关于地震仪的资料有哪些（地震动与地震仪的讲解）

地震在瞬间摧毁各类建筑物，伴以海啸、暴雨等极端气候，引起火灾、水灾、泥石流等，给人类生产生活带来极大灾难。

长久以来人类没有停止过地震活动的观察。在没有仪器监测地震活动之前，人们靠文字记录地震，其详细程度使得现在的地震学者可通过当时对地震破坏的描述，推测出地震烈度。

我国有文字可考的最早地震，记载于宋太宗期间《太平御鉴》，该书转引《墨子》： “墨子曰：三苗欲灭时，地震泉涌。” 在明本《墨子·非攻下第十九》（卷5）中记载：“昔者三苗大乱，天命殛之，日妖宵出，雨血三朝，龙生于庙，犬哭乎巿，夏有冰，地坼及泉，五谷变化，民乃大振。”东汉许慎《说文解字》释为：坼，裂也。而 “三苗大乱”事件在战国时魏国史官所作的《竹书纪年》中提到，“三十五年帝命夏后征有苗”，夏后即大禹。据此粗略推算，有记录的最早地震距今已有四千多年历史。

人类遭遇地震，一方面感到巨大的恐惧，另一方面也表现出极大的兴趣并试图对地震现象加以研究、量化。东汉阳嘉元年（公元132年），我国古代杰出的科学家张衡发明了候风地动仪，其功能是确定地震发生的时间和方位。汉顺帝阳嘉三年十一月壬寅（公元134年12月13日），地动仪的一个龙机突然发动，吐出铜球，掉进蟾蜍的嘴里。当时在京师洛阳的人们却丝毫没有感觉到地震的迹象，几天后，一千多里外的陇西（今甘肃省天水地区）飞马来报，证实那里前几天确实发生了地震，这个事件显示了地震仪的灵敏度。

按照现代观点，候风地动仪仅仅能监测地震发生的大致方位和时间，不能测出震源位置及地震强度，还不能与现代意义上的“地震仪”相比。但是这一发明伟大之处在于，人类第一次尝试用机械器具来感知地震，并且获得了成功；在此之前和候风地动仪失踪之后的近1700年里，人类对于地震仍然局限于“感知”范围内，而地震学的知识也因为这些限制迟迟未能发展。

到了17世纪，伟大的英国科学家伊萨克·牛顿（Isaac Newton，1643―1727年）在《自然哲学的数学原理》一书中总结并发表于了“牛顿运动定律”。牛顿第二运动定律为：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。即：ΣF=ma或F=ma，这为计算地震作用提供了坚实的力学基础。

公元1876年，英国学者米尔恩（J.Milne、采矿工程师）、格雷（T.Gray，电报工程师）和美国的物理学家尤因(J.A.Ewing)受聘来到日本东京帝国工程学院任教，刚刚登陆日本就体验了一次地震，惊恐之余，他们对于传说中“鲶鱼作怪”而引发的“地震”发生兴趣。为了记录下“地震”，他们和日本同事一起发起成立了日本地震学会，并且开始着手研制使用地震仪。

不久，Ewing根据悬摆理论设计出第一台地震仪，由于测定地震动水平方向周期，称为“摆式地震仪”，如图1.1-2，其原理简述如下。

质量为m的重锤，悬挂于长l（无质量）的绳子上，则摆在铅锤平面内的运动方程为：

式中，

若

足够小，则上式简化为：

其固有周期即为

“摆式地震仪”恰巧记录了1880年11月3日发生在日本横滨的灾害地震，取得了宝贵的“地震图”，这是早期反映“地震波真面目”的地震图。直到一百多年以后的今天，地震图依然是科学家研究地震的重要手段之一。

1881年，Gray设计出了垂直摆，由于测定地震动水平方向周期，如图1.1-3，其振动周期为：

式中，

为弹簧承重时长度的增量。

根据动力学基本原理制造振动装置，再辅以信号放大装置、记录装置等，就可制造出可供应用的地震仪，客观而及时地将监测地面某个地点的振动记录下来。由地震仪记录下来的振动是一条具有不同起伏幅度的曲线，称为地震谱。曲线起伏幅度与地震波引起地面振动的振幅相应，它标志着地震的强烈程度。从地震谱可以清楚地辨别出各类震波的效应。纵波与横波到达同一地震台的时间差，即时差与震中离地震台的距离成正比，离震中越远，时差越大。由此规律即可求出震中离地震台（即监测点）的距离，即震中距。

图1.1-4为1919台湾地震时，在日本东京记录的水平震动的地震图。

图1.1-4东京记录的1919台湾地震图

1930年，李善邦在北平开始创建鹫峰地震台，负责组装、调试德国进口的维歇尔式机械地震仪，并于当年9月20日13时02分02秒记录到第一次地震。

现代地震仪最重要的发展是应用地震检波器组合。这种组合，有些由几百个地震仪组成，都连接到一个单独的中心记录器上。通过对不同地点产生的地震波图的进行比较，研究者可以确定震中位置。地震仪主要量测弱震动，提供发震时间与大小、震源地点和力学特性等，从而使地震学者了解震源机制、地震波所经路线的介质、地震波特性及传播规律。

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