Сейсмометр — это прибор , который реагирует на смещения и сотрясения грунта, вызванные, например, землетрясениями , извержениями вулканов и взрывами . Обычно они объединены с устройством отсчета времени и записывающим устройством, образуя сейсмограф . [ 1] Выходные данные такого устройства — ранее записанные на бумаге (см. рисунок) или пленке, а теперь записанные и обработанные в цифровом виде — это сейсмограмма . Такие данные используются для определения местоположения и характеристики землетрясений , а также для изучения внутренней структуры Земли .
Простой сейсмометр, чувствительный к движениям Земли вверх-вниз, подобен грузу, подвешенному на пружине, оба подвешены к раме, которая движется вместе с любым обнаруженным движением. Относительное движение между грузом (называемым массой) и рамой обеспечивает измерение вертикального движения грунта . Вращающийся барабан прикреплен к раме, а ручка прикреплена к грузу, таким образом регистрируя любое движение грунта в сейсмограмме .
Любое движение от земли перемещает раму. Масса стремится не двигаться из-за своей инерции , и измеряя движение между рамой и массой, можно определить движение земли.
Ранние сейсмометры использовали оптические рычаги или механические связи для усиления небольших движений, записывая на покрытой сажей бумаге или фотобумаге. Современные приборы используют электронику. В некоторых системах масса удерживается почти неподвижно относительно рамки с помощью электронной отрицательной обратной связи . Движение массы относительно рамки измеряется, и обратная связь применяет магнитную или электростатическую силу, чтобы удерживать массу почти неподвижно. Напряжение, необходимое для создания этой силы, является выходным сигналом сейсмометра, который регистрируется в цифровом виде.
В других системах грузу разрешено двигаться, и его движение производит электрический заряд в катушке, прикрепленной к массе, напряжение которой перемещается через магнитное поле магнита, прикрепленного к раме. Такая конструкция часто используется в геофоне , который применяется при разведке нефти и газа.
Сейсмические обсерватории обычно имеют приборы, измеряющие три оси: север-юг (ось Y), восток-запад (ось X) и вертикаль (ось Z). Если измеряется только одна ось, это обычно вертикаль, поскольку она менее шумная и дает лучшие записи некоторых сейсмических волн. [ необходима цитата ]
Фундамент сейсмической станции имеет решающее значение. [2] Профессиональная станция иногда устанавливается на скальном основании . Лучшими креплениями могут быть глубокие скважины, которые избегают термических эффектов, шума грунта и наклона от погоды и приливов. Другие приборы часто устанавливаются в изолированных корпусах на небольших заглубленных опорах из неармированного бетона. Арматурные стержни и заполнители будут деформировать опору при изменении температуры. Участок всегда обследуется на предмет шума грунта с помощью временной установки перед заливкой опоры и прокладкой трубопровода. Первоначально европейские сейсмографы размещались в определенной области после разрушительного землетрясения. Сегодня они рассредоточены для обеспечения надлежащего покрытия (в случае сейсмологии слабых движений) или сосредоточены в регионах с высоким риском (сейсмология сильных движений). [3]
Слово происходит от греческого σεισμός, seismós , тряска или землетрясение, от глагола σείω, seíō , трясти; и μέτρον, métron , измерять, и было придумано Дэвидом Милн-Хьюмом в 1841 году для описания прибора, разработанного шотландским физиком Джеймсом Дэвидом Форбсом . [4]
Сейсмограф — еще один греческий термин, образованный от seismós и γράφω, gráphō , рисовать. Его часто используют для обозначения сейсмометра , хотя он больше применим к более старым приборам, в которых измерение и регистрация движения грунта были объединены, чем к современным системам, в которых эти функции разделены. Оба типа обеспечивают непрерывную запись движения грунта; эта запись отличает их от сейсмоскопов , которые просто указывают, что движение произошло, возможно, с помощью некоторой простой меры того, насколько оно было большим. [5]
Техническая дисциплина, занимающаяся такими устройствами, называется сейсмометрией [6] , разделом сейсмологии .
