S-net觀測(cè)網(wǎng)是Seafloor observation network for earthquakes and tsunamis along the Japan Trench的縮寫，譯為“日本海溝海底地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)”。日本的東岸和南岸都面臨著板塊俯沖的發(fā)展帶，都有過慘重的歷史教訓(xùn)。其實(shí)在新世紀(jì)初，日本學(xué)術(shù)界就提出過ARENA計(jì)劃，建議在東岸外建設(shè)有3600km纜線的海底觀測(cè)網(wǎng)，以預(yù)警來自東邊的地震和海嘯，并且設(shè)有4個(gè)登陸點(diǎn)的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可惜這項(xiàng)龐大計(jì)劃最終流產(chǎn)，改為在南岸外建設(shè)300km的DONET網(wǎng)——現(xiàn)看來，當(dāng)然是決策錯(cuò)誤。

無情的2011年東北大地震打破了決策者的設(shè)想：特大地震不在南邊，而在東邊發(fā)生。3月11日地震發(fā)生時(shí)，在日本的東北岸外一共只有3臺(tái)地震儀、2臺(tái)海嘯儀能提供服務(wù)?！拔飿O必反”，正是這次大地震為日本的海地觀測(cè)帶來了大躍進(jìn)，在四年里完成了多少年做不成的事，現(xiàn)在建設(shè)的S-net網(wǎng)規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了十年前的ARENA計(jì)劃。當(dāng)然會(huì)有人說“早知今日，何必當(dāng)初”之類的風(fēng)涼話。

圖4-8 日本S-net海溝海底地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)

由六大系統(tǒng)150個(gè)站組成，包括：S1房總；S2茨城·福島；S3宮城·巖手；S4巖手·青森；S5釧路·青森；S6海溝軸外側(cè)（Kanazawaetal.，2013）

S-net觀測(cè)網(wǎng)于2015年建成，是迄今為止全球規(guī)模最大的海底實(shí)時(shí)觀測(cè)網(wǎng)，纜線總長(zhǎng)度5700km，相當(dāng)于北京到莫斯科的距離。日本東臨大洋，太平洋板塊在這里從東向西、以每年8cm的速度向日本俯沖，由此形成的日本海溝深達(dá)8000m，這里正是2011年大地震的源地?，F(xiàn)在的S-net網(wǎng)就是沿日本海溝布設(shè)，北起北海道、南抵東京灣東側(cè)的房總半島，覆蓋了從海岸到海溝共計(jì)25萬km2的廣大海域（圖4-8）。

S-net網(wǎng)由六大系統(tǒng)組成，由南向北為：房總系統(tǒng)（圖4-8的S1）；茨城·福島系統(tǒng)（S2）；宮城·巖手系統(tǒng)（S3）；巖手·青森系統(tǒng)（S4）；釧路·青森系統(tǒng)（S5）；沿日本海溝南北向布置的海溝軸外側(cè)系統(tǒng)（S6）。每個(gè)系統(tǒng)包括800km纜線和25個(gè)觀測(cè)站（只有海溝軸外側(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)達(dá)1600km），觀測(cè)站之間南北相距約50km，東西相距約30km，做到每個(gè)M7.5級(jí)的地震源區(qū)有一個(gè)觀測(cè)站（Kanaza-waetal.，2013）。

每個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)的纜線有兩個(gè)登陸站，可以從兩個(gè)方向?yàn)楣怆娎|提供高壓電源和接收信息（圖4-9），其目的是保證當(dāng)纜線發(fā)生故障時(shí)，觀測(cè)系統(tǒng)仍能繼續(xù)運(yùn)行。每個(gè)觀測(cè)站設(shè)有直徑34cm、長(zhǎng)226cm的地震儀和海嘯儀，裝在抗腐蝕、耐高壓的鈹銅質(zhì)容器中（圖4-10）。測(cè)水壓的海嘯儀具有很高的靈敏度，能夠識(shí)別1mm的水位變化。

圖4-9 S-net觀測(cè)網(wǎng)一個(gè)系統(tǒng)的組成

包括兩個(gè)登陸站，光電纜和觀測(cè)站的地震海嘯儀

觀測(cè)網(wǎng)的布設(shè)因深度而異：水深1500m以內(nèi)一律用“鋤埋設(shè)機(jī)”埋在海底以下1m，超過1500m的深水區(qū)則直接布放海底。圖4-11展示S-net觀測(cè)網(wǎng)中的一例，即最南端的房總系統(tǒng)（圖4-8中的S1）。該觀測(cè)系統(tǒng)是在2013年7月6日至10月24日期間，由9557噸的“すばる”船用“鋤埋設(shè)機(jī)”布放，水深20m以內(nèi)的淺水區(qū)由潛水員作業(yè)。

S-net觀測(cè)網(wǎng)是由日本文部科學(xué)省立項(xiàng)投資，專為地震海嘯布設(shè)的專用網(wǎng)，預(yù)警地震可望提前30秒，預(yù)警海嘯提前20分鐘。觀測(cè)網(wǎng)實(shí)時(shí)觀測(cè)的數(shù)據(jù)，均即時(shí)向防災(zāi)科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、氣象廳等單位傳送，如圖4-12所示。

圖4-10 觀測(cè)站的地震海嘯儀

圖4-11 房總觀測(cè)系統(tǒng)

圖4-12 S-net觀測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送

東邊的S-net針對(duì)太平洋板塊（圖4-13的A），南邊的DONET針對(duì)菲律賓板塊（圖4-13的B）。進(jìn)一步的計(jì)劃是與大洋鉆探計(jì)劃（IODP）相結(jié)合，在日本南邊岸外的“南海海溝”完成深鉆，建立井下地球物理觀測(cè)站，進(jìn)一步與海底觀測(cè)網(wǎng)相連接，目前已經(jīng)有一個(gè)井下站完成連接（圖4-13右下角）。

圖4-13 日本東、南岸外的海底地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)綜覽

應(yīng)該說明，海底觀測(cè)并不都要纜線聯(lián)網(wǎng)，海上的地震觀測(cè)和研究也還有多種途徑。日本早在2000—2004年，就在其東北岸外布設(shè)了5套海底大地測(cè)量系統(tǒng)，每套在測(cè)量點(diǎn)的周圍布設(shè)4個(gè)鏡式發(fā)射應(yīng)答機(jī)，每年派船測(cè)量3次，由船上發(fā)射信號(hào)，通過全球定位/聲學(xué)組合技術(shù)確定該點(diǎn)的精確位置（圖4-14）。正因?yàn)橛羞@些設(shè)備，2011年大地震后才能立即測(cè)得這五處的最大位移發(fā)生在MYG1站，水平位移達(dá)24m，垂向位移達(dá)+3m（圖4-15），為日本東北大地震造成的地殼變動(dòng)提供了精確的數(shù)據(jù)（Satoetal.，2011）。此外，布置在震中附近海底的海嘯儀，也記錄了震前震后的海底壓力變化（Hino et al.，2014）。

圖4-14 海底大地測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用（Sato et al.，2011）

圖4-15 日本2011年東北大地震造成的海底

（a）水平位移；（b）垂向位移（Sato et al.，2011）