Ai đã phát minh ra máy đo địa chấn - Nó được phát minh ra khi nào? Ai và khi nào đã phát minh ra máy đo địa chấn đầu tiên để dự đoán động đất Máy đo địa chấn hoạt động như thế nào.

trưởng phòng thí nghiệm đo địa chấn của Viện Vật lý Trái đất RAS

Thế kỷ trước đã cho thế giới khám phá ra B.B. Golitsyn của phương pháp điện kế quan sát các hiện tượng địa chấn. Sự tiến bộ sau đó của phép đo địa chấn gắn liền với khám phá này. Người kế tục vụ Golitsyn là nhà khoa học Nga D.P. Kirnos, Người Mỹ Wood-Andersen, Press Ewing. Trường đo địa chấn của Nga dưới thời D.P. Kirnos được chú ý vì đã nghiên cứu cẩn thận các thiết bị và phương pháp đo lường hỗ trợ cho các quan sát địa chấn. Việc ghi lại các sự kiện địa chấn đã trở thành tài sản của địa chấn học khi giải quyết không chỉ các bài toán động học mà còn cả các bài toán động lực học. Sự tiếp nối tự nhiên của sự phát triển của đo địa chấn là việc sử dụng các phương tiện điện tử để thu thập thông tin từ khối lượng thử nghiệm của các máy đo địa chấn, sử dụng nó trong máy đo dao động và trong các phương pháp kỹ thuật số để đo, tích lũy và xử lý dữ liệu địa chấn. Đo địa chấn luôn được hưởng thành quả của tiến bộ khoa học và công nghệ của thế kỷ XX. Ở Nga những năm 70-80. Máy đo địa chấn điện tử đã được phát triển bao gồm dải tần từ tần số cực thấp (chính thức từ 0 Hz) đến 1000 Hz.

Giới thiệu

Động đất! Đối với những người sống trong vùng địa chấn đang hoạt động, đây không phải là một cụm từ trống rỗng. Mọi người sống trong hòa bình, quên đi thảm họa trước đó. Nhưng đột nhiên, thường là vào ban đêm, CNTT đến. Ban đầu chỉ là những chấn động, thậm chí là văng ra khỏi giường, bát đĩa kêu lục cục, đồ đạc rơi rớt. Sau đó là tiếng gầm của trần nhà sụp đổ, những bức tường không kiên cố, bụi bặm, bóng tối, những tiếng rên rỉ. Đó là vào năm 1948 ở Ashgabat. Đất nước đã học về nó sau này rất nhiều. Nóng. Một nhân viên gần như khỏa thân của Viện Địa chấn học ở Ashgabat đêm đó đang chuẩn bị phát biểu tại một hội nghị của đảng cộng hòa về địa chấn và đang viết báo cáo. Bắt đầu vào khoảng 2 giờ. Anh xoay sở chạy ra ngoài sân. Trên đường phố, trong đám mây bụi và màn đêm đen kịt của phương Nam, không nhìn thấy gì. Vợ ông, cũng là một nhà địa chấn học, đã tìm cách vào được ngưỡng cửa, ngay lập tức bị đóng lại ở cả hai bên bởi trần nhà bị sập. Em gái của cô, người đã ngủ trên sàn nhà vì nóng, được che bởi một chiếc tủ quần áo có cửa mở ra để làm nơi "trú ẩn" cho cơ thể. Nhưng chân đã bị kẹp bởi nóc tủ.

Ở Ashgabat, vài chục nghìn cư dân đã chết do thời gian ban đêm và thiếu các tòa nhà chống địa chấn (tôi nghe ước tính có tới 50.000 người chết. Trong mọi trường hợp, G.P. Gorshkov, người đứng đầu Sở Địa chất Động lực, Bang Moscow Đại học, đã nói như vậy. Ed.) Vẫn tồn tại một tòa nhà mà kiến ​​trúc sư thiết kế nó đã bị kết án vì bội chi.

Giờ đây trong ký ức của nhân loại, có hàng chục trận động đất thảm khốc trong lịch sử và hiện đại đã cướp đi sinh mạng của hàng triệu con người. Trong số các trận động đất mạnh nhất, người ta có thể liệt kê như Lisbon 1755, Nhật Bản 1891, Assam (Ấn Độ) 1897, San Francisco 1906, Messina (Sicily-Calibria) 1908, Trung Quốc 1920 và 1976. (Muộn hơn nhiều so với Ashgabat năm 1976 ở Trung Quốc, một trận động đất đã cướp đi 250.000 sinh mạng, và trận động đất ở Ấn Độ năm ngoái cũng giết chết ít nhất 20.000 Ed.), Nhật Bản 1923, Chile 1960, Agadir (Maroc) 1960 gyu, Alaska, 1964., Spitak (Armenia) 1988 Sau trận động đất ở Alaska, Benyeoff, một chuyên gia người Mỹ trong lĩnh vực đo địa chấn, đã thu được bản ghi về các rung động của Trái đất khi một quả bóng bị va đập. Trước và đặc biệt là sau một trận động đất mạnh, có một loạt - hàng trăm và hàng nghìn - các trận động đất yếu hơn (dư chấn). Việc quan sát chúng bằng máy đo địa chấn nhạy giúp có thể xác định khu vực xảy ra chấn động chính và có được mô tả không gian về nguồn động đất.

Có hai phương pháp để tránh những tổn thất lớn do động đất gây ra: xây dựng chống địa chấn và cảnh báo sớm một trận động đất có thể xảy ra. Nhưng cả hai phương pháp vẫn không hiệu quả. Công trình chống địa chấn không phải lúc nào cũng đáp ứng được các rung động do động đất gây ra. Có những trường hợp kỳ lạ về sự phá hủy bê tông cốt thép không giải thích được, như trường hợp ở Kobe, Nhật Bản. Cấu trúc của bê tông bị xáo trộn đến mức bê tông bị vỡ vụn thành bụi dưới mặt phẳng của sóng dừng. Có những sự quay của các tòa nhà, như đã được quan sát thấy ở Spitak, Leninakan, ở Romania.

Động đất đi kèm với các hiện tượng khác. Sự phát sáng của bầu khí quyển, sự gián đoạn của liên lạc vô tuyến và hiện tượng không kém phần khủng khiếp của một cơn sóng thần, những con sóng biển đôi khi xảy ra nếu tâm (trung tâm) của một trận động đất xảy ra trong một rãnh biển sâu của đại dương thế giới (không tất cả các trận động đất xảy ra trên các sườn của rãnh biển sâu đều là sóng thần, nhưng các trận động đất sau được phát hiện bằng cách sử dụng máy đo địa chấn bằng các dấu hiệu đặc trưng của sự dịch chuyển trong tiêu điểm). Vì vậy, nó ở Lisbon, ở Alaska, ở Indonesia. Chúng đặc biệt nguy hiểm vì hầu như bất ngờ xuất hiện sóng vào bờ, trên các đảo. Một ví dụ là quần đảo Hawaii. Làn sóng từ trận động đất Kamchatka năm 1952 đến bất ngờ sau 22 giờ. Sóng thần không thể nhận thấy ngoài biển khơi, nhưng khi vào bờ, nó có độ dốc của mặt trước, tốc độ của sóng giảm và nước dâng xảy ra, dẫn đến sóng có thể tăng trưởng đôi khi lên đến 30 m, tùy thuộc vào sức mạnh của trận động đất và sự giải tỏa của bờ biển. Một con sóng như vậy đã bị cuốn trôi hoàn toàn vào cuối mùa thu năm 1952, thành phố Severo-Kurilsk, nằm trên bờ của eo biển giữa khoảng. Paramushir và về. Shumshu. Tác động của sóng và sự di chuyển ngược trở lại của nó mạnh đến mức các xe tăng đang ở trong cảng chỉ đơn giản là bị cuốn trôi và biến mất "theo một hướng không xác định." Một nhân chứng nói rằng anh ta thức dậy sau những rung chuyển của một trận động đất mạnh và không thể nhanh chóng chìm vào giấc ngủ. Đột nhiên, anh nghe thấy một tiếng ầm ầm tần số thấp mạnh từ phía cổng. Nhìn ra ngoài cửa sổ và không suy nghĩ trong một giây anh ta đang ở trong đó, anh ta nhảy ra ngoài tuyết và chạy lên đồi, cố gắng vượt qua con sóng đang tiến lên.

Bản đồ trên cho thấy vành đai kiến ​​tạo Thái Bình Dương hoạt động địa chấn nhất. Các dấu chấm chỉ ra tâm chấn của các trận động đất mạnh chỉ trong thế kỷ 20. Bản đồ cung cấp ý tưởng về cuộc sống đang hoạt động của hành tinh chúng ta và dữ liệu của nó nói lên rất nhiều điều về các nguyên nhân có thể gây ra động đất nói chung. Có rất nhiều giả thuyết về nguyên nhân của các biểu hiện kiến ​​tạo trên bề mặt Trái đất, nhưng vẫn chưa có lý thuyết đáng tin cậy nào về kiến ​​tạo toàn cầu xác định rõ ràng lý thuyết của hiện tượng này.

Máy đo địa chấn để làm gì?

