Кой е изобретил сеизмографа - кога е изобретен? Кой и кога е изобретил първия сеизмограф за прогнозиране на земетресения Как работи сеизмографът.

ръководител на лаборатория сеизмометрия на Института по физика на Земята РАН

Миналият век даде на света откритието на B.B. Голицин на галванометричния метод за наблюдение на сеизмични явления. Последващият напредък на сеизмометрията е свързан с това откритие. Наследниците на случая Голицин бяха руският учен Д.П. Кирнос, американците Ууд-Андерсен, Прес Юинг. Руската школа по сеизмометрия при Д.П. Кирнос се отличава с внимателното проучване на оборудването и методите за метрологично осигуряване на сеизмични наблюдения. Записите на сеизмични събития станаха собственост на сеизмологията при решаване не само на кинематични, но и на динамични задачи. Естествено продължение на развитието на сеизмометрията беше използването на електронни средства за получаване на информация от тестовата маса на сеизмометрите, използването й в осцилографията и в цифровите методи за измерване, натрупване и обработка на сеизмични данни. Сеизмометрията винаги се е радвала на плодовете на научно-техническия прогрес на ХХ век. В Русия през 70-80-те години. са разработени електронни сеизмографи, които покриват честотния диапазон от свръхниски честоти (формално от 0 Hz) до 1000 Hz.

Въведение

земетресения! За тези, които живеят в активни сеизмични зони, това не е празна фраза. Хората живеят в мир, забравяйки за предишното бедствие. Но изведнъж, най-често през нощта, идва ИТ. В началото само треперене, дори изхвърляне от леглото, звънене на чинии, падане на мебели. После грохотът на срутващи се тавани, непостоянни стени, прах, мрак, стенания. Така беше през 1948 г. в Ашхабад. Страната научи за това много по-късно. Горещо. Почти гол служител на Института по сеизмология в Ашхабад същата нощ се готвеше да говори на републиканска конференция по сеизмичност и пишеше доклад. Започна около 2 часа. Той успя да избяга в двора. На улицата, сред облаци прах и тъмна южна нощ, нищо не се виждаше. Съпругата му, също сеизмолог, успява да влезе във вратата, която веднага беше затворена от двете страни от срутени тавани. Сестра й, която спяла на пода заради жегата, била покрита от гардероб, чиито врати се отваряли, за да осигурят „убежище“ на тялото. Но краката бяха прищипани от горната част на шкафа.

В Ашхабад няколко десетки хиляди жители загинаха поради нощното време и липсата на антисеизмични сгради (чух оценки за до 50 000 загинали. Във всеки случай Г. П. Горшков, ръководител на катедрата по динамична геология, Московска държава Университетът, каза така. Ед.) Добре оцеляла сграда, за която архитектът, който я е проектирал, беше осъден за преразход.

Сега в паметта на човечеството има десетки исторически и съвременни катастрофални земетресения, които отнеха милиони човешки животи. От най-силните земетресения може да се изброят като Лисабон 1755, японски 1891, Асам (Индия) 1897, Сан Франциско 1906, Месина (Сицилия-Калибрия) 1908, китайски 1920 и 1976. (Вече много по-късно от Ашхабад през 1976 г. в Китай, земетресение взе 250 000 живота, а миналогодишното индийско също уби най-малко 20 000 изд.), Японско 1923 г., Чили 1960 г., Агадир (Мароко) 1960 г. гю, Аляска, 1964 г. (Армения) 1988 г. След земетресението в Аляска, Benyeoff, американски специалист в областта на сеизмометрията, получава запис на собствените вибрации на Земята като топка, която е била ударена. Преди и особено след силно земетресение има поредица - стотици и хиляди - от по-слаби земетресения (афтершокове). Наблюдението им с чувствителни сеизмографи дава възможност да се очертае зоната на основния шок и да се получи пространствено описание на източника на земетресението.

Има два начина за избягване на големи загуби от земетресения: антисеизмично строителство и ранно предупреждение за възможно земетресение. Но и двата метода остават неефективни. Антисеизмичната конструкция не винаги е адекватна на вибрациите, причинени от земетресения. Има странни случаи на необяснимо разрушаване на стоманобетон, какъвто беше случаят в Кобе, Япония. Структурата на бетона е нарушена до такава степен, че бетонът се разпада на прах в антивъзлите на стоящите вълни. Има ротации на сгради, както се наблюдава в Спитак, Ленинакан, в Румъния.

Земетресенията са придружени от други явления. Сиянието на атмосферата, прекъсването на радиокомуникациите и не по-малко ужасното явление на цунами, чиито морски вълни понякога се появяват, ако центърът (центърът) на земетресението се случи в дълбоководен ров на Световния океан (не всички земетресения, възникващи по склоновете на дълбоководен ров са цунамигенни, но последните се откриват с помощта на сеизмографи чрез характерни признаци на изместване във фокуса). Така беше в Лисабон, в Аляска, в Индонезия. Те са особено опасни, защото почти внезапно се появяват вълни на брега, на островите. Пример за това са Хавайските острови. Вълната от земетресението на Камчатка през 1952 г. дойде неочаквано след 22 часа. Вълната цунами е незабележима в открито море, но когато излезе на брега, тя придобива стръмност на водещия фронт, скоростта на вълната намалява и възниква прилив на вода, което води до нарастване на вълната понякога до 30 m, в зависимост от силата на земетресението и релефа на брега. Такава вълна е напълно отмита в късната есен на 1952 г. в град Северо-Курилск, който се намира на брега на пролива между около. Парамушир и около. Шумшу. Ударът на вълната и движението й назад бяха толкова силни, че танковете, които бяха в пристанището, просто бяха отнесени и изчезнаха „в неизвестна посока“. Очевидец разказа, че той се събудил от вибрациите на силно земетресение и не можел бързо да заспи. Изведнъж той чу силен нискочестотен тътен откъм левия борд. Гледайки през прозореца и не се замисляйки нито за миг в какво се намира, той скочи върху снега и хукна към хълма, като успя да изпревари настъпващата вълна.

Горната карта показва най-сеизмично активния тихоокеански тектонски пояс. Точките показват епицентрите на силни земетресения само за 20-ти век. Картата дава представа за активния живот на нашата планета, а нейните данни говорят много за възможните причини за земетресенията като цяло. Има много хипотези за причините за тектоничните прояви по лицето на Земята, но все още няма надеждна теория за глобалната тектоника, която да дефинира еднозначно теорията на явлението.

За какво са сеизмографите?

На първо място, за да се проучи самото явление, след това е необходимо да се определи по инструментален начин силата на земетресението, неговото място на възникване и честотата на възникване на тези явления на дадено място и преобладаващите места на тяхното възникване. Еластичните вибрации, възбудени от земетресение, като лъч светлина от прожектор, са способни да осветят детайлите от структурата на Земята.

