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1、第一节张衡的候风地动仪第二节现代地震仪第三节地震台与地震观测台网第四节地震定位第五节震级测定 第六章地震仪及地震基本参数的测定 如果记录了地面震动整个过程的全部历史的仪器叫地震仪 地震观测推动了地震学的诞生和发展 地震观测是地震学的基础 它对地震学乃至整个地球科学的发展起着极其重要的作用 记录地震波到达时间的仪器叫验震器 地震仪对于精确确定远处地震的位置 测量地震的大小和确定地震断层破裂的机制是必不可少的 由于地震 波 的振幅和频率变化大 设计这样的仪器不是很简单的 甚至今天 真能有效记录地震任何细节的地震仪是十分昂贵的 张衡 第一节张衡的候风地动仪 候风地动仪是中国古代观测地震的仪器 是东汉
2、张衡于公元132年创制的 候风地动仪是利用惯性原理 在仪器内底部中央 立有一根都柱 即倒立的惯性振摆 围绕都柱设有八条滑道 滑道上面 装有八组 牙机 即传动杠杆 其外端呈曲尺形 穿有枢轴 通出仪器外面与龙头上颌接合 候风地动仪的灵敏度很高 据史料记载 候风地动仪曾接收到震中在陇西 而洛阳人未曾感觉到的地震所引起的地面振动 随着自然科学和社会科学的发展 张衡的这项发明引起国内外高度的重视和深入的研究 后汉书 张衡传 详细记载了张衡的这一发明 阳嘉元年 复造候风地动仪 以精铜铸成 员径八尺 合盖隆起 形似酒尊 饰以篆文山龟鸟兽之形 中有都柱 旁行八道 施关发机 外有八龙 首衔铜丸 下有蟾蜍 张口承
3、之 其牙机巧制 皆隐在尊中 覆盖周密无际 如有地动 尊则振 龙机发 吐丸而蟾蜍衔之 振声激扬 伺者因此觉知 虽一龙发机 而七首不动 寻其方向 乃知震之所在 验之以事 合契若神 自书典所记 未之有也 尝一龙机发 而地不觉动 京师学者咸怪其无征 后数日驿至 果地震陇西 于是皆服其妙 自此以后 乃令史官记地动所从方起 复原研究的三个里程碑 1875年 服部一三 文字变猜想图形1951年 王振铎 变成展览模型2008年 科学复原 变成科学仪器 具有了科学生命 张衡的候风地动仪 Seismoscope 王振铎经过对历史资料的整理和研究 并总结了一些地震学家的研究成果 于1959年又将张衡的候风地动仪重新
4、复原 陈列在中国历史博物馆内 王振铎1963年 王振铎1951年 地动仪是验震器 不是地震它不动只有地震它才晃 中有都柱 报警器 只要地动 我就动 张衡的候风地动仪 Seismoscope 以中国地震局地球物理研究所冯锐研究员为首的候风地动仪课题组 希望研制出和原先一样的候风地动仪 思考 用所学知识分析 候风地动仪的工作原理 其是如何确定地震方位的 限于工艺 张衡的地动仪不会是非常精致的 从近代科学意义上看 候风地动仪不应该算作地震仪 只能是验震器 除了功能不如近代地震仪 主要原因是它没有时间记录 即使地面震动晃动地动仪内的摆 摆的方向也不一定能惟一地显示出震源方向 遗憾的是 这精巧的仪器失传
5、了 而且 详细的内部机制也没有被记录流传下来 直到很久以后 才发明了能真实测量地动整个过程的地震仪 现代地震仪和地动仪一样 利用的是摆的惯性原理 肯定地说 地动仪是现代地震仪的先驱 国外一千多年后才出现类似的仪器 五个阶段代表仪器 1 张衡地动仪 水银验震器 1848意大利人契托利 2 1879年英国人伊文测震仪日本大森熏烟记录水平摆式测震仪 3 1906年俄国伽利津制成电流计记录式测震仪 4 二战后 运用电子放大方法 放大倍率大 数万到数百万倍 频率宽 0 001 数千秒 1969年美国在月球表面安装地震仪进行月震遥测 5 数字地震仪 数字技术与微处理技术 中国测震技术发展简介 解放前 北京