Trước hết, để nghiên cứu bản thân hiện tượng, sau đó cần phải xác định một cách cụ thể cường độ của trận động đất, địa điểm xảy ra và tần suất xuất hiện của các hiện tượng này tại một địa điểm nhất định và các địa điểm chủ yếu xảy ra chúng. Các rung động đàn hồi do một trận động đất kích thích, giống như một chùm ánh sáng từ đèn rọi, có khả năng chiếu sáng các chi tiết của cấu trúc Trái đất.

Bốn loại sóng chính được kích thích: sóng dọc, có tốc độ truyền cực đại và đến người quan sát ngay từ đầu, sau đó là dao động ngang và sóng chậm nhất - sóng mặt dao động dọc theo một hình elip trong mặt phẳng thẳng đứng (Rayleigh) và theo phương ngang. mặt phẳng (Tình yêu) theo hướng lan truyền. Sự khác biệt về thời gian của các đợt sóng đầu tiên đến được sử dụng để xác định khoảng cách đến tâm chấn, vị trí của tâm chấn, và để xác định cấu trúc bên trong của Trái đất và vị trí của nguồn động đất. Bằng cách ghi lại các sóng địa chấn đi qua lõi Trái đất, người ta có thể xác định cấu trúc của nó. Lõi bên ngoài ở trạng thái lỏng. Chỉ có sóng dọc truyền trong chất lỏng. Lõi rắn bên trong được phát hiện bằng cách sử dụng sóng ngang, được kích thích bởi sóng dọc đập vào mặt phân cách độ cứng của chất lỏng. Từ hình ảnh ghi lại các dao động và loại sóng, từ thời điểm xuất hiện sóng địa chấn bằng máy đo địa chấn trên bề mặt Trái đất, có thể xác định được kích thước của các bộ phận cấu thành của lõi, mật độ của chúng.

Các vấn đề khác đang được giải quyết để xác định năng lượng và động đất (cường độ theo thang độ Richter, cường độ 0 tương ứng với năng lượng và 10 (+5) Joules, cường độ quan sát được tối đa tương ứng với năng lượng và 10 (+ 20- + 21) J), thành phần quang phổ để giải quyết vấn đề xây dựng kháng địa chấn, để phát hiện và kiểm soát các vụ thử vũ khí hạt nhân dưới lòng đất, kiểm soát địa chấn và tắt máy khẩn cấp tại các cơ sở nguy hiểm như nhà máy điện hạt nhân, giao thông đường sắt và thậm chí thang máy trong các tòa nhà cao tầng, kiểm soát cơ cấu thủy lực. Vai trò của các công cụ địa chấn trong việc thăm dò địa chấn đối với các khoáng sản và đặc biệt là đối với việc tìm kiếm các "vỉa" chứa dầu là vô giá. Chúng cũng được sử dụng trong việc điều tra nguyên nhân cái chết của Kursk, chính nhờ sự trợ giúp của các thiết bị này mà thời gian và sức mạnh của vụ nổ thứ nhất và thứ hai đã được thiết lập.

Dụng cụ địa chấn cơ khí

Nguyên lý hoạt động của cảm biến địa chấn - máy đo địa chấn - tạo thành một hệ thống đo địa chấn, bao gồm các nút như vậy - máy đo địa chấn, bộ chuyển đổi tín hiệu cơ của nó thành điện áp và máy ghi - thiết bị lưu trữ thông tin, dựa ngay vào định luật thứ nhất và thứ ba của Newton - tính chất của khối lượng đối với quán tính và trọng lực. Yếu tố chính của thiết bị của bất kỳ máy đo địa chấn nào là khối lượng, có một hệ thống treo nhất định đối với đế của thiết bị. Tốt nhất, khối lượng không được có bất kỳ kết nối cơ học hoặc điện từ nào với cơ thể. Chỉ cần treo trong không gian! Tuy nhiên, điều này vẫn không thể thực hiện được trong điều kiện lực hút của Trái đất. Có máy đo địa chấn dọc và ngang. Đầu tiên, khối lượng chỉ có khả năng chuyển động trong một mặt phẳng thẳng đứng và thường được treo bằng lò xo để chống lại lực hấp dẫn của Trái đất. Trong máy đo địa chấn nằm ngang, khối lượng chỉ có bậc tự do trong mặt phẳng nằm ngang. Vị trí cân bằng của khối lượng được duy trì bởi một lò xo treo yếu hơn nhiều (thường là các tấm phẳng) và, đặc biệt, bởi lực phục hồi trọng trường của Trái đất, lực này bị suy yếu rất nhiều do phản lực của trục treo gần như thẳng đứng và tác dụng gần như nằm ngang. mặt phẳng chuyển động của khối lượng.

Các thiết bị cổ xưa nhất để ghi lại các hành động động đất đã được phát hiện và phục hồi ở Trung Quốc [Savarensky E.F., Kirnos D.P., 1955]. Thiết bị không có phương tiện ghi lại mà chỉ giúp xác định sức mạnh của trận động đất và hướng đến tâm chấn của nó. Dụng cụ như vậy được gọi là máy đo địa chấn. Kính địa chấn cổ đại của Trung Quốc có từ năm 123 sau Công nguyên và là một tác phẩm nghệ thuật và kỹ thuật. Bên trong con tàu được thiết kế đầy tính nghệ thuật là một con lắc thần kỳ. Khối lượng của con lắc như vậy nằm phía trên phần tử đàn hồi có tác dụng làm giá đỡ cho con lắc thẳng đứng. Trong bình, dọc theo các phương vị có miệng của rồng, trong đó đặt các quả cầu bằng kim loại. Trong một trận động đất mạnh, con lắc đã va vào các quả bóng và chúng rơi vào các bình nhỏ có dạng hàm ếch há miệng. Đương nhiên, các tác động tối đa của con lắc rơi dọc theo phương vị đối với nguồn động đất. Từ những quả bóng được tìm thấy trong các con ếch, người ta có thể xác định được sóng động đất đến từ đâu. Dụng cụ như vậy được gọi là máy đo địa chấn. Chúng được sử dụng rộng rãi ngày nay, cung cấp thông tin có giá trị về các trận động đất lớn trên quy mô lớn trên một khu vực rộng lớn. Ở California (Mỹ) có hàng nghìn kính địa chấn ghi hình với các con lắc lơ lửng trên mặt kính hình cầu phủ đầy bồ hóng. Thông thường, trên kính có thể nhìn thấy ảnh phức tạp về chuyển động của đầu con lắc, trong đó có thể phân biệt được dao động của sóng dọc, cho biết phương truyền đến nguồn. Và biên độ cực đại của các quỹ đạo ghi lại cho ta ý tưởng về sức mạnh của trận động đất. Chu kỳ dao động của con lắc và sự tắt dần của nó được thiết lập theo cách để mô hình hóa hoạt động của các tòa nhà điển hình và do đó, để ước tính cường độ của động đất. Độ lớn của động đất được xác định bởi các đặc điểm bên ngoài của tác động của rung động đối với con người, động vật, cây cối, các tòa nhà điển hình, đồ đạc, đồ dùng, v.v. Có nhiều thang điểm khác nhau. Trong các phương tiện truyền thông, "Richter scale" được sử dụng. Định nghĩa này được thiết kế cho một số lượng lớn cư dân và không tương ứng với thuật ngữ khoa học. Nói là chính xác - cường độ của trận động đất trên độ Richter. Nó được xác định bằng các phép đo công cụ với sự trợ giúp của máy đo địa chấn và biểu thị có điều kiện là logarit của tốc độ ghi lớn nhất, liên quan đến nguồn động đất. Giá trị này thể hiện một cách có điều kiện năng lượng giải phóng của dao động đàn hồi trong nguồn động đất.

Một kính địa chấn tương tự đã được chế tạo vào năm 1848 bởi Cacciatore người Ý, trong đó con lắc và quả cầu được thay thế bằng thủy ngân. Trong quá trình rung chuyển mặt đất, thủy ngân được đổ vào các bình cách đều nhau theo các góc phương vị. Ở Nga, các kính địa chấn của S.V. Medvedev được sử dụng, ở Armenia, các kính địa chấn AIS của A.G. Nazarov được phát triển, trong đó một số mặt dây chuyền với các tần số khác nhau được sử dụng. Chúng làm cho nó có thể thu được một cách gần đúng phổ rung động, tức là sự phụ thuộc của biên độ của các bản ghi vào tần số rung động trong một trận động đất. Đây là thông tin có giá trị cho các nhà thiết kế công trình chống địa chấn.