Възбуждат се четири основни типа вълни: надлъжни, с максимална скорост на разпространение и идващи на първо място до наблюдателя, след това напречни трептения и най-бавни - повърхностни вълни с трептения по елипса във вертикалната равнина (Рейлей) и в хоризонталната равнина (Любов) в посока на разпространение. Разликата във времето на пристигане на първата вълна се използва за определяне на разстоянието до епицентъра, позицията на хипоцентъра и за определяне на вътрешната структура на Земята и местоположението на източника на земетресения. Чрез записване на сеизмични вълни, които преминаха през ядрото на Земята, беше възможно да се определи нейната структура. Външното ядро ​​беше в течно състояние. В течността се разпространяват само надлъжни вълни. Твърдото вътрешно ядро ​​се открива с помощта на напречни вълни, които се възбуждат от надлъжни вълни, които удрят границата течност-твърдост. От картината на регистрираните трептения и видове вълни, от времената на пристигане на сеизмичните вълни от сеизмографите на земната повърхност, беше възможно да се определят размерите на съставните части на ядрото, тяхната плътност.

Решават се и други проблеми за определяне на енергията и земетресенията (магнитудите по скалата на Рихтер, нулевият магнитуд съответства на енергията и 10(+5) джаула, максималният наблюдаван магнитуд съответства на енергията и 10(+20-+21) J), спектрален състав за решаване на проблема с изграждането на сеизмична устойчивост, за откриване и контрол на подземни тестове на ядрени оръжия, сеизмичен контрол и аварийно спиране на такива опасни съоръжения като атомни електроцентрали, железопътен транспорт и дори асансьори във високи сгради, контрол на хидравлични конструкции. Ролята на сеизмичните инструменти в сеизмичното проучване на полезни изкопаеми и в частност при търсенето на "резервоари" с нефт е безценна. Те бяха използвани и при разследването на причините за смъртта на Курск, с помощта на тези устройства бяха установени времето и силата на първата и втората експлозия.

Механични сеизмични инструменти

Принципът на действие на сеизмичните сензори - сеизмометри - образуващи сеизмографска система, която включва такива възли - сеизмометър, преобразувател на неговия механичен сигнал в електрическо напрежение и записващо устройство - устройство за съхранение на информация, се основава непосредствено на първия и третия закон на Нютон - свойството на масите към инерция и гравитация. Основният елемент на устройството на всеки сеизмометър е масата, която има определено окачване към основата на устройството. В идеалния случай масата не трябва да има механични или електромагнитни връзки с тялото. Просто виси в космоса! Това обаче все още е неосъществимо в условията на привличането на Земята. Има вертикални и хоризонтални сеизмометри. Първо, масата има способността да се движи само във вертикална равнина и обикновено се окачва с пружина, за да противодейства на силата на гравитацията на Земята. При хоризонталните сеизмометри масата има степен на свобода само в хоризонталната равнина. Равновесното положение на масата се поддържа както от много по-слаба пружина на окачването (обикновено плоски пластини), така и най-вече от възстановяващата гравитационна сила на Земята, която е силно отслабена от реакцията на почти вертикалната ос на окачването и действа в почти хоризонталната. равнина на движение на масата.

Най-древните устройства за записване на земетресения са открити и възстановени в Китай [Savarensky E.F., Kirnos D.P., 1955] . Устройството нямаше средства за запис, а само помогна да се определи силата на земетресението и посоката към неговия епицентър. Такива инструменти се наричат ​​сеизмоскопи. Древният китайски сеизмоскоп датира от 123 г. сл. Хр. и е произведение на изкуството и инженерството. Вътре в художествено оформения съд имаше астатично махало. Масата на такова махало се намира над еластичния елемент, който поддържа махалото във вертикално положение. В съда по азимутите има устата на дракони, в които са поставени метални топчета. При силно земетресение махалото удря топките и те падаха в малки съдове под формата на жаби с отворени уста. Естествено, максималните въздействия на махалото паднаха по азимута върху източника на земетресението. От топките, открити в жабите, е било възможно да се определи откъде идват земетръсните вълни. Такива инструменти се наричат ​​сеизмоскопи. Те се използват широко днес, като предоставят ценна информация за големи земетресения в огромен мащаб на голяма площ. В Калифорния (САЩ) има хиляди сеизмоскопи, записващи с астатични махала върху сферично стъкло, покрито със сажди. Обикновено се вижда сложна картина на движението на върха на махалото върху стъклото, в която могат да се различат трептения на надлъжни вълни, указващи посоката към източника. А максималните амплитуди на траекториите на запис дават представа за силата на земетресението. Периодът на трептене на махалото и неговото затихване са зададени по такъв начин, че да се моделира поведението на типичните сгради и по този начин да се оцени интензивността на земетресенията. Силата на земетресенията се определя от външните характеристики на въздействието на вибрациите върху хора, животни, дървета, типични сгради, мебели, прибори и др. Има различни скали за оценка. В медиите се използва "скала на Рихтер". Това определение е предназначено за масов обитател и не отговаря на научната терминология. Правилно е да се каже - магнитудът на земетресението по скалата на Рихтер. Определя се чрез инструментални измервания с помощта на сеизмографи и условно обозначава логаритъма на максималната скорост на запис, свързан с източника на земетресението. Тази стойност условно показва освободената енергия от еластични вибрации в източника на земетресение.

Подобен сеизмоскоп е направен през 1848 г. от италианския Cacciatore, в който махалото и топките са заменени с живак. По време на вибрациите на земята живакът се излива в съдове, разположени равномерно по азимути. В Русия се използват сеизмоскопи на С. В. Медведев, в Армения се разработват сеизмоскопи на АИС на А. Г. Назаров, в които се използват няколко махала с различни честоти. Те дават възможност за грубо получаване на вибрационни спектри, т.е. зависимост на амплитудата на записите от честотите на вибрациите по време на земетресение. Това е ценна информация за проектантите на антисеизмични сгради.

Първият сеизмограф с научно значение е построен през 1879 г. в Япония от Юинг. Тежестта на махалото беше чугунен пръстен с тегло 25 кг, окачен върху стоманена тел. Общата дължина на махалото беше почти 7 метра. Поради дължината се получава инерционен момент от 1156 kgּ м 2. Относителните движения на махалото и земята бяха записани върху опушено стъкло, въртящо се около вертикална ос. Голям инерционен момент допринесе за намаляване на ефекта от триенето на върха на махалото върху стъклото. През 1889 г. японски сеизмолог публикува описание на хоризонтален сеизмограф, който служи като прототип за голям брой сеизмографи. Подобни сеизмографи са направени в Германия през 1902-1915 г. При създаването на механични сеизмографи проблемът с повишаването на чувствителността би могъл да бъде решен само с помощта на увеличителните лостове на Архимед. Силата на триене по време на записването на трептения е преодоляна поради огромната маса на махалото. Така че сеизмографът на Вихерт имаше махало с маса 1000 кг. В този случай е постигнато увеличение от само 200 за периодите на регистрирани трептения, които не надвишават собствения период на махалото от 12 сек. Вертикалният сеизмограф на Вихерт, чието тегло на махалото беше 1300 кг, имаше най-голяма маса, окачен върху мощни спираловидни пружини, изработени от 8 мм стоманена тел. Чувствителността е 200 за периоди на сеизмични вълни не по-високи от 5 сек. Wiechert е велик изобретател и дизайнер на механични сеизмографи и е построил няколко различни и гениални инструмента. Записването на относителното движение на инерционната маса на махалата и земята беше извършено върху опушена хартия, завъртяна от непрекъсната лента от часовников механизъм.