6、西山鹫峰台 上海徐家汇观测台 南京北极阁观测台 解放后 1958年研制成功 581型微震仪 电子管放大 基准台十余处 65年65型微震仪 晶体管 电流计放大原理 1976 1982年 全国组建了解100多个地震遥测台 6个大型区域遥测台 仪器DD 1中长期测震仪 墨水记录 90年以后 数字地震仪 加速度地震仪 强震仪 数字台网建设 第二节现代地震仪 一 现代地震仪的诞生18世纪早期 在欧洲才出现记录地震的仪器 当时是用摆显示地动 然而 地震仪的发展是缓慢的 早期的验震器不能记录地震波到达的时间 也不能给出地震动的永久记录 1880至1890 访日的英国人约翰 米尔恩 詹姆斯 尤因和托马斯 格雷
7、 在日本研制出记录地震动随时间变化的第一架具有科学意义而且较为实用的地震仪 二战后 地震仪的放大倍数提高到数万倍甚至数百万倍 同时也展宽了观测频率范围 新的仪器不断出现 运用计算机快速处理和储存地震资料 使地震学的发展步入了一个崭新的阶段 二 现代地震仪工作原理虽然现代地震仪比米尔恩的地震仪复杂得多 但是所依据的基本原理是一样的 原理就是惯性 地震时 地面同时在三个方向上运动 上下 东西和南北 地面运动可以是位移 速度或加速度 它们是随时间变化的三维矢量 为了研究完整的地面运动 一定要将这三个分量都记录下来 地面振动幅度的大小在很大一个量级范围内变化 记录不同频段地震波的长周期 短周期 中长周
8、期及宽频带等具有不同频率响应特性的地震仪 地震仪器由三个主要部件组成的观测系统 其作用是 当地震时拾取地面振动 加以放大 亦可缩小 然后将地震过程用记录器记录下来 描成地震连续运动图形 得于永远保存 地震仪的工作原理 即 拾震器 放大器和记录器 现代地震仪 Seismometer 基本原理 地震仪是建造在以一套弹簧 摆为拾震器的基础上 即俗称的摆式地震仪 地震仪摆的类型 地震仪原理示意图 意大利地质学家帕尔米里于1856年制造的电磁地震记录仪它已能记录地震到达当地的时间 在19世纪中叶 意大利人卢伊吉 帕尔米里在对维苏威火山的观测中制造了一台地震仪 它也能记录地震的时间 在1856年的首次使用
9、中 帕尔米里借助他的电磁地震仪通过螺旋弹簧上一物体的运动测到地面的垂直运动 并且通过在U形管内水银的运动测到地面的水平运动 虽然帕尔米里的仪器和那个时代的其他仪器不是现代意义上的地震仪 但是它们确实能给出地震的方向 强度和持续时间 并且能对水平运动和垂直运动都有反应 记录系统 人们用仪器观测地震 仪器的作用 是要将非人力所能觉察的微观地震现象 取得到手 以供研究 这就需要通过放大装置 然后进行记录 这说明 地震仪的制造 在确定摆的参数之后还须配好放大装置及记录器 成一套完全的记录系统 记录器 现代地震仪 现代化的野外地震仪 地震图 Seismograms 地震图也被称为地震记录 第一个远震记录
10、 在德国Potsdam记录到的日本发生的地震 1906年旧金山地震记录 1906年旧金山地震时 加利福尼亚大学里克观测台尤因地震仪在旋转圆盘上记录了地面南北方向和东西方向上的地震波动 1983 4 3哥斯达黎加地震在德国贝尔恩台记录的运动垂直分量记录中最明显的是通过大洋路径传播过来的瑞利波 图6 2数字地震仪工作原理框图 第一步第二步第三步第四步第五步 数字记录 地震动 数字化地震观测系统的简易模型 以下简要介绍地震仪器的分类地震计介绍海洋地震观测技术地震仪器的工作环境 测震仪的分类 1 按测震仪所记录地面运动的周期范围分类 2 按测震仪器所能记录地面运动的强度分类 3 按记录地震信号的模式分
11、类 4 按放大地震信号的方式分类 5 按最终见到的记录介质分类 1 按测震仪所记录地面运动的周期范围分类 短周期测震仪 频带处在高频干扰和海浪干扰之间的测震仪叫做短周期测震仪 中长周期宽频带测震仪 由于地震噪声干扰的影响 使得灵敏度很高 频带很宽的测震仪没有实用价值 但是可以使用较低灵敏度的测震仪在较大的周期范围内来观测较远 较强的地震 长周期测震仪 在海浪干扰之外至百秒周期的范围内 可以使用长周期测震仪来观测地震面波 超长周期测震仪与甚长周期测震仪 观测周期达数百秒甚至更长的测震仪可归为超长周期与甚长周期测震仪 这类仪器一般可观测到地球的固体潮 1 按测震仪所记录地面运动的周期范围分类 2
