地球的半径有6 000多千米，而我们人类的活动空间基本上是从海面到山顶，通常局限在上下几百米、至多几千米的范围之内，只占地球半径的几千分之一乃至几万分之一。我们生活中接触的大气、海洋以致地壳，属于地球的表层系统；而真的要了解地球系统还必须“由表及里”，不能忽视地球的主体——深部的地幔和地核。提醒我们不能忽视深部的是火山和地震：一旦深部的物质和能量快速释放到表层，就会给人类带来毁灭性的灾害。
世界上80%的火山爆发和地震发生在海底，而且主要沿着地壳的边界：新生地壳形成的大洋中脊和地壳消亡的大洋俯冲带。因此，海底观测最早的主题就是地震，将地震仪放到海底（最好是海底钻井的基岩里），就可以大为提高监测地震的灵敏度和信噪比。1991年开始建设的“大洋地震网”，就是在大洋钻探（ODP）的钻孔中设置地震仪，第一个设在夏威夷西南水深4 400米、井深近300米的海底玄武岩里，仅4个月就记录了55次远距离的地震。[6]
海底监测地震的目的是要测得地壳微细的移动，而对此最为敏感的是地壳里的液体。因而在海底钻井里监测地震的过程中，发展了一项关键技术称为“海底井塞（CORK）”。这种20世纪90年代发明的装置安在井口，防止地层水从井口逸出或海水从井口侵入。安装“井塞”是监测海底地下水的“绝招”，既能测定岩石中流体的温度、压强，还可以取样分析（图2）。此后的13年里，大洋钻探在18个井口安装了“海底井塞”，大大推进了“大洋地震网”计划[7]。海底地震观测网的另一项技术是用光纤电缆与岸上连接以输送能源和信息，如果有退役的海底电信缆线可供利用，就能大幅度降低成本。1998年美国在夏威夷和加利福尼亚之间建成水深5 000米的H2O海底地震观测站，利用的就是退役的AT&T越洋电缆。20世纪90年代末期，日本也利用本州到关岛、冲绳到关岛的退役越洋电缆，建设深水地震监测站。
其实，海底观测最初的应用是军事，最早进行海底观测的是美国海军。利用低频声波能在海水中远距离传播的原理，海底设置的水听设备能够监测鲸鱼群的迁移，也能发现并分辨潜艇有几个螺旋桨，还是核潜艇。1962年“古巴事件”时，美国就是用1952年安置在北大西洋深海底的“声波监听系统”（SOSUS）水听设备，发现了苏联的潜艇。“冷战”结束后，“声波监听系统”向民用开放，美国科学家用它来监听海底地震，发现比陆上监测的灵敏度高出上千倍。仅在1999—2002年间，就接收到大西洋中脊7 785次地震，比陆地台站接收到的多5倍[8]，从此水听设备成为海底观测系统的重要部分。地球表面的三分之二是海洋，没有海底观测网，人类对地震的理解和预警无法实现。(www.xing528.com)
大洋中脊和俯冲带，是地球深部通向表层系统的窗口，也是多少亿年来地球内部能量向外释放的通道。将对地观测系统直接放到海底这些通道口上，就是为揭示深部与表层的相互作用铺路架桥；而海底的“热液”活动，正是这种相互作用的重要表现。
图2 深海观测系统的组成：海底、井下、船上观测设备的结合（CORK为“海底井塞”）
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