地震仪

本节贡献者

姚家园(作者)、 田冬冬(审稿)

最近更新日期

2021-05-31

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基本原理

地震仪(seismograph)是检测和记录地面质点运动(位移、速度、加速度、转动等)的仪器,主要由地震计(seismometer)和数据记录系统组成。其中,地震计用于直接拾取地面运动并将其转换为符合数据记录系统需要的能量形式,而数据记录系统用于记录地面运动。

如以下卡通图所示,固定在地表的框架上挂有弹簧,并将重物悬挂在弹簧上,可以形象表示地震计;固定在框架上的旋转的鼓形象地代表了数据记录系统。当地球表面振动时,框架、弹簧、鼓随之移动,而重物悬浮不动。若在重物上固定一支笔,则地表和重物之间的相对运动就会被笔在旋转的鼓面上描绘出来,鼓面记录到的运动轨迹代表了地面质点运动,即地震图(seismogram)。可以看出,地震仪的基本原理是惯性定律。

地震仪的原理示意图

地震仪的原理示意图。引自 How Does a Seismometer Work?

地震学研究中使用的地震仪对地面运动高度敏感,在非常安静的地区,甚至可以检测到 1 纳米的位移,几乎与原子间距一样小。大地震(如 2004 年印度尼西亚的苏门答腊地震)产生的地震波可以被全球范围的地震仪记录到,振幅高达到几厘米。

数据记录和传输

地震学工作者在全球范围布设了许多地震仪,有的布设在地表,有的布设在地下。有的地震仪配备了充电设备(如太阳能面板)、网络通讯设备,以便长期稳定地运行,并实时传输数据。

地震发生后,其激发的地震波会在地球内部传播。地震波传播至地震仪位置时,地震仪会随即将其记录下来,并将其转换为数字记录,存储起来。配有蜂窝电话、宽带网络或卫星通信系统的台站,还可以将数据实时传输到数据处理中心。最后,科研人员和大众可以利用互联网在数据中心下载数据,开展研究工作。

地震数据记录和传输示意图

地震学数据地记录和传输示意图。引自 How does a seismic station work?