12、按测震仪器所能记录地面运动的强度分类 微震仪 微震仪是专门用于观测近距离微小地震的仪器 微震一般是指 1 ML 3的地震 这样的地震在地表引起的振动很小 要观测记录到它 须在距震中较近的范围内 1000km 用放大率很高的测震仪才能实现 周期在0 1 2s的范围 中强震仪 一般指3 5级左右的地震 周期在2 5s范围之内 强震仪 强震仪是地震工程研究中获得客观定量数据的主要仪器 为了确定强震的一些参数 需要利用地面运动的加速度时程曲线 加速度随时间的变化过程 因此 强震仪都是直接记录地面运动加速度的 3 按记录地震信号的模式分类 模拟记录测震仪 以与地面运动相类似的图形的变化方式进行记录的测震
13、仪 数字记录测震仪 将地震信号进行数字化处理后 以数字量的形式把地震信号记录在某种介质 磁带 磁盘 光盘等 之上的测震仪 测震台网中使用的数字测震仪一般指宽频带 大动态 智能化的数字测震仪 4 按放大地震信号的方式分类 一般分为杠杆放大测震仪 电流计放大测震仪 电子放大测震仪 5 按最终见到的记录介质分类 熏烟记录测震仪 照相记录测震仪 墨水记录测震仪 其他记录形式的测震仪 如采用热敏笔 紫外线等记录方式进行记录 地震计介绍 短周期地震计JCV 104动圈换能反馈地震计FSS 3 FBS 3甚宽频带地震计CTS 1超宽频带地震计JCZ 1甚宽频带地震计STS 2甚宽频带地震计CMG 3 一 短
14、周期地震计JCV 104 生产厂家 北京港震公司机械自振周期 1秒灵敏度 350伏秒 米动态范围 80分贝 二 动圈换能反馈地震计FSS 3 FBS 3 频带范围 FBS 3 0 05Hz 20Hz灵敏度 1000VS m动态范围 120dB 频带范围 FSS 3 1Hz 40Hz灵敏度 800VS m动态范围 120dB 三 甚宽频带地震计CTS 1 生产厂家 武汉地震研究所频带范围 120秒 50赫兹灵敏度 2x1000伏秒 米 差分电容位移换能电子反馈甚宽频带地震计 四 超宽频带地震计JCZ 1 生产厂家 武汉地震研究所频带范围 VBB 360秒 50赫兹LP DC 360秒 加速度 灵
15、敏度 2x1000伏秒 米 差分电容位移换能电子反馈超宽频带地震计 五 甚宽频带地震计STS 2 六 宽频带地震计CMG 3T 海洋地震观测技术 沉浮式 我国海岸线长达18000公里 海中有5000多个大小岛屿 历史上在渤海 黄海 南海等地多次发生过6级以上地震 外观 宽频带或甚宽频带观测台站设计示意图主体建设在地下 并采用了双层保温措施 具有风干扰小 温度变化小的特点 地震计的工作环境 一 地震台地震台 seismicstation 是指利用各种地震仪器进行地震观测的观测点 是开展地震观测和地震科学研究的基层机构 很久以前的地震台多是建在天文台附近 因为可以获得准确的时间 第三节地震台与地震
16、观测台网 米尔恩1895年从日本回到英国 在怀特岛的赛德建立了地震台 后来该台成为著名的地震研究中心 不到几年时间 他就组建了第一个全球地震台网 10个台在大不列颠 30个台在国外 随着在赛德的记录积累 他开始系统地分析地震类型 地震台的数目稳步增加 到1957年国际地震概要 InternationalSeismologicalSummary 列入了大约600个地震台 国际地震概要是由米尔恩的赛德台的继承者在英国操作的一个国际组织 由于米尔恩对地震观测的贡献 他被称为现代地震学的奠基人 北京国家地球观象台 简称北京台 的前身是鹫峰地震台 鹫峰地震台是我国自己创建的最早的地震台 1930年开始记录 1937年因日军大举侵略中国而被迫停止运行 1955年 地震台改建在北京西郊白家疃 1957年恢复地震观测 同时增加地磁观测项目 1982年年底在台站南侧约2千米处修建了长202米的大型山洞 为开展高灵敏度地球物理观测和仪器研制 运行试验提供了良好的环境 1983年5月北京台被国家地震局 现中国地震局 确定为中美合作中国数字地震台网 CDSN 的示范性数字地震观站 二 地震观测台网地震台网 s