Máy đo địa chấn đầu tiên có tầm quan trọng khoa học được xây dựng vào năm 1879 tại Nhật Bản bởi Ewing. Quả nặng đối với con lắc là một chiếc vòng bằng gang nặng 25kg, được treo trên một sợi dây thép. Tổng chiều dài của con lắc là gần 7 mét. Do có chiều dài nên một momen quán tính có khối lượng 1156 kg Tôi 2. Các chuyển động tương đối của con lắc và mặt đất được ghi lại trên kính hun khói quay quanh một trục thẳng đứng. Mômen quán tính lớn góp phần làm giảm tác dụng của lực ma sát của đầu con lắc lên mặt kính. Năm 1889, một nhà địa chấn học Nhật Bản đã công bố mô tả về một máy đo địa chấn nằm ngang, được dùng làm nguyên mẫu cho một số lượng lớn các máy đo địa chấn. Các máy đo địa chấn tương tự đã được thực hiện ở Đức vào năm 1902-1915. Khi tạo ra các máy đo địa chấn cơ học, vấn đề tăng độ nhạy chỉ có thể được giải quyết với sự trợ giúp của các đòn bẩy phóng đại của Archimedes. Lực ma sát trong quá trình ghi dao động bị thắng do khối lượng của con lắc rất lớn. Vì vậy, máy đo địa chấn của Wiechert có một con lắc có khối lượng 1000 kg. Trong trường hợp này, chỉ tăng 200 lần trong khoảng thời gian dao động được ghi lại không vượt quá chu kỳ riêng của con lắc là 12 giây. Máy đo địa chấn thẳng đứng của Wiechert, có khối lượng con lắc là 1300 kg, có khối lượng lớn nhất, được treo trên các lò xo xoắn cực mạnh làm bằng dây thép 8 mm. Độ nhạy là 200 đối với các khoảng thời gian sóng địa chấn không cao hơn 5 giây. Wiechert là một nhà phát minh và nhà thiết kế tuyệt vời của máy đo địa chấn cơ học và đã chế tạo một số công cụ khác nhau và tài tình. Việc ghi chuyển động tương đối của khối lượng quán tính của các con lắc và mặt đất được thực hiện trên giấy hun khói, được quay bởi một cuộn băng liên tục theo cơ chế đồng hồ.

Máy đo địa chấn có đăng ký điện kế

Một cuộc cách mạng trong kỹ thuật đo địa chấn đã được thực hiện bởi một nhà khoa học lỗi lạc trong lĩnh vực quang học và toán học, Hoàng tử B.B. Golitsyn. Ông đã phát minh ra một phương pháp ghi điện kế của các trận động đất. Nga là nước sáng lập ra máy đo địa chấn có đăng ký điện kế trên thế giới. Lần đầu tiên trên thế giới, ông đã phát triển lý thuyết về máy đo địa chấn vào năm 1902, tạo ra máy đo địa chấn và tổ chức các trạm địa chấn đầu tiên tại đó các thiết bị mới được lắp đặt. Đức có kinh nghiệm sản xuất máy đo địa chấn và những chiếc máy đo địa chấn Golitsyn đầu tiên đã được sản xuất ở đó. Tuy nhiên, bộ máy ghi âm được thiết kế và sản xuất trong xưởng của Viện Hàn lâm Khoa học Nga ở St. Và cho đến thời điểm hiện tại, thiết bị này có đầy đủ các tính năng đặc trưng của nhà đăng ký đầu tiên. Trống, trên đó có cố định giấy ảnh, dài gần 1 m và rộng 28 cm, được đặt trong chuyển động quay với độ dịch chuyển ở mỗi vòng quay theo một khoảng cách được chọn và thay đổi theo nhiệm vụ quan sát dọc theo trục của trống. Sự tách biệt của máy đo địa chấn và phương tiện ghi lại chuyển động tương đối của khối lượng quán tính của thiết bị đã tiến bộ và thành công đến mức những máy đo địa chấn như vậy đã nhận được sự công nhận trên toàn thế giới trong nhiều thập kỷ tới. B.B. Golitsyn đã chỉ ra những ưu điểm sau của phương pháp đăng ký mới.

1. Khả năng của một kỹ thuật đơn giản để nhận được nhiều hơn vào thời điểm đó nhạy cảm .

2. Tiến hành đăng ký cho khoảng cách từ vị trí của các máy đo địa chấn. Sự xa xôi, phòng khô ráo, khả năng tiếp cận hồ sơ địa chấn để xử lý thêm đã mang lại chất lượng mới cho quá trình quan sát địa chấn và nhân viên của trạm địa chấn loại trừ các tác động không mong muốn đối với máy đo địa chấn.

3. Độc lập về chất lượng ghi âm từ trôi dạt không địa chấn kế.

Những ưu điểm chính này quyết định sự phát triển và sử dụng đăng ký điện kế trên khắp thế giới trong nhiều thập kỷ.

Trọng lượng của con lắc không còn đóng vai trò như trong máy đo địa chấn cơ học. Chỉ có một hiện tượng duy nhất phải được tính đến - phản ứng điện từ của khung điện kế, nằm trong khe hở không khí của một nam châm vĩnh cửu, đối với con lắc đo địa chấn. Theo quy luật, phản ứng này làm giảm độ tắt dần của con lắc, dẫn đến việc kích thích các dao động phụ của chính nó, làm biến dạng dạng sóng của các sóng được ghi lại từ các trận động đất. Do đó, B.B. Golitsyn đã sử dụng một con lắc có khối lượng 20 kg để bỏ qua phản ứng ngược của điện kế với máy đo địa chấn.

Trận động đất thảm khốc năm 1948 ở Ashgabat đã kích thích nguồn tài chính cho việc mở rộng mạng lưới quan sát địa chấn ở Liên Xô. Để trang bị cho các trạm địa chấn mới và cũ, Giáo sư D.P. Kirnos cùng với kỹ sư V.N. Soloviev đã phát triển các máy đo địa chấn điện kế loại chung SGK và SVK cùng với điện kế GK-VI. Công việc được bắt đầu trong các bức tường của Viện Địa chấn học của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô và các xưởng chế tạo thiết bị của nó. Các thiết bị của Kirnos được phân biệt bởi nghiên cứu khoa học và kỹ thuật kỹ lưỡng của họ. Kỹ thuật hiệu chỉnh và vận hành đã được hoàn thiện, đảm bảo độ chính xác cao (khoảng 5%) của đáp ứng biên độ và tần số pha (AFC) khi ghi các sự kiện. Điều này cho phép các nhà địa chấn học thiết lập và giải quyết không chỉ các vấn đề động học mà còn cả các vấn đề động lực học khi giải thích các bản ghi. Theo cách này, trường phái của D.P. Kirnos khác biệt với trường phái nhạc cụ tương tự của Mỹ. D.P. Kirnos đã cải tiến lý thuyết của máy đo địa chấn với đăng ký điện kế bằng cách đưa vào hệ số ghép nối của máy đo địa chấn và điện kế, giúp tạo ra đáp ứng tần số biên độ của máy đo địa chấn để ghi lại sự dịch chuyển mặt đất, trước tiên trong dải tần 0,08 - 5 Hz, và sau đó ở dải tần 0,05 - 10 Hz sử dụng các máy đo địa chấn kiểu SKD mới được phát triển. Trong trường hợp này, chúng ta đang nói về việc giới thiệu đáp ứng tần số băng thông rộng vào phép đo địa chấn.

Máy đo địa chấn cơ học của Nga

Sau thảm họa ở Severo-Kurilsk, Nghị định của Chính phủ đã được ban hành về việc thành lập dịch vụ cảnh báo sóng thần ở Kamchatka, Sakhalin và quần đảo Kuril. Việc thực hiện Nghị định được giao cho Viện Hàn lâm Khoa học, Cục Khí tượng Thủy văn Liên Xô và Bộ Truyền thông. Năm 1959, một ủy ban đã được cử đến khu vực này để làm rõ tình hình trên thực địa. Petropavlovsk Kamchatsky, Severo-Kurilsk, Yuzhno-Kurilsk, Sakhalin. Phương tiện vận chuyển - Máy bay LI-2 (Douglas cũ), một tàu hơi nước được nâng lên từ đáy biển và được phục hồi, tàu thuyền. Chuyến bay đầu tiên dự kiến ​​vào 6 giờ sáng. Đoàn đã đến sân bay "Khalatyrka" (Petropavlovsk-Kamchatsky) đúng giờ. Nhưng máy bay đã cất cánh sớm hơn - bầu trời trên Shumshu đã mở ra. Vài giờ sau, một chiếc LI-2 chở hàng đã được tìm thấy và một cuộc hạ cánh an toàn đã diễn ra trên dải căn cứ với các sân bay ngầm do người Nhật xây dựng. Shumshu là hòn đảo cực bắc trong chuỗi Kuril. Chỉ ở phía tây bắc từ vùng biển của Biển Okhotsk mọc lên hình nón tuyệt đẹp của núi lửa Adelaide. Hòn đảo trông hoàn toàn bằng phẳng, giống như một chiếc bánh dày giữa biển khơi. Trên đảo, hầu hết là bộ đội biên phòng. Đoàn đã đến bến tàu Tây Nam. Một chiếc thuyền hải quân đã đợi sẵn ở đó, nó lao với tốc độ cao đến cảng Severo-Kurilsk. Trên boong, ngoài tiền hoa hồng, còn có một số hành khách. Ở bên cạnh, một thủy thủ và một cô gái đang nhiệt tình nói chuyện. Con thuyền hết tốc lực bay vào vùng nước của cảng. Người lái máy điện báo bằng tay phát tín hiệu cho buồng máy: "Ding-ding", và một "Ding-ding" khác - không có tác dụng! Đột nhiên một thủy thủ ở bên cạnh bay đầu trên gót chân xuống. Hơi muộn - chiếc thuyền cắt khá mạnh vào lan can bằng gỗ của người lái tàu đánh cá. Chíp bay, người suýt ngã. Các thủy thủ im lặng, không chút cảm xúc, neo thuyền. Đó là đặc thù của dịch vụ ở Viễn Đông.