Концепция измерения «тряски» чего-либо означает, что слово «сейсмограф» может использоваться в более общем смысле. Например, станция мониторинга, которая отслеживает изменения электромагнитного шума, влияющего на любительские радиоволны, представляет собой радиочастотный сейсмограф . [7] А гелиосейсмология изучает «тряски» на Солнце . [8]
Первый сейсмометр был изготовлен в Китае во II веке. [9] Он был изобретен Чжан Хэном , китайским математиком и астрономом. Первое западное описание устройства принадлежит французскому физику и священнику Жану де Отфейлю в 1703 году. [10] Современный сейсмометр был разработан в XIX веке. [3]
Сейсмометры были размещены на Луне, начиная с 1969 года в рамках пакета экспериментов на поверхности Луны миссии Apollo . В декабре 2018 года сейсмометр был развернут на планете Марс с помощью посадочного модуля InSight , что стало первым случаем размещения сейсмометра на поверхности другой планеты. [11]
В Древнем Египте Аменхотеп , сын Хапу, изобрел предшественник сейсмометра — вертикальные деревянные столбы, соединенные с деревянными желобами на центральной оси, которые служили для наполнения сосуда водой до полного заполнения с целью обнаружения землетрясений.
Говорят , что в 132 году нашей эры Чжан Хэн из китайской династии Хань изобрел первый сейсмоскоп (согласно определению выше), который назывался Хоуфэн Дидун И (что переводится как «прибор для измерения сезонных ветров и движений Земли»). Описание, которое у нас есть из Истории поздней династии Хань , гласит, что это был большой бронзовый сосуд, около 2 метров в диаметре; в восьми точках вокруг верха были головы дракона, держащие бронзовые шары. Когда происходило землетрясение, один из драконьих ртов открывался и бросал свой шар в бронзовую жабу у основания, издавая звук и предположительно показывая направление землетрясения. По крайней мере один раз, вероятно, во время большого землетрясения в Ганьсу в 143 году нашей эры, сейсмоскоп указал на землетрясение, хотя оно и не ощущалось. В доступном тексте говорится, что внутри сосуда была центральная колонна, которая могла двигаться по восьми дорожкам; Считается, что это относится к маятнику, хотя точно неизвестно, как это было связано с механизмом, который открывал только одну пасть дракона. Первое землетрясение, зафиксированное этим сейсмоскопом, предположительно произошло «где-то на востоке». Несколько дней спустя всадник с востока сообщил об этом землетрясении. [9] [12]
К XIII веку сейсмографические устройства существовали в обсерватории Мараге (основана в 1259 году) в Персии, хотя неясно, были ли они построены независимо или на основе первого сейсмоскопа. [13] Французский физик и священник Жан де Отфейль описал сейсмоскоп в 1703 году, [10] который использовал чашу, наполненную ртутью, которая выливалась в один из восьми приемников, равномерно расположенных вокруг чаши, хотя нет никаких доказательств того, что он действительно построил устройство. [14] Ртутный сейсмоскоп был построен в 1784 или 1785 году Атанасио Кавалли, [15] копию которого можно найти в университетской библиотеке в Болонье, а еще один ртутный сейсмоскоп был построен Никколо Каччиаторе в 1818 году. [14] Джеймс Линд также построил сейсмологический инструмент неизвестной конструкции или эффективности (известный как машина землетрясений) в конце 1790-х годов. [16]
Маятниковые устройства разрабатывались в то же время. Неаполитанский натуралист Никола Чирилло создал сеть маятниковых детекторов землетрясений после землетрясения в Апулии 1731 года, где амплитуда определялась с помощью транспортира для измерения качательного движения. Бенедиктинский монах Андреа Бина в дальнейшем развил эту концепцию в 1751 году, заставив маятник создавать следы на песке под механизмом, обеспечивая как величину, так и направление движения. Неаполитанский часовщик Доменико Сальсано изготовил похожий маятник, который записывал с помощью кисти в 1783 году, назвав его гео-sismometro , возможно, это было первое использование похожего слова для сейсмометра . Натуралист Николо Дзупо разработал прибор для одновременного обнаружения электрических возмущений и землетрясений (1784). [14]
