxx)的良好体验,他们决定继续选用Q.series产品来构建新的数据采集网络。

数据采集概念
图1:数据采集原理

图1展示了自2015年以来投入运行的基本网络概览:一个Q.station 101主机,配合多个分布在三条RS485总线上的Q.bloxxA108和 A107模块。风力涡轮机和光伏装置为该网络提供电力。 通过长距离Wi-Fi链路将数据传输至10公里外的火山观测站。GPS天线用于对Q.station进行时间同步,这一点尤为关键,因为需要精确的时间同步才能将通过连接至A108模块的地震检波器采集的地震数据进行相关性分析。 鉴于其多功能性,A107模块被部署在活动最频繁的区域,利用电阻、电压或电流传感器进行多物理场测量。A107模块的灵活性使IPGP能够在测量活动中测试其传感器原型。

用于火山监测的Pelicase DAQ硬件
图2:用于火山监测的Pelicase DAQ 硬件
鹈鹕箱

火山顶部的环境条件极为恶劣。主要困难包括强热带降雨(年降雨量8,000毫米)、强风、雷暴以及喷气孔排放的酸性气体。尽管环境条件如此恶劣,Gantner Instruments的系统仍几乎始终保持运行状态。 这些系统采用“双箱”技术进行防护。最外层的第一层箱体用于抵御暴雨和强风。该箱体内部的环境条件大致符合IP62防护等级,但存在酸性气体这一例外。 随后,在第一层箱体内放置一个Pelican箱,其中装有DAQ系统,并能有效防止湿气和酸性气体侵蚀。

Q.分布在火山周围不同地点的监测站

地球科学实验室目前正在通过在火山周围的不同地点安装多台Q.station,来完善其数据采集网络。该方案缩短了易受雷击影响的RS-485线路长度,而GPS时间同步功能则为所有测量数据提供了统一的时间基准。

关于如何将Gantner Instruments数据采集(DAQ)平台获取的数据用于科学研究,您可以参考我们最近发表的论文《通过地震与μ子联合监测探测到的熔岩穹丘中热液活动的突变》,该论文已在线发布。

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