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地震仪是如何记录地震的

更新时间:2026-01-22      浏览次数:35
地震仪记录地震的核心逻辑,是将地壳的机械振动转化为可记录、可分析的信号,整个过程围绕拾震、转换、放大、记录、分析五个核心环节展开,具体流程如下:
  1. 拾震:捕捉地震波的机械振动
    地震仪的核心部件是拾震器(也叫地震检波器),其设计基于惯性原理。拾震器内部有一个悬挂的重锤(惯性质量块),通过弹簧、摆臂等弹性元件与仪器外壳固定,外壳则直接与地面刚性连接。
    当地震发生时,地震波带动地面和仪器外壳同步振动,但重锤因惯性会保持原有静止或运动状态,从而与振动的外壳之间产生相对位移。这个位移的大小和频率,就对应了地震波的振幅和振动频率。
  2. 信号转换:机械运动转成可测量信号
    拾震器捕捉到的相对位移,需要通过转换装置变成电信号(现代地震仪主流方式)或机械信号(传统机械式地震仪):
    • 电磁转换(主流):重锤上固定有线圈,周围布置永磁体;或者反之,永磁体固定在重锤上,线圈固定在外壳上。当重锤与外壳发生相对运动时,线圈会切割磁感线,根据电磁感应原理产生感应电动势,电动势的大小与相对运动的速度成正比,这样就把机械振动转化成了电信号。

    • 机械转换(传统):老式的烟熏鼓地震仪,会通过杠杆机构将重锤的微小位移放大,带动笔尖在匀速转动的烟熏纸上刻画出振动轨迹,直接形成机械记录的地震波形。

  3. 信号放大与滤波:提升信号辨识度
    地震波传播过程中会逐渐衰减,远震的振动信号非常微弱,转化后的电信号幅值也极小,无法直接记录。因此需要通过放大器将电信号放大到可检测的范围。
    同时,环境中存在的噪音(如风力、车辆振动、人为活动)会干扰地震信号,需要通过滤波器过滤掉非地震的干扰频率,只保留地震波的有效信号(如 P 波、S 波对应的频率区间)。
  4. 数据记录:生成地震图(Seismogram)
    经过放大和滤波的电信号,会被传输到记录系统进行存储和可视化:
    • 数字化记录(现代):信号会被模数转换器(ADC) 转换成数字信号,存储在计算机或专用数据记录仪中,同时实时生成电子格式的地震图。地震图的横轴是时间,纵轴是信号振幅,不同地震波(P 波、S 波、面波)会在图上形成不同形态的波形峰。

    • 机械记录(传统):如上述的烟熏鼓记录,笔尖直接在纸带上画出波形,这种方式精度较低,现已基本被数字化记录取代。

  5. 数据分析:反推地震参数
    记录完成后,专业人员会对地震图进行分析:
    • 根据P 波和 S 波的到达时间差,计算地震仪与震中的距离(震中距);

    • 结合多个地震台站的震中距数据,通过三角定位法确定震中位置;

    • 根据波形的最大振幅,结合震中距,计算地震的震级

    • 通过波形的形态特征,分析地震的破裂方式、震源深度等信息。

需要补充的是,现代地震仪还会配备数据传输模块,可将记录的数字信号实时传输到地震监测中心,实现地震的实时监测和预警。


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