Có tất cả mọi thứ trên chuyến đi: mưa nhẹ, những giọt nước bay gần như song song với mặt đất, cây tre nhỏ và cứng - nơi sinh sống của gấu, và một "túi dây" khổng lồ để hành khách được chất lên (một phụ nữ với một đứa trẻ. trung tâm) và được nâng bằng tời hơi lên boong của con tàu đã được phục hồi do sóng bão lớn, và xe tải GAZ-51, trong thân hở mà đoàn đã vượt qua Đảo Kunashir từ Thái Bình Dương đến bờ biển Okhotsk và đã quay nhiều vòng trong một vũng nước khổng lồ ở nửa chừng - bánh trước bằng keo này, bánh sau bằng keo khác - cho đến khi đường mòn được sửa lại bằng xẻng thông thường, và đường lướt sóng ở lối vào suối đẻ trứng, được đánh dấu bằng một dải trứng cá hồi đỏ liên tục.

Ủy ban phát hiện ra rằng cho đến nay công cụ địa chấn duy nhất có khả năng hoàn thành nhiệm vụ của một dịch vụ cảnh báo sóng thần chỉ có thể là một máy đo địa chấn cơ học có đăng ký trên giấy bạc. Máy đo địa chấn được phát triển trong phòng thí nghiệm địa chấn của Viện Vật lý Trái đất, Viện Hàn lâm Khoa học. Một máy đo địa chấn với độ phóng đại thấp là 7 và một máy đo địa chấn có độ phóng đại 42 đã được cung cấp để trang bị cho các trạm sóng thần được xây dựng đặc biệt. Các trống giấy hun khói được điều khiển bằng cơ cấu đồng hồ lò xo. Trọng lượng của khối lượng của máy đo địa chấn với độ phóng đại 42 được thu từ đĩa sắt và khối lượng là 100 kg. Điều này đã kết thúc kỷ nguyên của máy đo địa chấn cơ học.

Đoàn Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học đã họp bàn về việc triển khai Nghị định của Chính phủ. Viện sĩ Chủ tịch Nesmeyanov với gương mặt to cao, bệ vệ, rám nắng, Viện sĩ-Thư ký Topchiev lùn, các thành viên trong Đoàn Chủ tịch. Nhà địa chấn học nổi tiếng E.F.Savarensky đã báo cáo, trình diễn một bức ảnh toàn cảnh về một máy đo địa chấn cơ học [Kirnos D.P., Rykov A.V., 1961]. Viện sĩ Artsimovich tham gia thảo luận: "Vấn đề sóng thần có thể dễ dàng giải quyết bằng cách chuyển tất cả các vật thể trên bờ biển lên độ cao trên 30 mét!" . Về mặt kinh tế, điều này là không thể và vấn đề về các đơn vị của Hạm đội Thái Bình Dương vẫn chưa được giải quyết.

Vào nửa sau của thế kỷ 20, kỷ nguyên của máy đo địa chấn điện tử bắt đầu. Các đầu dò tham số được đặt trên các con lắc của máy đo địa chấn trong máy đo địa chấn điện tử. Họ lấy tên của họ từ thuật ngữ - tham số. Điện dung của tụ điện không khí, điện trở cảm ứng của máy biến áp tần số cao, điện trở của điện trở quang, độ dẫn điện của điốt quang dưới chùm đèn LED, cảm biến Hall và mọi thứ đã đến tay các nhà phát minh ra máy đo địa chấn điện tử có thể dùng như một tham số biến. Trong số các tiêu chí lựa chọn, những tiêu chí chính hóa ra là sự đơn giản của thiết bị, tính tuyến tính, mức độ ồn nội tại thấp, hiệu quả trong việc cung cấp điện. Ưu điểm chính của máy đo địa chấn điện tử so với máy đo địa chấn có đăng ký điện kế là a) sự giảm đáp ứng tần số đối với tần số thấp xảy ra, phụ thuộc vào tần số tín hiệu f, không phải là f ^ 3, mà là f ^ 2 - chậm hơn nhiều, b) có thể sử dụng đầu ra điện của máy đo địa chấn trong các máy ghi hiện đại, và quan trọng nhất, trong việc sử dụng công nghệ kỹ thuật số để đo, tích lũy và xử lý thông tin, c) khả năng ảnh hưởng đến tất cả các thông số của máy đo địa chấn bằng cách sử dụng điều khiển phản hồi tự động (OS) nổi tiếng [Rykov A.V., 1963]. Tuy nhiên, điểm c) có ứng dụng cụ thể riêng của nó trong đo địa chấn. Với sự trợ giúp của Hệ điều hành, đáp ứng tần số, độ nhạy, độ chính xác và độ ổn định của máy đo địa chấn được hình thành. Một phương pháp đã được phát hiện để tăng chu kỳ dao động riêng của con lắc với sự trợ giúp của phản hồi âm, phương pháp này chưa được biết đến trong điều khiển tự động hoặc trong phép đo địa chấn hiện có trên thế giới [Rykov A.V.,].

Ở Nga, hiện tượng chuyển đổi mượt mà độ nhạy quán tính của máy đo địa chấn dọc và ngang thành độ nhạy trọng trường của nó khi tần số tín hiệu giảm [Rykov AV, 1979] đã được hình thành rõ ràng. Ở tần số tín hiệu cao, hành vi quán tính của con lắc chiếm ưu thế; ở tần số rất thấp, tác dụng quán tính giảm nhiều đến mức tín hiệu hấp dẫn trở nên chiếm ưu thế. Nó có nghĩa là gì? Ví dụ, trong quá trình mặt đất dao động theo phương thẳng đứng, cả lực quán tính sinh ra buộc con lắc phải duy trì vị trí của nó trong không gian và lực hấp dẫn thay đổi do khoảng cách của thiết bị tính từ tâm Trái đất thay đổi. Khi khoảng cách giữa khối lượng và tâm Trái Đất tăng lên, lực hấp dẫn giảm và khối lượng nhận thêm một lực làm nâng con lắc lên. Và ngược lại, khi hạ thiết bị xuống - khối lượng nhận thêm một lực, hạ thấp nó xuống.

Đối với các tần số cao của dao động mặt đất, tác dụng quán tính lớn hơn tác dụng hấp dẫn nhiều lần. Ở tần số thấp thì ngược lại - gia tốc cực kỳ nhỏ và hiệu ứng quán tính trên thực tế rất nhỏ, và ảnh hưởng của sự thay đổi trọng lực đối với con lắc đo địa chấn sẽ lớn hơn nhiều lần. Đối với máy đo địa chấn nằm ngang, các hiện tượng này sẽ biểu hiện khi trục dao động của con lắc lệch khỏi dây dọi, được xác định bởi cùng một lực hấp dẫn. Để rõ ràng, đáp ứng tần số biên độ của máy đo địa chấn dọc được thể hiện trong Hình 1. Nó được chỉ ra rõ ràng làm thế nào, với tần số tín hiệu giảm, độ nhạy của máy đo địa chấn thay đổi từ quán tính sang trọng trường. Nếu không tính đến quá trình chuyển đổi này, không thể giải thích thực tế là trọng lực kế và máy đo địa chấn có khả năng ghi lại thủy triều âm dương. Theo truyền thống, cần phải mở rộng đường "vận tốc" đến độ nhạy thấp đến mức thủy triều theo chu kỳ lên đến 25 giờ và biên độ 0,3 m ở Mátxcơva sẽ không thể được phát hiện. Một ví dụ về ghi lại thủy triều và độ nghiêng trong sóng thủy triều được thể hiện trong Hình 2. Ở đây Z là kỷ lục về độ dịch chuyển của bề mặt Trái đất ở Mátxcơva trong 45 giờ, H là kỷ lục về độ nghiêng của sóng thủy triều. Có thể thấy rõ rằng độ dốc lớn nhất không nằm trên gờ triều mà nằm trên độ dốc của sóng triều.

Do đó, các tính năng đặc trưng của máy đo địa chấn điện tử hiện đại là đáp ứng tần số băng rộng từ 0 đến 10 Hz của các dao động trên bề mặt Trái đất và là một phương pháp kỹ thuật số để đo các dao động này. Việc Bennioff vào năm 1964 đã quan sát các rung động tự nhiên của Trái đất sau một trận động đất mạnh bằng cách sử dụng máy đo biến dạng (biến dạng) hiện đã có trên một máy đo địa chấn điện tử thông thường (Trận động đất lớn nhất được ghi nhận ở Hoa Kỳ có cường độ 9,2 độ richter xảy ra tại Prince William Sound, Alaska trên Thứ Sáu Tuần Thánh, ngày 28 tháng 3 năm 1964, hậu quả của trận động đất đó vẫn còn rõ ràng, bao gồm cả những khu vực rộng lớn của khu rừng đã tuyệt chủng, do một phần đất bị hạ xuống trong khoảng cách 500 km, trong một số trường hợp lên đến 16 m, và ở nhiều nơi nước biển ngấm vào mạch nước ngầm, rừng chết. Lưu ý Ed.).

Hình 3 cho thấy dao động xuyên tâm (thẳng đứng) của Trái đất theo âm cơ bản trong 3580 giây. sau trận động đất.

Hình 3. Thành phần Z theo phương thẳng đứng và phương ngang của bản ghi rung động sau trận động đất ở Iran, ngày 14 tháng 3 năm 1998, M = 6,9. Có thể thấy rằng dao động xuyên tâm chiếm ưu thế hơn dao động xoắn có hướng nằm ngang.