Сеизмографи с галванометрична регистрация

Революция в техниката на сеизмометрията направи брилянтен учен в областта на оптиката и математиката, княз Б. Б. Голицин. Той изобретява метод за галванометричен запис на земетресения. Русия е основателят на сеизмографите с галванометрична регистрация в света. За първи път в света той развива теорията на сеизмографа през 1902 г., създава сеизмограф и организира първите сеизмични станции, на които са монтирани нови инструменти. Германия има опит в производството на сеизмографи и там са произведени първите сеизмометри Голицин. Записващият апарат обаче е проектиран и произведен в работилниците на Руската академия на науките в Санкт Петербург. И досега това устройство има всички характерни черти на първия регистратор. Барабанът, върху който беше фиксирана фотографска хартия, дълга почти 1 m и широка 28 cm, се привеждаше в ротационно движение с изместване при всеки оборот на избрано разстояние и променяно според задачата за наблюдение по оста на барабана. Разделянето на сеизмометъра и средствата за записване на относителните движения на инерционната маса на устройството беше толкова прогресивно и успешно, че подобни сеизмографи получиха световно признание за много десетилетия напред. B.B. Голицин изтъкна следните предимства на новия метод на регистрация.

1. Възможността за една проста техника да получите повече по това време чувствителност .

2. Извършване на регистрация за разстояниеот местоположението на сеизмометрите. Отдалечеността, сухото помещение, достъпността до сеизмични записи за по-нататъшната им обработка придадоха ново качество на процеса на сеизмични наблюдения и изключването на нежелани ефекти върху сеизмометрите от персонала на сеизмичната станция.

3. Независимост на качеството на запис от дрейфнулеви сеизмометри.

Тези основни предимства определят развитието и използването на галванометричната регистрация в целия свят в продължение на много десетилетия.

Тежестта на махалото вече не играеше такава роля, както при механичните сеизмографи. Имаше само едно явление, което трябваше да се вземе предвид - магнитоелектрическата реакция на рамката на галванометъра, разположена във въздушната междина на постоянен магнит, към махалото на сеизмометъра. По правило тази реакция намалява затихването на махалото, което води до възбуждане на неговите допълнителни собствени трептения, които изкривяват вълновия модел на регистрираните вълни от земетресения. Следователно B.B. Golitsyn използва маса от махала от порядъка на 20 kg, за да пренебрегне обратната реакция на галванометъра към сеизмометъра.

Катастрофичното земетресение от 1948 г. в Ашхабад стимулира финансирането на разширяването на мрежата от сеизмични наблюдения в СССР. За оборудването на нови и стари сеизмични станции професор Д. П. Кирнос, заедно с инженер В. Н. Соловьев, разработиха галванометрични сеизмографи от общ тип SGK и SVK заедно с галванометър GK-VI. Работата започна в стените на Сеизмологичния институт на Академията на науките на СССР и неговите инструментални работилници. Устройствата на Кирнос се отличаваха със своето задълбочено научно и техническо проучване. Техниката на калибриране и работа е доведена до съвършенство, което осигурява висока точност (около 5%) на амплитудната и фазовата честотна характеристика (AFC) при записване на събития. Това позволи на сеизмолозите да задават и решават не само кинематични, но и динамични проблеми при интерпретиране на записи. По този начин школата на Д. П. Кирнос се различава благоприятно от американската школа за подобни инструменти. Д. П. Кирнос подобри теорията на сеизмографите с галванометрична регистрация, като въведе коефициента на свързване на сеизмометър и галванометър, което направи възможно конструирането на амплитудната честотна характеристика на сеизмографа за регистриране на изместване на земята, първо в лентата от 0,08 - 5 Hz, и след това в обхвата от 0,05 - 10 Hz с помощта на новоразработени сеизмометри от типа SKD. В този случай говорим за въвеждане на широколентова честотна характеристика в сеизмометрията.

Руски механични сеизмографи

След катастрофата в Северо-Курилск беше издадено правителствено постановление за създаване на служба за предупреждение за цунами в Камчатка, Сахалин и Курилските острови. Изпълнението на постановлението беше поверено на Академията на науките, Хидрометеорологичната служба на СССР и Министерството на съобщенията. През 1959 г. в този район е изпратена комисия за изясняване на положението на място. Петропавловск Камчатски, Северо-Курилск, Южно-Курилск, Сахалин. Транспортно средство - самолет ЛИ-2 (бивш Дъглас), параход, издигнат от дъното на морето и реставриран, лодки. Първият полет е насрочен за 6 сутринта. Комисията стигна навреме до летище "Халатирка" (Петропавловск-Камчатски). Но самолетът излетя по-рано - небето над Шумшу се отвори. Няколко часа по-късно е намерен товарен ЛИ-2 и безопасно кацане на базовата лента с подземни летища, построени от японците. Шумшу е най-северният остров в Курилската верига. Само на северозапад от водите на Охотско море се издига красивият конус на вулкана Аделаида. Островът изглежда напълно равен, като дебела палачинка сред морски води. На острова предимно граничари. Комисията пристигна на югозападния кей. Там чакаше военноморска лодка, която се втурна с висока скорост към пристанището на Северо-Курилск. На палубата, освен комисионната, има и няколко пътници. Отстрани моряк и момиче разговарят ентусиазирано. Лодката с пълна скорост лети във водната зона на пристанището. Рулевият на ръчния телеграф дава сигнал в машинното отделение: „Динг-дин”, а още едно „Динг-дин” – никакъв ефект! Внезапно един моряк отстрани лети с главата надолу. Малко късно – лодката се врязва доста силно в дървените парапети на риболовната шхуна. Чипсовете летят, хората почти падат. Моряците мълчаливо, без никакви емоции, акостираха лодката. Такава е спецификата на обслужването в Далечния изток.

По време на пътуването имаше всичко: лек дъжд, чиито капки летяха почти успоредно на земята, малък и твърд бамбук - местообитанието на мечките и огромна "чанта", в която бяха натоварени пътниците (жена с дете в центъра) и повдигнат с парна лебедка до палубата на възстановения кораб поради голяма буря и камионът ГАЗ-51, в чийто отворен корпус комисията прекоси остров Кунашир от Тихия океан до брега на Охотск и който се завъртя много пъти в огромна локва на половината път - предните колела в едно лепило, задните колела в друго - дотогава докато коловозът не бъде коригиран с обикновена лопата и линията за сърф на входа на потока за хвърляне на хайвера, маркирана с непрекъсната ивица хайвер от червена сьомга.