Первое относительно успешное устройство для определения времени землетрясения было изобретено Асканио Филомарино в 1796 году, который усовершенствовал маятниковый инструмент Сальсано, используя карандаш для отметки и волос, прикрепленный к механизму, для замедления движения балансира часов. Это означало, что часы начинали идти только после того, как происходило землетрясение, что позволяло определить время инцидента. [14]
После землетрясения, произошедшего 4 октября 1834 года, Луиджи Пагани заметил, что ртутный сейсмоскоп, хранящийся в Болонском университете, полностью вылился и не давал полезной информации. Поэтому он разработал портативное устройство, которое использовало свинцовую дробь для определения направления землетрясения, где свинец падал в четыре ячейки, расположенных по кругу, чтобы определить квадрант частоты землетрясений. Он завершил прибор в 1841 году. [14]
В ответ на серию землетрясений около Комри в Шотландии в 1839 году в Соединенном Королевстве был сформирован комитет с целью создания более совершенных устройств обнаружения землетрясений. Результатом этого стал сейсмометр с перевернутым маятником, сконструированный Джеймсом Дэвидом Форбсом , впервые представленный в отчете Дэвида Милна-Хьюма в 1842 году, который регистрировал измерения сейсмической активности с помощью карандаша, помещенного на бумагу над маятником. Согласно отчетам Милна, представленные конструкции не оказались эффективными. [14] Именно Милн ввел слово «сейсмометр» в 1841 году для описания этого прибора. [4] В 1843 году в сейсмометре, о котором сообщил Милн (хотя неясно, был ли он первоначальным изобретателем). [17] После этих изобретений Роберт Маллет опубликовал статью 1848 года, в которой он предложил идеи для конструкции сейсмометра, предполагая, что такое устройство должно регистрировать время, записывать амплитуды по горизонтали и вертикали и определять направление. Его предложенная конструкция была профинансирована, и была предпринята попытка ее создания, но его окончательный дизайн не оправдал его ожиданий и страдал от тех же проблем, что и дизайн Форбса, будучи неточным и не самозаписывающим. [17]
Карл Крейль построил сейсмометр в Праге между 1848 и 1850 годами, который использовал точечно подвешенный жесткий цилиндрический маятник, покрытый бумагой, на которой был нарисован фиксированный карандаш. Цилиндр вращался каждые 24 часа, обеспечивая приблизительное время для данного землетрясения. [14]
Луиджи Пальмиери , под влиянием статьи Маллета 1848 года, [17] изобрел сейсмометр в 1856 году, который мог регистрировать время землетрясения. Это устройство использовало металлические маятники, которые замыкали электрическую цепь с помощью вибрации, которая затем питала электромагнит, останавливающий часы. Сейсмометры Пальмиери были широко распространены и использовались в течение длительного времени. [18]
К 1872 году комитет в Соединенном Королевстве во главе с Джеймсом Брайсом выразил свое недовольство текущими доступными сейсмометрами, все еще используя большое устройство Forbes 1842 года, расположенное в приходской церкви Комри, и запросил сейсмометр, который был бы компактным, простым в установке и легко считываемым. В 1875 году они остановились на большом образце устройства Маллета, состоящем из ряда цилиндрических штифтов разных размеров, установленных под прямым углом друг к другу на песчаном основании, где более сильные землетрясения сбивали бы более крупные штифты. Это устройство было построено в «Доме землетрясений» около Комри, который можно считать первой в мире специально построенной сейсмологической обсерваторией. [17] По состоянию на 2013 год ни одно землетрясение не было достаточно сильным, чтобы вызвать падение любого из цилиндров либо в оригинальном устройстве, либо в копиях.