Hãy chỉ ra trong hình 4 bản ghi ba thành phần của một trận động đất mạnh trông như thế nào sau khi chuyển đổi tệp kỹ thuật số thành tệp trực quan.

Hình 4. Một mẫu bản ghi kỹ thuật số về trận động đất ở Ấn Độ, M = 7,9, 26/01/2001, nhận được tại một trạm băng thông rộng cố định KSESH-R.

Lần xuất hiện đầu tiên của hai sóng dọc có thể nhìn thấy rõ ràng trong vòng 25 phút, sau đó trên máy đo địa chấn ngang, sóng ngang đi vào khoảng 28 phút và sóng Tình yêu ở phút 33. Trên thành phần dọc giữa, không có sóng Tình yêu (nó nằm ngang), và theo thời gian, sóng Rayleigh bắt đầu (38 phút), có thể nhìn thấy trên cả dấu vết ngang và dọc.

Trong ảnh số 3 .4, bạn có thể thấy một máy đo địa chấn dọc điện tử hiện đại, hiển thị các ví dụ về hồ sơ thủy triều, dao động tự nhiên của Trái đất và hồ sơ về một trận động đất mạnh. Có thể thấy rõ các yếu tố cấu tạo chính của con lắc thẳng đứng: hai đĩa khối lượng tổng cộng 2 kg, hai lò xo trụ để bù trọng lực của Trái đất và giữ khối lượng của con lắc ở vị trí nằm ngang. Giữa các khối lượng trên đế của thiết bị có một nam châm hình trụ, trong khe hở không khí có một cuộn dây đi vào. Cuộn dây được bao gồm trong thiết kế của con lắc. Ở giữa "nhìn ra" bảng điện tử của bộ chuyển đổi điện dung. Bộ ngưng tụ không khí nằm sau nam châm và có kích thước nhỏ. Diện tích của tụ chỉ là 2 cm (+2). Một nam châm có cuộn dây được sử dụng để buộc con lắc với sự trợ giúp của phản hồi về độ dời, tốc độ và tích phân của độ dời. Hệ điều hành cung cấp đáp ứng tần số được hiển thị trong hình 1, độ ổn định của máy đo địa chấn theo thời gian và độ chính xác cao của việc đo các rung động trên mặt đất ở bậc một phần trăm.

Ảnh số 34. Máy đo địa chấn dọc của hệ thống KSESH-R với phần thân đã được tháo rời.

Trong thực tế quốc tế, máy đo địa chấn Wieland-Strekaizen đã được công nhận và phân phối rộng rãi. Các công cụ này được thông qua làm cơ sở cho Mạng lưới Quan sát Địa chấn Kỹ thuật số Thế giới (IRIS). Đáp ứng tần số của máy đo địa chấn IRIS tương tự như đáp ứng tần số được trình bày trong Hình 1. Sự khác biệt là đối với tần số nhỏ hơn 0,0001 Hz, máy đo địa chấn Wieland bị "kẹp chặt" hơn bởi phản hồi tích hợp, dẫn đến độ ổn định thời gian cao hơn, nhưng giảm độ nhạy ở tần số cực thấp so với máy đo địa chấn KSESh khoảng 3 lần.

Máy đo địa chấn điện tử có khả năng khám phá những kỳ quan kỳ lạ mà có thể vẫn chưa được tranh cãi. Giáo sư. Khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời vẫn là truyền thống, và Trái đất dao động giống như một sợi dây xích trên bề mặt của một ellipsoid với biên độ kép lên đến 400 micron. Có mối liên hệ giữa những dao động này và hoạt động mặt trời [xem thêm Tham khảo 22].

Do đó, máy đo địa chấn đã được cải tiến tích cực trong thế kỷ 20. Khởi đầu cho sự khởi đầu mang tính cách mạng của quá trình này được đặt ra bởi Hoàng tử Boris Borisovich Golitsyn, một nhà khoa học người Nga. Tiếp theo, chúng ta có thể mong đợi các công nghệ mới trong các phương pháp đo lường quán tính và hấp dẫn. Có thể rằng chính các máy đo địa chấn điện tử cuối cùng sẽ có thể phát hiện ra các sóng hấp dẫn trong Vũ trụ.

Văn chương

1. Golitzin B. Izv. Ủy ban địa chấn thường trực AN 2, c. 2, 1906.

2. Golitsyn B.B. Izv. Ủy ban địa chấn thường trực AN 3, c. 1, 1907.

3. Golitsyn B.B. Izv. Ủy ban địa chấn thường trực AN 4, c. 2 năm 1911.

4. Golitsyn B., Bài giảng về đo địa chấn, biên tập. AN, St.Petersburg, 1912.

5. E.F.Savarensky, D.P.Kirnos, Các yếu tố của địa chấn học và đo địa chấn. Ed. Thứ hai, sửa đổi, Nhà nước. Ed. Techn.-theor. Lit., M.1955

6. Thiết bị và phương pháp quan trắc địa chấn ở Liên Xô. Nhà xuất bản "Khoa học", M. 1974

7. D.P. Kirnos. Kỷ yếu Địa vật lý. Viện của Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô, số 27 (154), năm 1955

8. D.P.Kirnos và A.V.Rykov. Thiết bị địa chấn tốc độ cao đặc biệt để cảnh báo sóng thần. Bò đực. Hội đồng địa chấn học, "Các vấn đề về sóng thần", số 9 năm 1961

9. A.V. Rykov. Ảnh hưởng của phản hồi đến các thông số của con lắc. Izv. Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô, ser. Geofiz., Số 7 năm 1963

10. A.V. Rykov. Về vấn đề quan sát dao động của Trái Đất. Thiết bị, phương pháp và kết quả quan trắc địa chấn. M., "Khoa học", Sat. "Dụng cụ địa chấn", không. 12, 1979

11. A.V. Rykov. Máy đo địa chấn và độ rung của Trái đất. Izv. Viện Hàn lâm Khoa học Nga, ser. Vật lý Trái đất, M., "Khoa học", 1992

12. Wieland E .., Streckeisen G. Máy đo địa chấn lò xo lá - thiết kế và hiệu suất // Bull.Seismol..Soc. Amer., 1982. Tập 72. P.2349-2367.

13. Wieland E., Stein J.M. Máy đo địa chấn băng tần rất rộng kỹ thuật số // Ann.Địa vật lý. Người phục vụ. B. 1986. Tập. 4, Số 3. P. 227 - 232.

14. A.V. Rykov, I.P. Bashilov. Bộ đo địa chấn kỹ thuật số băng siêu rộng. Đã ngồi. "Dụng cụ địa chấn", không. 27, M., Nhà xuất bản OIPH RAS, 1997

15. K. Krylov Trận động đất mạnh ở Seattle ngày 28 tháng 2 năm 2001 http://www.pereplet.ru/nauka/1977.html

16. K. Krylov Trận động đất thảm khốc ở Ấn Độ 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 Đây là những trận động đất mạnh nhất trên thế giới.

22. http://www.pereplet.ru/cgi/nauka.cgi?id=1580#1580 Báo hiệu trận động đất trong không gian gần Trái đất - Một bài báo mới đã xuất hiện trên tạp chí Urania (bằng tiếng Nga và tiếng Anh). Công việc của các nhân viên MEPhI được dành cho việc dự đoán động đất dựa trên các quan sát vệ tinh.

Máy đo địa chấn- một thiết bị ghi lại các rung động của mặt đất trong một trận động đất. Ngày nay, đây là những thiết bị điện tử phức tạp. Máy đo địa chấn hiện đại có tiền thân của chúng. Máy đo địa chấn đầu tiên được phát minh vào năm 132 ở Trung Quốc, và máy đo địa chấn thực sự xuất hiện vào những năm 1890. Máy đo địa chấn hiện đại sử dụng tính chất của quán tính (đặc tính để duy trì trạng thái nghỉ ban đầu hoặc chuyển động đều). Lần đầu tiên, các quan sát bằng công cụ xuất hiện ở Trung Quốc, nơi vào năm 132 Chang-Khen đã phát minh ra kính địa chấn, một loại tàu được chế tạo một cách khéo léo. Ở mặt ngoài của bình có đặt một con lắc, bên trong có khắc hình đầu rồng ngậm những viên bi trong miệng. Trong quá trình lắc lư của con lắc từ trận động đất, một hoặc nhiều quả bóng rơi vào miệng ếch đang mở, đặt ở đáy bình sao cho ếch có thể nuốt chửng chúng. Máy đo địa chấn hiện đại là một bộ công cụ ghi lại các rung động của mặt đất trong trận động đất và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện được ghi lại trên các hình ảnh địa chấn ở dạng tương tự và kỹ thuật số. Tuy nhiên, như trước đây, phần tử nhạy cảm chính là một con lắc có tải trọng.

Sóng địa chấn truyền vào bên trong địa cầu ở những nơi không thể quan sát được. Mọi thứ họ gặp trên đường đều thay đổi họ theo cách này hay cách khác. Do đó, việc phân tích các sóng địa chấn giúp làm sáng tỏ cấu trúc bên trong của Trái đất.