Комисията установи, че досега единственият сеизмичен инструмент, способен да изпълни задачата на служба за предупреждение за цунами, може да бъде само механичен сеизмограф с регистрация върху саждиста хартия. Сеизмографите са разработени в сеизмометричната лаборатория на Института по физика на Земята към Академията на науките. За оборудването на специално изградени станции за цунами бяха доставени сеизмограф с ниско увеличение 7 и сеизмограф с увеличение 42. Барабаните от пушена хартия се задвижваха от пружинни часовникови механизми. Теглото на масата на сеизмографа с увеличение 42 е събрано от железни дискове и възлиза на 100 кг. Това сложи край на ерата на механичните сеизмографи.

Проведено е заседание на Президиума на Академията на науките, посветено на изпълнението на правителственото постановление. Председател акад. Несмеянов с едро, внушително, загоряло лице, нисък акад.-секретар Топчиев, членове на Президиума. Известният сеизмолог Е.Ф.Саваренски докладва, демонстрирайки снимка в цял ръст на механичен сеизмограф [Kirnos D.P., Rykov A.V., 1961] . Академик Арцимович участва в дискусията: „Проблемът с цунамито се решава лесно чрез прехвърляне на всички обекти на брега на височина над 30 метра!“ . Икономически това е невъзможно и въпросът с подразделенията на Тихоокеанския флот не се решава.

През втората половина на 20-ти век започва ерата на електронните сеизмографи. Параметричните преобразуватели се поставят върху махалата на сеизмометрите в електронните сеизмографи. Те са получили името си от термина - параметър. Капацитетът на въздушния кондензатор, индуктивното реактивно съпротивление на високочестотен трансформатор, съпротивлението на фоторезистор, проводимостта на фотодиод под LED лъч, сензор на Хол и всичко, което попадна под ръка на изобретателите на електронен сеизмограф може да служи като променлив параметър. Сред критериите за избор основните се оказаха простотата на устройството, линейността, ниското ниво на вътрешен шум, ефективността на захранването. Основните предимства на електронните сеизмографи пред сеизмографите с галванометрична регистрация са, че а) намаляването на честотната характеристика към ниски честоти се получава в зависимост от честотата на сигнала f, не като f^3, а като f^2 - много по-бавно, б) възможно е да се използва електрическият изход на сеизмограф в съвременните записващи устройства и най-важното при използването на цифрова технология за измерване, натрупване и обработка на информация, в) способността да се влияе на всички параметри на сеизмометра с помощта на добре известно автоматично управление с обратна връзка (OS) [Rykov A.V., 1963] . Въпреки това, точка в) има свое специфично приложение в сеизмометрията. С помощта на ОС се формират честотната характеристика, чувствителността, точността и стабилността на сеизмометъра. Открит е метод за увеличаване на собствения период на трептене на махалото с помощта на отрицателна обратна връзка, който не е известен нито в автоматичното управление, нито в съществуващата в света сеизмометрия [Rykov A.V.,].

В Русия ясно е формулиран феноменът на плавния преход на инерционната чувствителност на вертикален и хоризонтален сеизмометър в неговата гравитационна чувствителност при намаляване на честотата на сигнала [Rykov AV, 1979]. При висока честота на сигнала преобладава инерционното поведение на махалото; при много ниска честота инерционният ефект намалява толкова много, че гравитационният сигнал става доминиращ. Какво означава? Например, по време на вертикални трептения на земята възникват както инерционни сили, които принуждават махалото да поддържа позицията си в пространството, така и промяна в гравитационните сили поради промяна в разстоянието на устройството от центъра на Земята. С увеличаване на разстоянието между масата и центъра на Земята силата на гравитацията намалява и масата получава допълнителна сила, която повдига махалото нагоре. И обратно, при спускане на устройството - масата получава допълнителна сила, спускайки я надолу.

При високи честоти на земните вибрации инерционният ефект е многократно по-голям от гравитационния. При ниски честоти е точно обратното - ускоренията са изключително малки и инерционният ефект е практически много малък, а ефектът от промяна на гравитацията за махалото на сеизмометъра ще бъде многократно по-голям. За хоризонтален сеизмометър тези явления ще се проявят, когато оста на люлеене на махалото се отклони от отвеса, който се определя от същата гравитационна сила. За по-голяма яснота, амплитудната честотна характеристика на вертикалния сеизмометър е показана на фиг.1. Ясно е показано как при намаляване на честотата на сигнала чувствителността на сеизмометъра се променя от инерционна към гравитационна. Без да се вземе предвид този преход, е невъзможно да се обясни фактът, че гравиметрите и сеизмометрите са в състояние да регистрират лунно-слънчеви приливи. Според традицията, би било необходимо линията на "скорост" да се разшири до толкова ниска чувствителност, че приливите с периоди от до 25 часа и амплитуда от 0,3 m в Москва не биха могли да бъдат открити. Пример за записване на прилив и наклон в приливна вълна е показан на фиг.2. Тук Z е запис на изместването на земната повърхност в Москва за 45 часа, H е запис на наклона в приливна вълна. Ясно се вижда, че максималният наклон не пада върху приливната гърбица, а върху наклона на приливната вълна.

По този начин характерните особености на съвременните електронни сеизмографи са широколентова честотна характеристика от 0 до 10 Hz на трептения на земната повърхност и цифров метод за измерване на тези трептения. Фактът, че Бениоф през 1964 г. наблюдава естествените вибрации на Земята след силно земетресение с помощта на тензомери (тензомери), сега е достъпен за обикновен електронен сеизмограф (Най-голямото регистрирано земетресение в Съединените щати беше с магнитуд 9,2, което удари Принц Уилям Саунд, Аляска на Разпети петък, 28 март 1964 г. Последствията от това земетресение все още са ясно видими, включително в обширните райони на изчезналата гора, тъй като част от земята е спусната на разстояние от 500 км, в някои случаи до 16 m, и на много места морската вода влезе в подпочвените води, гората загина. Забележка Ед.).

Фигура 3 показва радиалното (вертикално) трептене на Земята върху основния тон за 3580 сек. след земетресението.

Фиг.3. Вертикални Z и хоризонтални H компоненти на вибрационния рекорд след земетресението в Иран, 14 март 1998 г., M = 6,9. Вижда се, че радиалните вибрации преобладават над усукващите вибрации с хоризонтална ориентация.

Нека покажем на фигура 4 как изглежда трикомпонентен запис на силно земетресение след конвертиране на цифров файл във визуален.

Фиг.4. Извадка от цифров запис на земетресение в Индия, M=7.9, 26.01.2001 г., получена в постоянна широколентова станция KSESH-R.

Първите пристигания на две надлъжни вълни са ясно видими до 25 минути, след това на хоризонтални сеизмографи навлиза напречна вълна на около 28 минути и вълна на Любов на 33 минути. На средния вертикален компонент няма любовна вълна (хоризонтална е), а след време започва вълната на Релей (38 минути), която се вижда както на хоризонтални, така и на вертикални следи.