Первые сейсмографы были изобретены в 1870-х и 1880-х годах. Первый сейсмограф был изготовлен Филиппо Чекки примерно в 1875 году. Сейсмоскоп запускал устройство для начала записи, а затем записывающая поверхность автоматически создавала графическую иллюстрацию толчков (сейсмограмму). Однако прибор был недостаточно чувствительным, и первая сейсмограмма, полученная с помощью прибора, была получена в 1887 году, к тому времени Джон Милн уже продемонстрировал свою конструкцию в Японии . [19]
В 1880 году первый горизонтальный маятниковый сейсмометр был разработан командой Джона Милна , Джеймса Альфреда Юинга и Томаса Грея , которые работали в качестве иностранных правительственных советников в Японии с 1880 по 1895 год. [3] Милн, Юинг и Грей, все из которых были наняты правительством Мэйдзи в предыдущие пять лет для оказания помощи в усилиях по модернизации Японии , основали Сейсмологическое общество Японии в ответ на землетрясение, которое произошло 22 февраля 1880 года в Иокогаме (землетрясение в Иокогаме). В течение следующего года Юинг сконструировал два прибора, один из которых был сейсмометром с общим маятником, а другой был первым сейсмометром, использующим затухающий горизонтальный маятник. Инновационная система записи позволяла вести непрерывную запись, и это была первая в мире система. Первая сейсмограмма была записана 3 ноября 1880 года на обоих приборах Юинга. [19] Современные сейсмометры в конечном итоге произошли от этих конструкций. Милна называют «отцом современной сейсмологии» [20] , а его конструкцию сейсмографа называют первым современным сейсмометром. [21]
Это дало первое эффективное измерение горизонтального движения. Грей создал первый надежный метод записи вертикального движения, который дал первые эффективные 3-осевые записи. [19]
Ранний сейсмометр специального назначения состоял из большого неподвижного маятника с иглой на дне. Когда Земля начала двигаться, тяжелая масса маятника имела инерцию, чтобы оставаться неподвижной в пределах рамки . В результате игла царапала рисунок, соответствующий движению Земли. Этот тип сейсмометра сильного движения регистрировался на дымчатом стекле (стекло с углеродной сажей ). Хотя этот прибор был недостаточно чувствителен для обнаружения отдаленных землетрясений, он мог указывать направление волн давления и, таким образом, помогать находить эпицентр локального землетрясения. Такие приборы были полезны при анализе землетрясения в Сан-Франциско 1906 года . Дальнейший анализ был проведен в 1980-х годах с использованием этих ранних записей, что позволило более точно определить первоначальное местоположение разрыва разлома в округе Марин и его последующее развитие, в основном на юг.
Позже профессиональные наборы инструментов для всемирной стандартной сейсмографической сети имели один набор инструментов, настроенный на колебания в пятнадцать секунд, а другой — в девяносто секунд, каждый набор измерял в трех направлениях. Любители или обсерватории с ограниченными возможностями настраивали свои меньшие, менее чувствительные приборы на десять секунд. Базовый затухающий горизонтальный маятниковый сейсмометр качается, как ворота забора. Тяжелый груз установлен на вершине длинного (от 10 см до нескольких метров) треугольника, шарнирно закрепленного на его вертикальном крае. Когда земля движется, груз остается неподвижным, качая «ворота» на шарнире.
Преимущество горизонтального маятника в том, что он достигает очень низких частот колебаний в компактном приборе. «Затвор» слегка наклонен, поэтому груз имеет тенденцию медленно возвращаться в центральное положение. Маятник настраивается (до установки демпфирования) на колебание один раз в три секунды или один раз в тридцать секунд. Универсальные приборы небольших станций или любителей обычно колеблются один раз в десять секунд. Поддон с маслом помещается под рычаг, а небольшой лист металла, установленный на нижней стороне рычага, втягивает масло для гашения колебаний. Уровень масла, положение на рычаге, а также угол и размер листа регулируются до тех пор, пока демпфирование не станет «критическим», то есть почти не будет иметь колебаний. Шарнир имеет очень низкое трение, часто торсионные провода, поэтому единственным трением является внутреннее трение провода. Небольшие сейсмографы с малыми инерционными массами помещаются в вакуум, чтобы уменьшить помехи от воздушных потоков.
Еще в 1869 году Цёлльнер описал горизонтальные маятники с крутильным подвесом, но разработал их для гравиметрии, а не для сейсмометрии.
Ранние сейсмометры имели расположение рычагов на драгоценных подшипниках, чтобы царапать дымчатое стекло или бумагу. Позже зеркала отражали световой луч на пластину прямой записи или рулон фотобумаги. Вкратце, некоторые конструкции вернулись к механическим движениям, чтобы сэкономить деньги. В системах середины двадцатого века свет отражался на пару дифференциальных электронных фотодатчиков, называемых фотоумножителем. Напряжение, генерируемое в фотоумножителе, использовалось для управления гальванометрами, которые имели небольшое зеркало, установленное на оси. Движущийся отраженный световой луч попадал на поверхность вращающегося барабана, которая была покрыта светочувствительной бумагой. Расходы на разработку светочувствительной бумаги заставили многие сейсмические обсерватории перейти на чернила или термочувствительную бумагу.
После Второй мировой войны сейсмометры, разработанные Милном, Юингом и Греем, были адаптированы в широко используемый сейсмометр Пресса-Юинга.