Máy đo địa chấn có thể được sử dụng để ước tính năng lượng của một trận động đất. Các trận động đất tương đối yếu giải phóng năng lượng theo bậc 10.000 kg / m, tức là đủ để nâng một vật nặng 10 tấn lên độ cao 1 m Mức năng lượng này được lấy bằng 0, một trận động đất có năng lượng gấp 100 lần tương ứng với 1, một trận động đất khác mạnh hơn 100 lần tương ứng với 2 đơn vị của thang đo. Một thang điểm như vậy được gọi là thang độ Richter để vinh danh nhà địa chấn học nổi tiếng người Mỹ đến từ California C. Richter. Con số trong một thang như vậy được gọi là độ lớn và được ký hiệu là M. Trong bản thân thang đo, không có giới hạn trên, vì lý do này, thang độ Richter được gọi là mở. Trong thực tế, Trái đất tự tạo ra một giới hạn trên thực tế. Trận động đất mạnh nhất được ghi nhận có cường độ 8,9 độ richter. Hai trận động đất như vậy đã được ghi nhận kể từ khi bắt đầu quan sát bằng thiết bị, cả hai đều ở dưới đại dương. Một vụ xảy ra vào năm 1933 ngoài khơi Nhật Bản, vụ còn lại vào năm 1906 ngoài khơi Ecuador. Do đó, cường độ của một trận động đất đặc trưng cho lượng năng lượng do nguồn phát ra theo mọi hướng. Giá trị này không phụ thuộc vào độ sâu của nguồn, cũng như khoảng cách đến điểm quan sát. Cường độ của một biểu hiện động đất không chỉ phụ thuộc vào cường độ mà còn phụ thuộc vào độ sâu của nguồn (nguồn càng gần bề mặt, cường độ biểu hiện của nó càng lớn), vào chất lượng của đất (càng lỏng lẻo và không ổn định. đất, cường độ biểu hiện càng lớn). Tất nhiên, chất lượng của các công trình mặt đất cũng rất quan trọng. Cường độ biểu hiện của một trận động đất trên bề mặt trái đất được xác định bằng thang Mercalli tính bằng điểm. Các điểm được đánh dấu bằng các số từ I đến XII.

Một thiết bị để ghi lại các rung động của bề mặt trái đất trong các trận động đất hoặc vụ nổ

Hoạt hình

Sự miêu tả

Máy đo địa chấn (SF) được sử dụng để phát hiện và ghi lại tất cả các loại sóng địa chấn. Nguyên tắc hoạt động của SF hiện đại dựa trên tính chất của quán tính. Bất kỳ SF nào cũng bao gồm một máy thu địa chấn hoặc máy đo địa chấn và một thiết bị ghi âm (ghi). Phần chính của SF là một cơ thể quán tính - một tải trọng được treo trên một lò xo từ một giá đỡ, được gắn chặt vào cơ thể (Hình 1).

Hình ảnh tổng quát của máy đo địa chấn đơn giản nhất để ghi lại các dao động dọc

Cơm. một

Phần thân của SF được cố định trong đá rắn và do đó chuyển động trong một trận động đất, và do tính chất của quán tính, con lắc trễ hơn chuyển động của đất. Để ghi lại các rung động địa chấn (địa chấn), một trống ghi có băng giấy quay với tốc độ không đổi, được gắn vào thân của SF và một cây bút được kết nối với con lắc (xem Hình 1) được sử dụng. Vectơ dịch chuyển của bề mặt trái đất được xác định bởi các thành phần nằm ngang và thẳng đứng; Theo đó, bất kỳ hệ thống nào để quan sát địa chấn bao gồm máy đo địa chấn ngang (để ghi lại chuyển vị dọc theo trục X, Y) và dọc (để ghi chuyển dịch dọc theo trục Z).

Đối với các máy đo địa chấn, các con lắc thường được sử dụng nhiều nhất, tâm dao động của nó vẫn tương đối yên tĩnh hoặc trễ hơn chuyển động của bề mặt trái đất dao động và trục treo liên kết với nó. Mức độ nghỉ của tâm dao động địa chất đặc trưng cho hoạt động của nó và được xác định bằng tỉ số giữa chu kỳ T p của dao động đất với chu kỳ T của dao động tự nhiên của con lắc địa âm. Nếu T p ¤ T nhỏ, thì tâm của dao động thực tế là bất động và dao động của đất được tái tạo mà không bị biến dạng. Tại T p ¤ T gần bằng 1, biến dạng do cộng hưởng có thể xảy ra. Ở giá trị T p ¤ T lớn, khi đất chuyển động rất chậm, không xuất hiện tính chất quán tính, tâm dao động gần như toàn bộ với đất và máy thu địa chấn ngừng ghi lại dao động của đất. Khi đăng ký dao động trong thăm dò địa chấn, chu kỳ của dao động tự nhiên là vài phần trăm hoặc phần mười giây. Khi ghi rung động từ các trận động đất cục bộ, khoảng thời gian này có thể là ~ 1 giây và đối với các trận động đất ở xa một nghìn km, thì khoảng thời gian này phải là 10 giây.

Nguyên tắc hoạt động của SF có thể được giải thích bằng các phương trình sau: Cho một vật khối lượng M được treo vào một lò xo, đầu kia của vật đó và cân được gắn chặt vào đất. Khi đất chuyển động lên theo giá trị Z dọc theo trục Z (chuyển động tịnh tiến), khối lượng M bị trễ lại do quán tính và dịch chuyển xuống trục Z theo giá trị z (chuyển động tương đối), tạo ra lực kéo ở lò xo - cz (c là độ cứng của lò xo). Lực này trong quá trình chuyển động phải cân bằng với lực quán tính của chuyển động tuyệt đối:

M d 2 z¤ dt 2 = - cz,

trong đó z = Z - z.

Từ đó theo phương trình:

d 2 z ¤ dt 2 + cz ¤ M = d 2 Z ¤ dt 2,

mà lời giải của nó liên hệ giữa chuyển vị đất thực Z với z quan sát được.

Thời gian

Thời gian bắt đầu (đăng nhập từ -3 đến -1);

Thời gian tồn tại (log tc từ -1 đến 3);

Thời gian suy giảm (log td -3 đến -1);

Thời gian phát triển tối ưu (log tk từ -1 đến 1).

Biểu đồ:

Nhận thức kỹ thuật của hiệu ứng

Máy đo địa chấn ngang loại SKGD

Hình vẽ chung về máy đo địa chấn ngang kiểu SKGD được thể hiện trong hình. 2.

Sơ đồ của máy đo địa chấn ngang SKGD

Cơm. 2

Chỉ định:

2 - hệ thống từ tính;

3 - cuộn dây biến đổi;

4 - kẹp treo;

5 - lò xo treo.

Thiết bị gồm con lắc 1 treo trên kẹp 4 vào giá đỡ cố định trên đế thiết bị. Khối lượng toàn bộ của con lắc là 2 kg; chiều dài đã cho là khoảng 50 cm. Mùa xuân lá đang căng. Trong khung cố định con lắc có cuộn dây cảm ứng phẳng 3 có ba đầu cuộn dây bằng đồng cách điện. Một cuộn dây dùng để ghi lại chuyển động của con lắc và một mạch điện kế được nối với nó. Cuộn dây thứ hai dùng để điều chỉnh sự suy giảm của máy đo địa chấn, và một điện trở giảm chấn được kết nối với nó. Ngoài ra, có một cuộn dây thứ ba để cung cấp xung điều khiển (giống như đối với các máy đo địa chấn dọc). Một nam châm vĩnh cửu 2 được cố định trên đế của thiết bị, trong khe hở không khí có các phần giữa của các cuộn dây. Hệ thống từ được trang bị một shunt từ tính, bao gồm hai tấm sắt mềm, chuyển động của chúng gây ra sự thay đổi cường độ của từ trường trong khe hở không khí của nam châm và do đó, sự thay đổi trong hằng số suy giảm.

Ở cuối con lắc có gắn một mũi tên phẳng, dưới đó có một thang chia độ milimét và một thấu kính lúp để qua đó xem thang chia độ và mũi tên. Vị trí của con trỏ có thể được đọc trên thang đo với độ chính xác 0,1 mm. Đế con lắc được cung cấp với ba vít định vị. Hai mặt bên làm nhiệm vụ đặt con lắc về vị trí không. Vít định vị phía trước dùng để điều chỉnh chu kỳ tự nhiên của con lắc. Để bảo vệ con lắc khỏi các vật cản khác nhau, thiết bị được đặt trong một vỏ kim loại bảo vệ.

Áp dụng một hiệu ứng

Các SF được sử dụng để ghi rung động mặt đất trong các trận động đất hoặc vụ nổ là một phần của cả các trạm địa chấn cố định và di động. Sự tồn tại của một mạng lưới các trạm địa chấn toàn cầu giúp cho việc xác định với độ chính xác cao các thông số của hầu hết các trận động đất xảy ra ở các khu vực khác nhau trên địa cầu, cũng như nghiên cứu cấu trúc bên trong của Trái đất dựa trên các đặc điểm của sự lan truyền của sóng địa chấn các loại. Các thông số chính của một trận động đất chủ yếu bao gồm: tọa độ của tâm chấn, độ sâu của trọng tâm, cường độ, độ lớn (đặc trưng năng lượng). Đặc biệt, để tính toán tọa độ của một sự kiện địa chấn, cần có dữ liệu về thời gian đến của sóng địa chấn của ít nhất ba trạm địa chấn đặt cách nhau một khoảng cách vừa đủ.