На снимка No 3 .4 можете да видите модерен електронен вертикален сеизмометър, който показва примери за приливи и отливи, естествени трептения на Земята и записи на силно земетресение. Основните конструктивни елементи на вертикалното махало са ясно видими: два диска с маса с общо тегло 2 кг, две цилиндрични пружини за компенсиране на земната гравитация и задържане на масата на махалото в хоризонтално положение. Между масите на основата на устройството има цилиндричен магнит, във въздушната междина на който влиза намотка от тел. Бобината е включена в дизайна на махалото. В средата "гледа" електронната платка на капацитивния преобразувател. Въздушният кондензатор се намира зад магнита и е с малък размер. Площта на кондензатора е само 2 см (+2). Използва се магнит с намотка, за да принуди махалото с помощта на обратната връзка за преместването, скоростта и интеграла от преместването. OS осигуряват честотната характеристика, показана на фигура 1, стабилността на сеизмометъра във времето и високата точност на измерване на земните вибрации от порядъка на една стотна от процента.

Снимка № 34. Вертикален сеизмометър на инсталацията КСЕШ-Р с демонтиран корпус.

В международната практика сеизмографите на Wieland-Strekaizen са получили признание и широко разпространение. Тези инструменти са приети като основа за Световната мрежа за цифрови сеизмични наблюдения (IRIS). Честотната характеристика на сеизмометрите IRIS е подобна на честотната характеристика, показана на фиг.1. Разликата е, че за честоти под 0,0001 Hz сеизмометрите на Wieland са по-„захванати“ от интегрираната обратна връзка, което доведе до по-голяма времева стабилност, но намали чувствителността при свръхниски честоти в сравнение със сеизмографите KSESh с около 3 пъти.

Електронните сеизмометри са способни да откриват екзотични чудеса, които все още могат да бъдат оспорени. Професор Е. М. Линков от Петерхофския университет, използвайки магнетронен вертикален сеизмограф, интерпретира трептения с периоди от 5 - 20 дни като "плаващи" трептения на Земята в орбита около Слънцето. Разстоянието между Земята и Слънцето остава традиционно, а Земята трепти донякъде като на каишка на повърхността на елипсоид с двойна амплитуда до 400 микрона. Имаше връзка между тези флуктуации и слънчевата активност [виж допълнително справка 22].

По този начин сеизмографите са били активно подобрени през 20-ти век. Началото на революционното начало на този процес е положено от княз Борис Борисович Голицин, руски учен. Следващият по ред, можем да очакваме нови технологии в инерционните и гравитационни методи за измерване. Възможно е именно електронните сеизмографи най-накрая да могат да откриват гравитационни вълни във Вселената.

литература

1. Голицин Б. Изв. Постоянна сеизмична комисия AN 2, c. 2, 1906 г.

2. Голицин Б.Б. Изв. Постоянна сеизмична комисия AN 3, c. 1, 1907 г.

3. Голицин Б.Б. Изв. Постоянна сеизмична комисия AN 4, c. 2, 1911 г.

4. Голицин Б., Лекции по сеизмометрия, изд. АН, Санкт Петербург, 1912г.

5. Е.Ф.Саваренски, Д.П.Кирнос, Елементи на сеизмологията и сеизмометрията. Изд. Второ, преработено, състояние. Изд. техн.-теор. Лит., М.1955

6. Оборудване и методи за сеизмометрични наблюдения в СССР. Издателство "Наука", М. 1974г

7. Д.П. Кирнос. Известия на Геофиз. Институт на Академията на науките на СССР, № 27 (154), 1955 г.

8. D.P.Kirnos и A.V.Rykov. Специално високоскоростно сеизмично оборудване за предупреждение за цунами. Бик. Съвет по сеизмология, „Проблеми с цунамито”, No 9, 1961г

9. А. В. Риков. Влияние на обратната връзка върху параметрите на махалото. Изв. Академия на науките на СССР, сер. Геофиз., бр.7,1963г

10. А. В. Риков. Относно проблема за наблюдение на колебанията на Земята. Оборудване, методи и резултати от сеизмометрични наблюдения. М., "Наука", сб. "Сеизмични инструменти", бр. 12, 1979

11. А. В. Риков. Сеизмометър и земни вибрации. Изв. Руската академия на науките, сер. Физика на Земята, М., "Наука", 1992 г

12. Wieland E.., Streckeisen G. Сеизмометърът с листова пружина - дизайн и изпълнение // Bull.Seismol..Soc. Амер., 1982 г. том 72. P.2349-2367.

13. Wieland E., Stein J.M. Цифров много широколентов сеизмограф // Ann.Геофиз. Сер. Б. 1986. Кн. 4, бр. 3. С. 227 - 232.

14. А. В. Риков, И. П. Башилов. Ултра широколентов цифров комплект сеизмометри. сб. "Сеизмични инструменти", бр. 27, М., Издателство на OIPH РАН, 1997 г

15. К. Крилов Силно земетресение в Сиатъл на 28 февруари 2001 г http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

16. К. Крилов Катастрофично земетресение в Индия http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1549#1549

17. http://earthquake.usgs.gov/ 21. http://neic.usgs.gov/neis/eqlists/10maps_world.html Това са най-силните земетресения в света.

22. http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1580#1580 Предвестници на земетресение в околоземното пространство - Появи се нова статия в сп. Урания (на руски и английски). Работата на служителите на МИФИ е посветена на прогнозиране на земетресения въз основа на сателитни наблюдения.

Сеизмограф- устройство, което регистрира вибрациите на земята по време на земетресение. В днешно време това са сложни електронни устройства. Съвременните сеизмографи имат своите предшественици. Първият сеизмограф е изобретен през 132 г. в Китай, а истинските сеизмографи се появяват през 1890-те. Съвременният сеизмограф използва свойството на инерцията (свойството да поддържа първоначалното състояние на покой или равномерно движение). За първи път инструменталните наблюдения се появяват в Китай, където през 132 г. Чанг-Кхен изобретява сеизмоскоп, който е умело изработен съд. От външната страна на съда с махало, поставено вътре, в кръг са гравирани главите на дракони, държащи топки в устата си. При люлеене на махалото от земетресението една или повече топки попадаха в отворените усти на жабите, поставени в основата на съдовете по такъв начин, че жабите да могат да ги погълнат. Съвременният сеизмограф е набор от инструменти, които регистрират вибрациите на земята по време на земетресение и ги преобразуват в електрически сигнал, записан на сеизмограми в аналогова и цифрова форма. Въпреки това, както и преди, основният чувствителен елемент е махало с товар.

Сеизмичните вълни преминават вътре в земното кълбо на места, които са недостъпни за наблюдение. Всичко, което срещат по пътя, ги променя по един или друг начин. Следователно анализът на сеизмичните вълни помага да се изясни вътрешната структура на Земята.