Современные приборы используют электронные датчики, усилители и записывающие устройства. Большинство из них широкополосные, охватывающие широкий диапазон частот. Некоторые сейсмометры могут измерять движения с частотами от 500 Гц до 0,00118 Гц (от 1/500 = 0,002 секунды за цикл до 1/0,00118 = 850 секунд за цикл). Механическая подвеска для горизонтальных приборов остается описанной выше садовой калиткой. Вертикальные приборы используют некую разновидность подвески с постоянной силой, например подвеску LaCoste . Подвеска LaCoste использует пружину нулевой длины для обеспечения длительного периода (высокой чувствительности). [22] [23] Некоторые современные приборы используют «триаксиальную» или «гальперинскую» конструкцию , в которой три идентичных датчика движения устанавливаются под одним и тем же углом к вертикали, но на 120 градусов друг от друга по горизонтали. Вертикальные и горизонтальные движения можно вычислить по выходным сигналам трех датчиков.
Сейсмометры неизбежно вносят некоторые искажения в измеряемые ими сигналы, но профессионально спроектированные системы имеют тщательно охарактеризованные частотные преобразования.
Современные чувствительности представлены в трех широких диапазонах: геофоны , от 50 до 750 В /м; местные геологические сейсмографы, около 1500 В/м; и телесейсмографы, используемые для обследования мира, около 20 000 В/м. Приборы бывают трех основных видов: короткопериодные, длиннопериодные и широкополосные. Короткопериодные и длиннопериодные измеряют скорость и очень чувствительны, однако они «обрезают» сигнал или выходят за пределы шкалы для движения грунта, которое достаточно сильно, чтобы его чувствовали люди. 24-битный канал аналого-цифрового преобразования является обычным явлением. Практические устройства линейны примерно до одной части на миллион.
Поставляемые сейсмометры поставляются с двумя типами выходных данных: аналоговыми и цифровыми. Аналоговые сейсмографы требуют аналогового записывающего оборудования, возможно, включая аналого-цифровой преобразователь. Выходные данные цифрового сейсмографа могут быть просто введены в компьютер. Он представляет данные в стандартном цифровом формате (часто «SE2» через Ethernet ).
Современный широкополосный сейсмограф может регистрировать очень широкий диапазон частот . Он состоит из небольшой «пробной массы», ограниченной электрическими силами, приводимыми в действие сложной электроникой . По мере того, как земля движется, электроника пытается удерживать массу неподвижной с помощью цепи обратной связи . Затем регистрируется величина силы, необходимая для достижения этого.
В большинстве конструкций электроника удерживает массу неподвижной относительно рамы. Это устройство называется «акселерометром с силовым балансом». Он измеряет ускорение вместо скорости движения земли. По сути, расстояние между массой и некоторой частью рамы измеряется очень точно с помощью линейного переменного дифференциального трансформатора . Некоторые приборы используют линейный переменный дифференциальный конденсатор .
Это измерение затем усиливается электронными усилителями, присоединенными к частям электронной отрицательной обратной связи . Один из усиленных токов из отрицательной обратной связи приводит в действие катушку, очень похожую на громкоговоритель . В результате масса остается практически неподвижной.
Большинство приборов измеряют движение грунта напрямую с помощью датчика расстояния. Напряжение, генерируемое в чувствительной катушке на массе магнитом, напрямую измеряет мгновенную скорость грунта. Ток в приводной катушке обеспечивает чувствительное, точное измерение силы между массой и рамой, таким образом, напрямую измеряя ускорение грунта (используя f=ma, где f=сила, m=масса, a=ускорение).
Одной из постоянных проблем с чувствительными вертикальными сейсмографами является плавучесть их масс. Неравномерные изменения давления, вызванные ветром, дующим в открытое окно, могут легко изменить плотность воздуха в помещении настолько, что вертикальный сейсмограф начнет показывать ложные сигналы. Поэтому большинство профессиональных сейсмографов запечатаны в жесткие газонепроницаемые корпуса. Например, именно поэтому обычная модель Streckeisen имеет толстое стеклянное основание, которое должно быть приклеено к ее опоре без пузырьков в клее.