Máy đo địa chấn(từ tiếng Hy Lạp khác σεισμός - động đất và tiếng Hy Lạp khác γράφω - viết) hoặc máy đo địa chấn- một thiết bị đo được sử dụng trong địa chấn học để phát hiện và ghi lại tất cả các loại sóng địa chấn. Một công cụ để xác định cường độ và hướng của một trận động đất.

Nỗ lực đầu tiên được biết đến để tạo ra một công cụ dự báo động đất thuộc về nhà triết học và thiên văn học Trung Quốc Zhang Heng.

ZhangHeng đã phát minh ra thiết bị mà anh ấy đặt tên là Houfeng " ”Và có thể ghi lại các dao động của bề mặt trái đất và hướng lan truyền của chúng.

Houfeng và trở thành máy đo địa chấn đầu tiên trên thế giới. Thiết bị bao gồm một chiếc bình lớn bằng đồng có đường kính 2 m, trên thành có tám đầu rồng. Hàm của những con rồng mở ra và mỗi con có một quả bóng trong miệng.

Bên trong bình có một con lắc với các thanh gắn ở đầu. Kết quả của một cú sốc dưới lòng đất, con lắc bắt đầu chuyển động, tác động lên đầu và quả cầu rơi ra khỏi miệng con rồng vào miệng của một trong tám con cóc đang ngồi ở đáy bình. Thiết bị nhận được chấn động ở khoảng cách 600 km từ nó.

1.2. Máy đo địa chấn hiện đại

Máy đo địa chấn đầu tiên thiết kế hiện đại được phát minh bởi một nhà khoa học Nga, hoàng tử B. Golitsyn, sử dụng sự chuyển đổi năng lượng dao động cơ học thành dòng điện.

Thiết kế khá đơn giản: quả cân được treo trên một lò xo nằm dọc hoặc nằm ngang, một đầu bút ghi âm được gắn vào đầu còn lại của quả cân.

Một băng giấy quay được sử dụng để ghi lại các dao động của tải. Đẩy càng mạnh thì lông càng lệch và lò xo dao động càng dài.

Trọng lượng dọc cho phép bạn ghi lại các cú sốc theo chiều ngang và ngược lại, máy ghi theo chiều ngang ghi lại các cú sốc trong mặt phẳng thẳng đứng.

Theo quy định, việc ghi ngang được thực hiện theo hai hướng: bắc nam và tây đông.

Trong địa chấn học, tùy theo nhiệm vụ cần giải quyết mà sử dụng các loại máy đo địa chấn: cơ, quang hoặc điện với các loại phương pháp khuếch đại và xử lý tín hiệu khác nhau. Một máy đo địa chấn cơ học bao gồm một bộ phận nhạy cảm (thường là một con lắc và một van điều tiết) và một máy ghi.

Đế của máy đo địa chấn được kết nối chặt chẽ với đối tượng đang nghiên cứu, trong quá trình rung chuyển của tải xảy ra so với đế. Tín hiệu được ghi ở dạng analog trên các đầu ghi có ghi cơ.

1.3. Xây dựng máy đo địa chấn

Vật liệu: Thùng các - tông; dùi cui; ruy-băng; nhựa dẻo; cây bút chì; bút dạ; sợi xe hoặc sợi chắc chắn; một miếng bìa cứng mỏng.

Khung cho máy đo địa chấn sẽ đóng vai trò như một hộp các tông. Nó cần được làm bằng vật liệu khá cứng. Mặt mở của nó sẽ là mặt trước của thiết bị.

Cần phải tạo một lỗ trên nắp trên của máy đo địa chấn tương lai bằng dùi. Nếu độ cứng cho " khung»Là không đủ, cần phải dán các góc và các cạnh của hộp bằng băng dính, tăng cường nó, như trong hình.

Cuộn tròn một quả bóng bằng plasticine và dùng bút chì tạo một lỗ trên đó. Đẩy đầu bút dạ vào lỗ sao cho đầu bút hơi nhô ra so với mặt đối diện của quả bóng plasticine.

Đây là một con trỏ địa chấn được thiết kế để vẽ các đường dao động của trái đất.

Luồn phần cuối của sợi chỉ qua lỗ trên đầu hộp. Đặt hộp ở mặt dưới và thắt chặt sợi chỉ để đầu bút dạ được treo tự do.

Buộc đầu trên của sợi chỉ vào bút chì và xoay bút chì quanh trục cho đến khi bạn tháo sợi chỉ ra. Khi điểm đánh dấu được treo ở độ cao chính xác (nghĩa là chỉ chạm nhẹ vào đáy hộp), cố định bút chì bằng băng dính.

Trượt một tờ bìa cứng dưới đầu bút dạ xuống đáy hộp. Điều chỉnh mọi thứ sao cho đầu bút dạ dễ dàng chạm vào bìa cứng và có thể để lại các đường kẻ.

Máy đo địa chấn đã sẵn sàng hoạt động. Nó sử dụng nguyên tắc hoạt động giống như thiết bị thật. Một hệ thống treo có trọng lượng, hoặc con lắc, sẽ có quán tính hơn so với lắc so với khung.

Để kiểm tra thiết bị trong thực tế, không cần đợi động đất. Bạn chỉ cần lắc khung hình. Gimbal sẽ giữ nguyên vị trí, nhưng sẽ bắt đầu vẽ các đường trên bìa cứng, giống như hình thật.

Thật khó tưởng tượng, nhưng hàng năm trên hành tinh của chúng ta có khoảng một triệu trận động đất! Tất nhiên, đây chủ yếu là những chấn động yếu. Các trận động đất có sức công phá ít xảy ra hơn nhiều, trung bình hai tuần một lần. May mắn thay, hầu hết chúng xảy ra ở đáy đại dương và không mang lại bất kỳ rắc rối nào cho nhân loại, trừ khi sóng thần xảy ra do kết quả của các đợt dịch chuyển địa chấn.

Mọi người đều biết về hậu quả thảm khốc của động đất: hoạt động kiến ​​tạo đánh thức núi lửa, sóng thủy triều khổng lồ cuốn toàn bộ thành phố vào đại dương, đứt gãy và lở đất phá hủy các tòa nhà, gây ra hỏa hoạn, lũ lụt và cướp đi hàng trăm, hàng nghìn sinh mạng của con người.

Vì vậy, mọi người luôn tìm cách nghiên cứu các trận động đất và ngăn chặn hậu quả của chúng. Vì vậy, Aristotle vào thế kỷ IV. với tôi. e. tin rằng các xoáy khí quyển thâm nhập vào trái đất, trong đó có nhiều khoảng trống và vết nứt. Các cơn lốc bị lửa mạnh lên và tìm đường thoát ra ngoài, gây ra động đất và núi lửa phun trào. Aristotle cũng quan sát các chuyển động của đất trong các trận động đất và cố gắng phân loại chúng, xác định sáu loại chuyển động: lên và xuống, từ bên này sang bên kia, v.v.

Nỗ lực đầu tiên được biết đến để tạo ra một công cụ dự báo động đất là của nhà triết học và thiên văn học Trung Quốc Zhang Heng. Ở Trung Quốc, những thảm họa thiên nhiên này đã từng xảy ra và vô cùng thường xuyên, hơn nữa, ba trong bốn trận động đất lớn nhất trong lịch sử loài người đều xảy ra ở Trung Quốc. Và vào năm 132, Zhang Heng đã phát minh ra một thiết bị mà ông đặt cho cái tên Houfeng "cánh gió thời tiết động đất" và nó có thể ghi lại những rung động của bề mặt trái đất và hướng lan truyền của chúng. Houfeng trở thành máy đo địa chấn đầu tiên trên thế giới (từ tiếng Hy Lạp là địa chấn "dao động" và grapho "tôi viết"), một thiết bị phát hiện và ghi lại sóng địa chấn.

Hậu quả của trận động đất ở San Francisco năm 1906

Nói một cách chính xác, thiết bị này giống như một kính địa chấn (từ tiếng Hy Lạp là "Tôi nhìn"), bởi vì các kết quả đọc của nó không được ghi lại tự động mà do bàn tay của người quan sát.

Houfeng được làm bằng đồng với hình dáng của một bình rượu có đường kính 180 cm và thành mỏng. Bên ngoài kim khí là tám con rồng. Các đầu rồng chỉ về tám hướng: đông, nam, tây, bắc, đông bắc, đông nam, tây bắc và tây nam. Mỗi con rồng ngậm một quả cầu bằng đồng trong miệng và dưới đầu là một con cóc há miệng. Người ta cho rằng một con lắc với các thanh được lắp đặt thẳng đứng bên trong bình, được gắn vào đầu của những con rồng. Khi do một trận động đất, con lắc được đặt chuyển động, một thanh nối với đầu đối mặt với cú sốc sẽ mở miệng con rồng và quả bóng lăn ra khỏi nó vào miệng của con cóc tương ứng. Nếu hai quả bóng lăn ra, người ta có thể cho rằng sức mạnh của trận động đất. Nếu thiết bị nằm ở tâm chấn, thì tất cả các viên bi lăn ra ngoài. Những người quan sát thiết bị có thể ghi lại ngay thời gian và hướng của trận động đất. Thiết bị này rất nhạy cảm: nó bắt được cả những chấn động yếu, tâm chấn cách nó 600 km. Năm 138, địa chấn này đã chỉ ra chính xác một trận động đất xảy ra ở vùng Lunxi.