За оценка на енергията на земетресение може да се използва сеизмограф. Сравнително слабите земетресения отделят енергия от порядъка на 10 000 kg/m, т.е. достатъчно за повдигане на товар с тегло 10 тона на височина 1 м. Това енергийно ниво се приема за нула, земетресение със 100 пъти повече енергия отговаря на 1, друго 100 пъти по-мощно отговаря на 2 единици от скалата. Такава скала се нарича скала на Рихтер в чест на известния американски сеизмолог от Калифорния К. Рихтер. Числото в такава скала се нарича величина и се обозначава с М. В самата скала няма горна граница, поради тази причина скалата на Рихтер се нарича отворена. В действителност самата Земя създава практична горна граница. Най-силното регистрирано земетресение е с магнитуд 8,9. От началото на инструменталните наблюдения са регистрирани две такива земетресения, и двете под океана. Едното се случи през 1933 г. край бреговете на Япония, а другото през 1906 г. край бреговете на Еквадор. По този начин магнитудът на земетресението характеризира количеството енергия, освободено от източника във всички посоки. Тази стойност не зависи от дълбочината на източника, нито от разстоянието до точката на наблюдение. Силата на проявлението на земетресението зависи не само от магнитуда, но и от дълбочината на източника (колкото по-близо е източникът до повърхността, толкова по-голяма е силата на неговото проявление), от качеството на почвите (колкото по-рохави и нестабилни почвата, толкова по-голяма е силата на проявлението). Разбира се, качеството на наземните сгради също има значение. Силата на проявлението на земетресение на земната повърхност се определя от скалата на Меркали в точки. Точките са отбелязани с номера от I до XII.

Устройство за регистриране на вибрации на земната повърхност по време на земетресения или експлозии

Анимация

Описание

Сеизмографите (SF) се използват за откриване и записване на всички видове сеизмични вълни. Принципът на действие на съвременните SF се основава на свойството на инерция. Всеки SF се състои от сеизмичен приемник или сеизмометър и записващо (записващо) устройство. Основната част на SF е инерционно тяло - товар, окачен върху пружина от скоба, която е неподвижно закрепена към тялото (фиг. 1).

Общ изглед на най-простия сеизмограф за регистриране на вертикални трептения

Ориз. един

Тялото на SF е фиксирано в твърда скала и следователно се привежда в движение по време на земетресение и поради свойството на инерция махалото изостава от движението на почвата. За получаване на запис на сеизмичните вибрации (сеизмограми) се използват барабан за запис с хартиена лента, въртяща се с постоянна скорост, прикрепен към тялото на SF, и писалка, свързана с махалото (виж фиг. 1). Векторът на преместване на земната повърхност се определя от хоризонталната и вертикалната компоненти; Съответно всяка система за сеизмични наблюдения се състои от хоризонтални (за регистриране на премествания по осите X, Y) и вертикални (за регистриране на премествания по оста Z) сеизмометри.

За сеизмометрите най-често се използват махала, чийто люлеещ център остава относително спокоен или изостава от движението на осцилиращата земна повърхност и свързаната с нея ос на окачване. Степента на покой на центъра за люлеене на геофона характеризира неговата работа и се определя от съотношението на периода T p на колебанията на почвата към периода T на собствените трептения на махалото на геофона. Ако T p ¤ T е малък, тогава центърът на трептенията е практически неподвижен и трептенията на почвата се възпроизвеждат без изкривяване. При T p ¤ T близо до 1 са възможни изкривявания поради резонанс. При големи стойности на T p ¤ T, когато движенията на почвата са много бавни, свойствата на инерция не се проявяват, центърът на люлеене се движи почти като цяло с почвата и сеизмичният приемник спира да записва вибрациите на почвата. При регистриране на трептения при сеизмично проучване периодът на собствените трептения е няколко стотни или десети от секундата. При регистриране на вибрации от локални земетресения периодът може да бъде ~ 1 сек., а за земетресения отдалечени на хиляда км трябва да бъде от порядъка на 10 сек.

Принципът на действие на SF може да се обясни със следните уравнения: Нека тяло с маса M е окачено на пружина, чийто другият край и везната са закрепени към почвата. Когато почвата се движи нагоре със стойността Z по оста Z (транслационно движение), масата M изостава поради инерция и се измества надолу по оста Z със стойността z (относително движение), което генерира сила на опън през пружината - cz (c е твърдостта на пружината). Тази сила по време на движение трябва да бъде балансирана от инерционната сила на абсолютното движение:

M d 2 z¤ dt 2 = - cz,

където z = Z - z.

От това следва уравнението:

d 2 z ¤ dt 2 + cz ¤ M = d 2 Z ¤ dt 2 ,

чието решение свързва истинското изместване на почвата Z с наблюдаваното z.

Време

Време за започване (лог до -3 до -1);

Живот (log tc от -1 до 3);

Време на разграждане (log td -3 до -1);

Оптимално време за разработка (log tk от -1 до 1).

Диаграма:

Технически реализации на ефекта

Хоризонтален сеизмометър тип SKGD

Общ изглед на хоризонтален сеизмометър от типа SKGD е показан на фиг. 2.

Схема на хоризонталния сеизмометър SKGD

Ориз. 2

Обозначения:

2 - магнитна система;

3 - преобразувателна намотка;

4 - скоба за окачване;

5 - пружина за окачване.

Устройството се състои от махало 1, окачено на скоба 4 към стойка, фиксирана върху основата на устройството. Общото тегло на махалото е около 2 кг; дадената дължина е около 50см. Листовата пружина е под напрежение. В рамката, фиксирана върху махалото, има плоска индукционна намотка 3 с три намотки от изолиран меден проводник. Една намотка служи за регистриране на движението на махалото и към нея е свързана верига на галванометър. Втората намотка служи за регулиране на затихването на сеизмометъра и към нея е свързано съпротивление на затихване. Освен това има трета намотка за подаване на контролен импулс (същото за вертикалните сеизмометри). Върху основата на устройството е фиксиран постоянен магнит 2, в чиято въздушна междина има средните части на намотките. Магнитната система е снабдена с магнитен шунт, който се състои от две пластини от меко желязо, чието движение причинява промяна в силата на магнитното поле във въздушната междина на магнита и следователно промяна в константата на затихване.

В края на махалото е фиксирана плоска стрелка, под която има скала с милиметрови деления и лупа, през която се гледат скалата и стрелката. Позицията на показалеца може да се отчита по скала с точност до 0,1 мм. Основата на махалото е снабдена с три фиксиращи винта. Две странични служат за поставяне на махалото в нулева позиция. Предният винт се използва за регулиране на естествения период на махалото. За да предпази махалото от различни смущения, устройството е поставено в защитен метален калъф.

Прилагане на ефект

SFs, използвани за регистриране на земни вибрации по време на земетресения или експлозии, са част както от постоянни, така и от мобилни сеизмични станции. Наличието на глобална мрежа от сеизмични станции дава възможност да се определят с висока точност параметрите на почти всяко земетресение, възникващо в различни региони на земното кълбо, както и да се изследва вътрешната структура на Земята въз основа на характеристиките на разпространението на сеизмични вълни от различни видове. Основните параметри на земетресението включват преди всичко: координатите на епицентъра, дълбочината на огнището, интензитета, магнитуд (енергийна характеристика). По-специално, за да се изчислят координатите на сеизмично събитие, са необходими данни за времето на пристигане на сеизмични вълни най-малко три сеизмични станции, разположени на достатъчно разстояние една от друга.