Может показаться логичным сделать тяжелый магнит массой, но это подвергает сейсмограф ошибкам при движении магнитного поля Земли. Вот почему подвижные части сейсмографа изготовлены из материала, который минимально взаимодействует с магнитными полями. Сейсмограф также чувствителен к изменениям температуры, поэтому многие приборы изготовлены из материалов с низким коэффициентом расширения, таких как немагнитный инвар .
Шарниры на сейсмографе обычно патентуются, и к моменту истечения срока действия патента конструкция улучшается. Наиболее успешные конструкции, находящиеся в общественном достоянии, используют тонкие фольгированные шарниры в зажиме.
Другая проблема заключается в том, что передаточная функция сейсмографа должна быть точно охарактеризована, чтобы была известна его частотная характеристика. Это часто является решающим различием между профессиональными и любительскими приборами. Большинство из них характеризуются на столе для виброперемещения с переменной частотой.
Другой тип сейсмометра — это цифровой сейсмометр сильного движения, или акселерограф . Данные с такого прибора необходимы для понимания того, как землетрясение влияет на искусственные сооружения, посредством сейсмостойкого строительства . Записи таких приборов имеют решающее значение для оценки сейсмической опасности посредством инженерной сейсмологии .
Сейсмометр сильного движения измеряет ускорение. Это может быть математически интегрировано позже, чтобы получить скорость и положение. Сейсмометры сильного движения не так чувствительны к колебаниям грунта, как телесейсмические приборы, но они остаются на шкале во время самых сильных сейсмических толчков.
Датчики сильного движения используются для измерения интенсивности.
Акселерографы и геофоны часто представляют собой тяжелые цилиндрические магниты с пружинной катушкой внутри. При движении корпуса катушка стремится оставаться неподвижной, поэтому магнитное поле разрезает провода, индуцируя ток в выходных проводах. Они принимают частоты от нескольких сотен герц до 1 Гц. Некоторые из них имеют электронное демпфирование, малобюджетный способ получить часть производительности широкополосных геологических сейсмографов с замкнутым контуром.
Акселерометры с деформационной балкой, выполненные в виде интегральных схем, слишком нечувствительны для геологических сейсмографов (2002), но широко используются в геофонах.
Некоторые другие чувствительные конструкции измеряют ток, создаваемый потоком некоррозионной ионной жидкости через электретную губку или токопроводящей жидкости через магнитное поле .
Сейсмометры, расположенные в сейсмическом массиве, также могут использоваться для точного определения местоположения в трех измерениях источника землетрясения, используя время, необходимое сейсмическим волнам для распространения от гипоцентра , начальной точки разрыва разлома (см. также Местоположение землетрясения ). Взаимосвязанные сейсмометры также используются как часть Международной системы мониторинга для обнаружения подземных ядерных испытательных взрывов, а также для систем раннего оповещения о землетрясениях . Эти сейсмометры часто используются как часть крупномасштабного правительственного или научного проекта, но некоторые организации, такие как Quake-Catcher Network , могут использовать детекторы размером с жилое помещение, встроенные в компьютеры, для обнаружения землетрясений.
В отражательной сейсмологии массив сейсмометров отображает подповерхностные особенности. Данные преобразуются в изображения с использованием алгоритмов, похожих на томографические . Методы преобразования данных напоминают методы компьютерной томографической медицинской визуализации рентгеновских аппаратов (CAT-сканов) или визуализирующих сонаров .
Массив сейсмометров по всему миру может фактически отображать внутреннюю часть Земли в скорости волны и прозрачности. Этот тип системы использует такие события, как землетрясения, ударные события или ядерные взрывы в качестве источников волн. Первые попытки этого метода использовали ручную обработку данных с бумажных сейсмографических диаграмм. Современные цифровые сейсмографические записи лучше приспособлены для прямого использования на компьютере. С недорогими конструкциями сейсмометров и доступом в Интернет любители и небольшие учреждения даже сформировали «общественную сеть сейсмографов». [24]
Сейсмографические системы, используемые для разведки нефти или других полезных ископаемых, исторически использовали взрывчатку и трос геофонов, развернутый позади грузовика. Теперь большинство систем ближнего действия используют «ударники», которые ударяют по земле, а некоторые небольшие коммерческие системы имеют такую хорошую цифровую обработку сигнала, что несколько ударов кувалдой обеспечивают достаточный сигнал для рефракционных исследований на коротких расстояниях. Экзотические перекрестные или двумерные массивы геофонов иногда используются для выполнения трехмерной отражательной визуализации подповерхностных объектов. Базовое программное обеспечение для линейного рефракционного геокартирования (когда-то черное искусство) доступно в готовом виде, работает на ноутбуках, используя гирлянды размером всего в три геофона. Некоторые системы теперь поставляются в 18-дюймовом (0,5 м) пластиковом полевом кейсе с компьютером, дисплеем и принтером в крышке.