Ở châu Âu, động đất bắt đầu được nghiên cứu nghiêm túc muộn hơn nhiều. Năm 1862, cuốn sách của kỹ sư người Ireland Robert Malet "Trận động đất vĩ đại ở Neapolitan năm 1857: Các nguyên tắc cơ bản của quan sát địa chấn" được xuất bản. Malet đã thực hiện một chuyến thám hiểm đến Ý và lập một bản đồ của vùng lãnh thổ bị ảnh hưởng, chia nó thành bốn khu vực. Các khu vực do Malet giới thiệu đại diện cho quy mô cường độ rung lắc đầu tiên, khá sơ khai.

Nhưng địa chấn học với tư cách là một ngành khoa học chỉ bắt đầu phát triển với sự xuất hiện rộng rãi và đưa vào thực tế các công cụ ghi lại các rung động của đất, tức là, với sự ra đời của phương pháp đo địa chấn khoa học.

Năm 1855, Luigi Palmieri người Ý đã phát minh ra máy đo địa chấn có khả năng ghi lại các trận động đất ở xa. Ông đã hành động theo nguyên tắc sau: trong một trận động đất, thủy ngân tràn từ một thể tích hình cầu vào một vật chứa đặc biệt, tùy thuộc vào hướng dao động. Chỉ báo tiếp điểm của thùng chứa đã dừng đồng hồ, cho biết thời gian chính xác và bắt đầu ghi lại các rung động của trái đất trên trống.

Năm 1875, một nhà khoa học người Ý khác, Filippo Sechi, đã thiết kế một máy đo địa chấn có thể bật đồng hồ tại thời điểm xảy ra cú sốc đầu tiên và ghi lại dao động đầu tiên. Ghi chép địa chấn đầu tiên đến với chúng tôi được thực hiện bằng thiết bị này vào năm 1887. Sau đó, tiến bộ nhanh chóng bắt đầu trong lĩnh vực tạo ra các dụng cụ để ghi lại các rung động của đất. Năm 1892, một nhóm các nhà khoa học người Anh làm việc tại Nhật Bản đã tạo ra một công cụ khá dễ sử dụng đầu tiên, máy đo địa chấn của John Milne. Vào năm 1900, một mạng lưới toàn cầu gồm 40 trạm địa chấn được trang bị các thiết bị Milne đã hoạt động.

Máy đo địa chấn bao gồm một con lắc có thiết kế này hay thiết kế khác và một hệ thống để ghi lại các dao động của nó. Theo phương pháp ghi dao động con lắc, máy đo địa chấn có thể được chia thành thiết bị có đăng ký trực tiếp, đầu dò dao động cơ học và máy đo địa chấn có phản hồi.

Máy đo địa chấn ghi trực tiếp sử dụng phương pháp ghi cơ học hoặc quang học. Ban đầu, với phương pháp ghi chép cơ học, một cây bút được đặt ở cuối con lắc, vạch một đường trên giấy hun khói, sau đó được phủ một lớp hợp chất cố định. Nhưng con lắc của một máy đo địa chấn có đăng ký cơ học bị ảnh hưởng mạnh bởi lực ma sát của bút lên giấy. Để giảm ảnh hưởng này, cần có khối lượng rất lớn của con lắc.

Với phương pháp ghi hình quang học, một gương được cố định trên trục quay, được chiếu sáng qua thấu kính, và chùm tia phản xạ rơi vào cuộn giấy ảnh trên một trống quay.

Phương pháp ghi trực tiếp vẫn được sử dụng trong các vùng hoạt động địa chấn, nơi chuyển động của đất khá lớn. Nhưng để ghi nhận các trận động đất yếu và ở khoảng cách lớn từ các nguồn, cần phải khuếch đại dao động của con lắc. Điều này được thực hiện bởi các bộ chuyển đổi cơ học khác nhau thành dòng điện.

Biểu đồ về sự lan truyền của sóng địa chấn từ nguồn của một trận động đất, hoặc tâm chấn (dưới) và tâm chấn (trên).

Sự biến đổi của dao động cơ học lần đầu tiên được đề xuất bởi nhà khoa học người Nga Boris Borisovich Golitsyn vào năm 1902. Đây là một đăng ký điện kế dựa trên phương pháp điện động lực học. Một cuộn dây cảm ứng được gắn chặt vào con lắc được đặt trong trường của nam châm vĩnh cửu. Khi con lắc dao động điều hòa, từ thông thay đổi, trong cuộn dây xuất hiện một suất điện động và dòng điện được điện kế gương ghi lại. Một chùm ánh sáng được hướng tới gương của điện kế, và chùm phản xạ, như trong phương pháp quang học, rơi vào giấy ảnh. Những máy đo địa chấn như vậy đã giành được sự công nhận trên toàn thế giới trong nhiều thập kỷ tới.

Gần đây, cái gọi là bộ chuyển đổi tham số đã trở nên phổ biến. Trong các bộ biến đổi này, chuyển động cơ học (chuyển động của khối lượng con lắc) gây ra sự thay đổi một số thông số của mạch điện (ví dụ, điện trở, điện dung, độ tự cảm, quang thông, v.v.).

B. Golitsyn.

Trạm địa chấn adit. Thiết bị được lắp đặt ở đó ghi lại những rung động dù là nhỏ nhất của đất.

Cài đặt di động cho các nghiên cứu địa vật lý và địa chấn.

Sự thay đổi của tham số này dẫn đến sự thay đổi của dòng điện trong mạch, và trong trường hợp này, sự dịch chuyển của con lắc (chứ không phải tốc độ của nó) sẽ xác định độ lớn của tín hiệu điện. Trong số các đầu dò tham số khác nhau trong đo địa chấn, hai đầu dò được sử dụng chủ yếu là quang điện và điện dung. Phổ biến nhất là đầu dò điện dung Benioff. Trong số các tiêu chí lựa chọn, những tiêu chí chính hóa ra là sự đơn giản của thiết bị, tính tuyến tính, mức độ ồn nội tại thấp, hiệu quả trong việc cung cấp điện.

Máy đo địa chấn nhạy cảm với dao động thẳng đứng của trái đất hoặc dao động ngang. Để quan sát sự chuyển động của đất theo mọi hướng, người ta thường sử dụng ba máy đo địa chấn: một máy với con lắc thẳng đứng và hai máy nằm ngang theo hướng đông và bắc. Mặt dây chuyền dọc và ngang khác nhau về thiết kế của chúng, do đó, khá khó để đạt được sự đồng nhất đầy đủ về các đặc tính tần số của chúng.

Với sự ra đời của máy tính và bộ chuyển đổi từ tương tự sang kỹ thuật số, chức năng của thiết bị địa chấn đã tăng lên đáng kể. Có thể ghi và phân tích đồng thời các tín hiệu từ một số cảm biến địa chấn trong thời gian thực, có tính đến phổ của tín hiệu. Điều này đã tạo ra một bước nhảy vọt cơ bản về nội dung thông tin của các phép đo địa chấn.

Máy đo địa chấn được sử dụng chủ yếu để nghiên cứu hiện tượng động đất. Với sự giúp đỡ của họ, có thể xác định một cách cụ thể cường độ của một trận động đất, nơi xảy ra, tần suất xảy ra ở một nơi nhất định và những nơi thường xảy ra động đất.

Thiết bị trạm địa chấn ở New Zealand.

Thông tin cơ bản về cấu trúc bên trong của Trái đất cũng được thu thập từ dữ liệu địa chấn bằng cách giải thích các trường sóng địa chấn gây ra bởi động đất và các vụ nổ mạnh và quan sát được trên bề mặt Trái đất.

Với sự trợ giúp của việc ghi lại các sóng địa chấn, các nghiên cứu về cấu trúc của vỏ trái đất cũng đang được thực hiện. Ví dụ, các nghiên cứu trong những năm 1950 cho thấy độ dày của các lớp vỏ, cũng như tốc độ sóng trong chúng, thay đổi tùy theo từng nơi. Ở Trung Á, độ dày của lớp vỏ lên tới 50 km, và ở Nhật Bản là -15 km. Một bản đồ về độ dày của vỏ trái đất đã được tạo ra.

Có thể mong đợi rằng các công nghệ mới trong phương pháp đo quán tính và hấp dẫn sẽ sớm xuất hiện. Rất có thể đó là các máy đo địa chấn thế hệ mới sẽ có thể phát hiện ra các sóng hấp dẫn trong Vũ trụ.

Ghi lại địa chấn

Các nhà khoa học trên thế giới đang phát triển các dự án tạo ra hệ thống cảnh báo động đất qua vệ tinh. Một trong những dự án như vậy là Radar khẩu độ tổng hợp giao thoa (InSAR). Radar này, hay đúng hơn là radar, theo dõi sự dịch chuyển của các mảng kiến ​​tạo trong một khu vực nhất định, và nhờ vào dữ liệu chúng nhận được, thậm chí có thể ghi lại những chuyển dịch tinh vi. Các nhà khoa học tin rằng do độ nhạy này, có thể xác định chính xác hơn các khu vực thuộc vùng nguy hiểm địa chấn điện áp cao.