地震仪设备是由少数几家公司生产的,其产品满足了地震探测、地壳研究、工程、石油化工勘探等方面的具体需要。虽然基本组件是相似的,但用途不同,使用的传感器类型、数据采集(记录)和通信需要也不一样。例如,有人可能需要一个非常灵敏的仪器来研究几千英里以外的地震事件。另一个地震学家可能会选择一种摆幅只有几秒钟的仪器来观察地震的早期震动。对于水下研究,必须使用防水地震仪。
传统的地震仪测量位移或速度,而今天许多都是加速度计传感器。一旦转换成数字,就可以很容易地将不同类型仪器的数据转换成所需的输出。
今天的地震仪通常在一个仪器中包含两个或三个轴的传感器,但在某些场合,有时只需要一个或两个轴的传感器。
1.某个地点可能会引起地震学家的兴趣,原因有很多。最明显的可能因素是,该地区是地震多发地,也可能是因为它很靠近地壳的断层或裂缝。这些断层或裂缝的挤压碰撞导致附近的板块向断层的高处、低处或水平方向移动,使该地区更容易发生进一步的不稳定。还可以对目前没有地震仪的地区进行安装,以便地震学家能够收集更多的数据,做到更全面地了解该地区的情况。
地点选择
2.虽然有些地震仪为了教育的目的被安放在大学或博物馆的地下室里,但地震研究的理想地点应该是一个非常安静、不那么繁忙的地方。为了更准确地记录地球的地震运动,地震仪应该放置在交通和其他震动最小的地方。在某些情况下,地震仪安装在未使用的隧道或天然地下洞穴中。如果在需要地震仪的地方不存在其他地下洞,地震学家甚至会选择挖一口井,把仪器放在井里。地面安装地震仪必须在坚实的岩石基础之上。
组装地震仪
3.地震仪的工作部件是在专门的工厂组装好后装运的。加速度计(进行测量的部分)可以是一个单独的单元,也可以集成到数字地震仪中。一个或多个加速度计可以与多通道数字仪和记录仪相连。地震仪可以通过各种通信网络传输数据。全球定位系统(GPS)接收器通常集成用以提供精确的时间跟踪。
地震仪的安装
4.用于教育目的的地震仪可以用螺栓固定在地下室的混凝土地板上,但研究性地震仪最好远离建筑物,因为建筑物不可避免地会发生震动。为了获取高精度数据,它们要么直接安装在基岩上,要么安装在混凝土**。这两种情况下,都要清除掉泥土并平整地面。在第二种方法中,浇注一层混凝土并使其凝固。
图3 一个典型的地震台站将包括连接到数字化仪/记录仪的多个地震仪、一个GPS,以及一种或多种途径从多个台站收集的数据传输到中央处理中心。
5.在底座准备好后,将地震计装置用螺栓固定到位。在某些情况下,如果需要很高的灵敏度,它将被安置在一个控制温度和湿度的地下室中。地震检波器通常安装在选定的场地、岩洞或地下室,而放大器、滤波器和记录设备则分开安装。
6.现代地震学中,一般将几个地震仪单元之间按一定距离安装。每个地震仪单元向管理中心位置发送信号,在管理中心数据可以被数字化处理和记录。信号可以通过互联网、专线通信、无线电,甚至卫星传送。
地震仪的参数设计要能够承受其周围的气候和地理环境。要求防水防尘,而且根据安装地点的不同,许多都可以在极端的温度和高湿度下工作。地震仪的灵敏度和防护要求很高,而且使用寿命很长。据了解,许多地震仪已经使用至少30年。
工厂的质量控制人员对设计和最终产品进行检查,以确保满足客户的要求。检查所有部件的公差和适应性,并对地震仪进行测试,以确定其是否正常工作。此外,大多数地震仪都有内置的测试设备,因此可以在安装后和使用前进行测试。合格的程序员还会在发货前测试软件的漏洞或其他问题。
虽然灵敏度和准确性很重要,但时间设定也很关键,尤其是在地震预测中。大多数现代地震仪都与GPS相连,因此确保了世界各地研究人员都能读懂高度准确的信息。
质量控制的另一个关键因素是尽量减少人为失误。地震仪研究人员和工作人员通常都是训练有素的专家。他们必须学习如何运行和维护地震仪以及使用计算机和其他辅助设备。
地震学,最著名的是它在地震研究中的应用。重点不是研究地球内部结构,而是预测地震,以及减少地震易发地区由地震带来的危险和破坏。对地球内部的研究主要是寻找石油沉积物,在建造前也用于测试地面不稳定性,以及追踪地下核爆炸。
然而地震预测是最重要的。如果研究人员能够事先确定地震将会发生,预防措施——比如增加医院和急救人员——就可以提前做好。但地震预测仍处于探索阶段。美国政府发布的第一次官方地震预报是在1985年。
日本位于地震活跃地区,在2011年的地震及其引发的海啸之后,地震学家和地球物理学家加倍努力于预测地震,包括研究数百年前海啸的地质证据。他们的研究表明,与2011年地震类似震级的地震可能每600年到1000年发生一次。地震学家越来越重视研究高风险断层(尤其是靠近人类),并整合不同类型的数据(不仅仅是地震数据)来开发概率模型。这些数据在预测人口稠密地区的大地震时非常有用,有望指导震前的预防准备工作。
地震仪其他方面的发展是希望制造出更灵敏和更耐用的地震仪、可以记录长周期和短周期波的地震仪。
地震学家不断提高他们的知识和预测地震的能力,不过,在想要拥有一个真正可靠的预测地震系统之前,我们还有很长的路要走。