Малые системы сейсмической визуализации теперь достаточно недороги, чтобы инженеры-строители могли использовать их для обследования мест заложения фундаментов, определения местонахождения коренных пород и поиска подземных вод.
Была найдена новая технология обнаружения землетрясений с использованием оптоволоконных кабелей. [25] В 2016 году группа метрологов, проводивших эксперименты по частотной метрологии в Англии, наблюдала шум с волновой формой, напоминающей сейсмические волны, генерируемые землетрясениями. Было обнаружено, что это соответствует сейсмологическим наблюдениям землетрясения магнитудой M w 6.0 в Италии, на расстоянии ~1400 км. Дальнейшие эксперименты в Англии, Италии и с подводным оптоволоконным кабелем на Мальту выявили дополнительные землетрясения, включая одно на расстоянии 4100 км и землетрясение магнитудой M L 3.4 на расстоянии 89 км от кабеля.
Сейсмические волны обнаруживаются, поскольку они вызывают микрометровые изменения длины кабеля. С изменением длины изменяется и время, необходимое пакету света для прохождения до дальнего конца кабеля и обратно (используя второе волокно). При использовании сверхстабильных лазеров метрологического класса эти чрезвычайно малые сдвиги времени (порядка фемтосекунд ) проявляются как изменения фазы.
Точка кабеля, которая первой была нарушена p-волной землетрясения (по сути, звуковой волной в скале), может быть определена путем отправки пакетов в обоих направлениях в петлевой паре оптических волокон; разница во времени прибытия первой пары возмущенных пакетов указывает расстояние вдоль кабеля. Эта точка также является точкой, ближайшей к эпицентру землетрясения, который должен находиться на плоскости, перпендикулярной кабелю. Разница во времени прибытия p-волны/s-волны дает расстояние (в идеальных условиях), ограничивая эпицентр окружностью. Второе обнаружение на непараллельном кабеле необходимо для разрешения неоднозначности полученного решения. Дополнительные наблюдения ограничивают местоположение эпицентра землетрясения и могут разрешить глубину.
Ожидается, что этот метод станет настоящим спасением при наблюдении за землетрясениями, особенно слабыми, в обширных районах мирового океана, где нет сейсмометров, и при этом будет стоить гораздо дешевле, чем сейсмометры на дне океана.
Исследователи из Стэнфордского университета создали алгоритм глубокого обучения под названием UrbanDenoiser, который может обнаруживать землетрясения, особенно в городах. [26] Алгоритм отфильтровывает фоновый шум из сейсмического шума, собранного в оживленных городах в городских районах, для обнаружения землетрясений. [26] [27]
Сегодня наиболее распространенным регистратором является компьютер с аналого-цифровым преобразователем, дисководом и подключением к Интернету; для любителей достаточно ПК со звуковой картой и соответствующим программным обеспечением. Большинство систем записывают непрерывно, но некоторые записывают только при обнаружении сигнала, как показывает кратковременное увеличение вариации сигнала по сравнению с его долгосрочным средним значением (которое может медленно меняться из-за изменений сейсмического шума) [ требуется цитата ] , также известное как триггер STA/LTA.
До появления цифровой обработки сейсмических данных в конце 1970-х годов записи делались в нескольких различных формах на разных типах носителей. Барабан «Helicorder» был устройством, используемым для записи данных на фотобумагу или в виде бумаги и чернил. «Develocorder» был машиной, которая записывала данные с 20 каналов на 16-миллиметровую пленку. Записанную пленку можно просматривать с помощью машины. Считывание и измерение с этих типов носителей можно выполнять вручную. После использования цифровой обработки архивы сейсмических данных записывались на магнитные ленты. Из-за ухудшения состояния старых магнитных лент большое количество форм волн из архивов не подлежит восстановлению. [28] [29]
В династии Южная Сун подарочные деньги для вручения чиновникам императорским двором заворачивались в бумажные конверты (чипао)