Сеизмограф(от други гръцки σεισμός - земетресение и други гръцки γράφω - да пиша) или сеизмометър- измервателно устройство, което се използва в сеизмологията за откриване и регистриране на всички видове сеизмични вълни. Инструмент за определяне на силата и посоката на земетресение.

Първият известен опит за предсказване на земетресения принадлежи на китайския философ и астроном Джан Хенг.

ZhangHeng изобрети устройството, което той нарече Houfeng " ” и който би могъл да записва вибрациите на земната повърхност и посоката на тяхното разпространение.

Houfeng и стана първият сеизмограф в света. Устройството се състои от голям бронзов съд с диаметър 2 м, по стените на който са разположени осем драконови глави. Челюстите на драконите се отвориха и всеки имаше топка в устата си.

Вътре в съда имаше махало с пръти, прикрепени към главите. В резултат на подземен удар, махалото започна да се движи, въздействаше върху главите и топката изпадна от устата на дракона в отворената уста на една от осемте жаби, седнали в основата на съда. Устройството улови трусове на разстояние 600 км от него.

1.2. Съвременни сеизмографи

Първият сеизмографмодерният дизайн е изобретен от руски учен, принц Б. Голицин, който използва преобразуването на енергията на механичните вибрации в електрически ток.

Дизайнът е доста прост: тежестта е окачена на вертикално или хоризонтално разположена пружина, а към другия край на тежестта е прикрепена записваща писалка.

За записване на вибрациите на товара се използва въртяща се хартиена лента. Колкото по-силен е тласъкът, толкова повече перото се отклонява и толкова по-дълго се осцилира пружината.

Вертикалното тегло ви позволява да записвате хоризонтално насочени удари и обратно, хоризонталният рекордер записва удари във вертикална равнина.

По правило хоризонталното записване се извършва в две посоки: север-юг и запад-изток.

В сеизмологията в зависимост от решаваните задачи се използват различни видове сеизмографи: механични, оптични или електрически с различни видове усилване и методи за обработка на сигнала. Механичният сеизмограф включва чувствителен елемент (обикновено махало и амортисьор) и записващо устройство.

Основата на сеизмографа е неподвижно свързана с разглеждания обект, при чиито вибрации възниква движението на товара спрямо основата. Сигналът се записва в аналогова форма на записващи устройства с механичен запис.

1.3. Изграждане на сеизмограф

материали: Картонена кутия; шило; панделка; пластилин; молив; маркер; канап или здрав конец; парче тънък картон.

Рамката за сеизмографа ще служи като картонена кутия. Тя трябва да бъде направена от доста твърд материал. Отворената му страна ще бъде предната част на устройството.

Необходимо е да се направи дупка в горния капак на бъдещия сеизмограф с шило. Ако сковаността за " рамки» не е достатъчно, е необходимо да залепите ъглите и ръбовете на кутията с лепяща лента, като я подсилите, както е показано на снимката.

Навийте топка пластилин и направете дупка в нея с молив. Натиснете флумастера в отвора, така че върхът му да стърчи леко от противоположната страна на пластилиновата топка.

Това е сеизмографски показалец, предназначен да рисува линии на земни вибрации.

Прекарайте края на конеца през отвора в горната част на кутията. Поставете кутията от долната страна и затегнете конеца, така че флумастера да виси свободно.

Завържете горния край на конеца към молива и завъртете молива около оста, докато премахнете хлабината в конеца. Когато маркерът виси на правилната височина (тоест само леко докосвайки дъното на кутията), закрепете молива на място с лента.

Плъзнете лист картон под върха на флумастера до дъното на кутията. Нагласете всичко така, че върхът на флумастера лесно да докосва картона и да оставя линии.

Сеизмографът е готов за работа. Той използва същия принцип на работа като реалното оборудване. Претегленото окачване или махало ще бъде по-инерционно по отношение на разклащането, отколкото рамката.

За да тествате устройството на практика, няма нужда да чакате земетресение. Просто трябва да разклатите рамката. Карданът ще остане на мястото си, но ще започне да чертае линии върху картона, точно като истински.

Трудно е да си представим, но всяка година на нашата планета има около милион земетресения! Разбира се, това са предимно слаби трусове. Земетресения с разрушителна сила се случват много по-рядко, средно веднъж на две седмици. За щастие повечето от тях се срещат на дъното на океаните и не причиняват никакви проблеми на човечеството, освен ако не настъпи цунами в резултат на сеизмични измествания.

Всеки знае за катастрофалните последици от земетресенията: тектоничната активност събужда вулкани, гигантски приливни вълни измиват цели градове в океана, разломи и свлачища разрушават сгради, причиняват пожари и наводнения и отнемат стотици и хиляди човешки животи.

Затова хората по всяко време се стремяха да изучават земетресенията и да предотвратят последствията от тях. И така, Аристотел през IV век. към i. д. вярвали, че в земята проникват атмосферни вихри, в които има много кухини и пукнатини. Вихрите се засилват от огъня и търсят изход, причинявайки земетресения и вулканични изригвания. Аристотел също наблюдава движенията на почвата по време на земетресения и се опитва да ги класифицира, идентифицирайки шест типа движения: нагоре и надолу, отстрани и т.н.

Първият известен опит за предсказване на земетресения е на китайския философ и астроном Джан Хенг. В Китай тези природни бедствия са се случвали и се случват изключително често, освен това три от четирите най-големи земетресения в човешката история се случиха в Китай. И през 132 г. Джанг Хен изобретява устройство, на което той дава името Houfeng „флюгер за земетресение“ и което може да записва вибрациите на земната повърхност и посоката на тяхното разпространение. Houfeng стана първият в света сеизмограф (от гръцки seismos „флуктуация“ и grapho „пиша“) устройство за откриване и записване на сеизмични вълни.

Последици от земетресението в Сан Франциско през 1906 г

Строго погледнато, устройството приличаше повече на сеизмоскоп (от гръцкото skopeo „гледам“), тъй като показанията му се записваха не автоматично, а от ръката на наблюдателя.

Houfeng е направен от мед във формата на съд за вино с диаметър 180 см и тънки стени. Извън кораба имаше осем дракона. Главите на драконите сочеха в осем посоки: изток, юг, запад, север, североизток, югоизток, северозапад и югозапад. Всеки дракон държеше в устата си медна топка, а под главата му седеше жаба с отворена уста. Предполага се, че във вътрешността на съда е монтирано вертикално махало с пръти, които са били прикрепени към главите на дракони. Когато в резултат на земетресение махалото се задвижи, пръчка, свързана с главата, обърната към удара, отваря устата на дракона и топката се търкулва от нея в устата на съответната жаба. Ако се изтъркалят две топки, може да се предположи силата на земетресението. Ако устройството беше в епицентъра, тогава всички топки се изтърколиха. Наблюдателите на инструментите можеха незабавно да запишат времето и посоката на земетресението. Устройството беше много чувствително: улови дори слаби трусове, чийто епицентър беше на 600 км от него. През 138 г. този сеизмограф точно показва земетресение, станало в района на Лунси.

В Европа земетресенията започнаха сериозно да се изучават много по-късно. През 1862 г. излиза книгата на ирландския инженер Робърт Малет „Голямото неаполитанско земетресение от 1857 г.: Основни принципи на сеизмологичните наблюдения”. Малет прави експедиция до Италия и прави карта на засегнатата територия, като я разделя на четири зони. Зоните, въведени от Malet, представляват първата, доста примитивна скала на интензивността на треперене.

Но сеизмологията като наука започва да се развива едва с широкото появяване и въвеждане в практиката на инструменти за регистриране на вибрациите на почвата, тоест с появата на научната сеизмометрия.

През 1855 г. италианецът Луиджи Палмиери изобретява сеизмограф, способен да записва далечни земетресения. Той действаше според следния принцип: по време на земетресение живакът се разлива от сферичен обем в специален контейнер, в зависимост от посоката на вибрациите. Индикаторът за контакт на контейнера спря часовника, показвайки точния час, и започна да записва земните вибрации върху барабана.

През 1875 г. друг италиански учен Филипо Сечи проектира сеизмограф, който включва часовника в момента на първия удар и записва първото трептене. Първият сеизмичен запис, който стигна до нас, е направен с това устройство през 1887 г. След това започва бърз напредък в областта на създаването на инструменти за регистриране на вибрациите на почвата. През 1892 г. група английски учени, работещи в Япония, създават първия доста лесен за използване инструмент, сеизмографа на Джон Милн. Още през 1900 г. функционира световна мрежа от 40 сеизмични станции, оборудвани с инструменти на Милн.

Сеизмографът се състои от махало с една или друга конструкция и система за регистриране на неговите трептения. Според метода на записване на трептения на махалото сеизмографите могат да се разделят на устройства с директна регистрация, преобразуватели на механични вибрации и сеизмографи с обратна връзка.

Сеизмографите с директен запис използват механичен или оптичен метод за запис. Първоначално, с механичен метод на запис, в края на махалото се поставя химикалка, надраскваща линия върху опушена хартия, която след това се покрива с фиксираща смес. Но махалото на сеизмограф с механична регистрация е силно повлияно от триенето на писалката върху хартията. За да се намали това влияние, е необходима много голяма маса на махалото.

С оптичния метод на запис върху оста на въртене се фиксира огледало, което се осветява през обектива, а отразеният лъч пада върху фотографска хартия, навита на въртящ се барабан.

Методът на директен запис все още се използва в сеизмично активни зони, където движенията на почвата са доста големи. Но за регистриране на слаби земетресения и на големи разстояния от източниците е необходимо да се усилят трептенията на махалото. Това се осъществява от различни преобразуватели на механични премествания в електрически ток.

Диаграма на разпространението на сеизмични вълни от източника на земетресение или хипоцентър (отдолу) и епицентър (отгоре).

Трансформацията на механичните вибрации е предложена за първи път от руския учен Борис Борисович Голицин през 1902 г. Това е галванометрична регистрация, базирана на електродинамичния метод. Индукционна намотка, здраво закрепена към махалото, се поставя в полето на постоянен магнит. Когато махалото се колебае, магнитният поток се променя, в намотката възниква електродвижеща сила и токът се записва от огледален галванометър. Светлинен лъч се насочва към огледалото на галванометъра и отразеният лъч, както при оптичния метод, пада върху фотографска хартия. Такива сеизмографи спечелиха световно признание за много десетилетия напред.

Напоследък широко разпространени са така наречените параметрични преобразуватели. В тези преобразуватели механичното движение (движение на масата на махалото) причинява промяна в някои параметър на електрическата верига (например електрическо съпротивление, капацитет, индуктивност, светлинен поток и др.).

Б. Голицин.

Сеизмологична станция ад. Инсталираното там оборудване улавя и най-малките вибрации на почвата.

Мобилна инсталация за геофизични и сеизмологични изследвания.

Промяната в този параметър води до промяна в тока във веригата и в този случай именно изместването на махалото (а не неговата скорост) определя големината на електрическия сигнал. От различните параметрични преобразуватели в сеизмометрията, два се използват главно фотоелектрични и капацитивни. Най-популярният е капацитивният преобразувател на Benioff. Сред критериите за избор основните се оказаха простотата на устройството, линейността, ниското ниво на вътрешен шум, ефективността на захранването.

Сеизмографите са чувствителни към вертикални вибрации на земята или към хоризонтални. За наблюдение на движението на почвата във всички посоки обикновено се използват три сеизмографа: един с вертикално махало и два с хоризонтални, ориентирани на изток и север. Вертикалните и хоризонталните махала се различават по своя дизайн, така че се оказва доста трудно да се постигне пълна идентичност на техните честотни характеристики.

С навлизането на компютрите и аналогово-цифровите преобразуватели функционалността на сеизмичното оборудване се е увеличила драстично. Стана възможно едновременно записване и анализиране на сигнали от няколко сеизмични сензора в реално време, като се вземат предвид спектрите на сигналите. Това осигури основен скок в информационното съдържание на сеизмичните измервания.

Сеизмографите се използват предимно за изследване на самото земетресение. С тяхна помощ е възможно инструментално да се определи силата на земетресението, мястото на възникването му, честотата на възникване на дадено място, както и преобладаващите места на възникване на земетресенията.

Оборудване на сеизмологични станции в Нова Зеландия.

Основна информация за вътрешната структура на Земята е получена и от сеизмични данни чрез интерпретиране на полетата на сеизмичните вълни, причинени от земетресения и мощни експлозии и наблюдавани на земната повърхност.

С помощта на записване на сеизмични вълни се извършват и изследвания на структурата на земната кора. Например проучванията от 50-те години на миналия век показват, че дебелината на слоевете на земната кора, както и скоростите на вълните в тях, варират от място на място. В Централна Азия дебелината на земната кора достига 50 км, а в Япония -15 км. Създадена е карта на дебелината на земната кора.

Може да се очаква скоро да се появят нови технологии в инерционните и гравитационните методи за измерване. Възможно е именно сеизмографите от новото поколение да могат да засичат гравитационни вълни във Вселената.

Сеизмографски запис

Учени от цял ​​свят разработват проекти за създаване на сателитни системи за предупреждение за земетресения. Един такъв проект е радарът с интерферометрично-синтетична апертура (InSAR). Този радар, или по-скоро радари, следи изместването на тектонските плочи в определен район и благодарение на данните, които получават, могат да бъдат записани дори фини премествания. Учените смятат, че благодарение на тази чувствителност е възможно по-точно да се определят зони с високо напрежение сеизмично опасни зони.