地震測技術(shù)論文
地震測技術(shù)論文
我國領(lǐng)土面積較大，地形地貌復(fù)雜，出現(xiàn)地震的區(qū)域較多，所以，我國一直十分重視對地震觀測技術(shù)的開發(fā)和研究。下面是小編精心推薦的地震測技術(shù)論文，希望你能有所感觸!
地震測技術(shù)論文篇一
地震觀測技術(shù)發(fā)展探討
摘要：本文主要介紹了在研制高靈敏度、寬頻帶、大動(dòng)態(tài)范圍的地震儀以及在降低環(huán)境對地震觀測的不良影響,大區(qū)域地震觀測網(wǎng)方面的一些動(dòng)態(tài)，供同行參考。
關(guān)鍵詞：地震;觀測技術(shù);發(fā)展;探討
中圖分類號(hào)：P315文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104(2012)
在地震觀測中,人們總是希望靈敏度高、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大,由于反饋型拾震器和A/D轉(zhuǎn)換器的研制成功并投入使用使上述想法成為可能,因此,開發(fā)對地震記錄進(jìn)行有效壓縮方法成為重大課題。因?yàn)殡m然由于電子技術(shù)的發(fā)展,各種大容量的存儲(chǔ)器已經(jīng)研制成功,但從資料傳輸?shù)耐ㄓ嵸M(fèi)用等方面考慮,有效的資料壓縮仍十分重要。此外,隨著地震觀測儀性能的提高,如何消除環(huán)境不良影響也仍是值得深入研究的一個(gè)問題。從總體上看,我國的地震觀測技術(shù)和先進(jìn)國家相比仍有很大差距。
1 地震觀測儀器
現(xiàn)在使用的地震觀測儀器由拾震器、放大器和記錄儀三部分組成。在電子技術(shù)高度發(fā)展的今天,電子放大器的制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,所以,在這里主要介紹地震科學(xué)工作者在研制高靈敏度、寬頻帶、大動(dòng)態(tài)范圍的拾震器以及記錄儀的一些情況。
1.1 拾震器
最早在地震觀測中使用的是機(jī)械式拾震器。到了60年代,一般都采用電磁耦合式拾震器,后來,由于采用了電子放大器,不但使拾震器和電流計(jì)之間的干擾消失了,還可以對拾震器部分進(jìn)行單獨(dú)研制和改進(jìn),使整個(gè)系統(tǒng)趨于小型化。用于微震觀測的短周期拾震器(周期1 s左右),總的發(fā)展趨勢是小型、高靈敏度。80年代末至90年代初,國外地震工作者研制了一種使用壓電元件的加速度型拾震器,靈敏度相當(dāng)高。在長周期地震波觀測方面,由于在1960年智利大地震期間用貝尼奧夫應(yīng)變地震儀和普雷斯-伊文長周期儀觀測到了理論上預(yù)期存在的地球自由振蕩,所以,地震學(xué)家們希望能夠觀測周期更長的地震波,因而希望研制出周期更長的拾震器。但是,制造小型、穩(wěn)定的長周期拾震器有一定的技術(shù)難度。例如,普雷期-伊文長周期拾震器是在整機(jī)大型化的條件下,才使拾震器具有較穩(wěn)定的長周期。如果要使擺的固有周期進(jìn)一步增大(30～40 s以上),拾震器就是做得相當(dāng)大,技術(shù)難度就相當(dāng)大。有的科學(xué)工作者采用電子濾波技術(shù)使拾震器在低頻段具有相當(dāng)?shù)撵`敏度;并且,有的不采用動(dòng)圈式,而使用電容變化式輸出擺的位移(用動(dòng)圈式擺得到的輸出是位移的微分,即輸出和擺的運(yùn)動(dòng)速度成比例;采用電容變化式拾震器得到的輸出和擺的位移成比例,因此,周期越大,相對靈敏度就越高)使低頻段具有很高的靈敏度。
1.2 記錄器
地震是一種突發(fā)現(xiàn)象,所以一般采用連續(xù)記錄方式。地震記錄方式經(jīng)歷了光記錄、熏煙滾動(dòng)記錄和墨水記錄等幾個(gè)階段。60年代末開始采用磁帶模擬記錄,但一盒磁帶只能使用幾小時(shí)。從70年代末開始采用了PCM方式的數(shù)字記錄器。所謂PCM方式就是把地震波形的模擬信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字資料,然后以脈沖編碼方式進(jìn)行記錄。80年代使用了一種DAT磁帶進(jìn)行記錄,十六位,每秒采樣100次可連續(xù)記錄24小時(shí)。與此同時(shí),開始利用電話線和無線電進(jìn)行遙測集中記錄,因而使觀測區(qū)域擴(kuò)大,觀測網(wǎng)內(nèi)時(shí)間服務(wù)精度提高,震源處理精度和資料利用率都大大提高。80年代中后期,微型計(jì)算機(jī)大量使用,人們將經(jīng)過A/D變換器轉(zhuǎn)換后的資料直接記錄到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi),并且對記錄讀出和震源參數(shù)測定等項(xiàng)工作進(jìn)行聯(lián)機(jī)處理,完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
2 不良觀測環(huán)境影響的消除
對于地震觀測來說,噪聲干擾是最主要的一種環(huán)境影響。應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù),能夠在整個(gè)頻帶內(nèi)把地震觀測系統(tǒng)的固有噪聲抑制到比地面平常運(yùn)動(dòng)的背景噪聲小得多的水平。因此,消除地面運(yùn)動(dòng)背景噪聲就是關(guān)鍵因素。
據(jù)地震工作者深入研究得出的結(jié)論是:正常的地面運(yùn)動(dòng)背景噪聲,整體上隨周期增大而增大,但在0.3～0.1Hz間有一個(gè)局部的峰值。1Hz以上的高頻噪聲源多為人為因素造成。因?yàn)檫@類噪聲周期短,因此在進(jìn)行近震短周期地震觀測時(shí),只要將觀測點(diǎn)避開人類活動(dòng)較遠(yuǎn)的地方,把觀測儀器放在基巖上,或者把拾震器安入到深井中就能比較有效地消除這類噪聲干擾。但是,頻率小于1Hz的周期較長的噪聲干擾就難以消除了。例如: 0.5～0.1Hz的噪聲稱之為脈動(dòng),主要由海浪引起的。在靠近海岸觀測到:周期越小越顯著。對于這部分干擾,只要把觀測點(diǎn)選擇到遠(yuǎn)離海岸的地方就能使之降低。對于周期大一些的,用此法則效果不好。對于頻率更小的背景噪聲,初步的研究是認(rèn)為隨周期增大而增大。例如:一些研究人員發(fā)現(xiàn),頻率小于0.1Hz時(shí),背景噪聲的變化規(guī)律是呈1/f形式,有的學(xué)者觀測到,當(dāng)頻率小于1×10-3Hz時(shí),背景噪聲以f-27的規(guī)律變化。這類噪聲可以認(rèn)為主要是由氣壓微小變化引起的,因?yàn)檫@類噪聲對長周期、高靈敏度的地震觀測產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,因此,很多學(xué)者對它的產(chǎn)生原因及降低其影響的途徑進(jìn)行了深入的研究。氣壓變化對長周期地震觀測的影響主要有以下三個(gè)方面:
2.1 氣壓變化引起拾震器外殼等的形變
為了使拾震器內(nèi)部不受潮氣等的影響,一般都有較好的密封性。因此,一旦外部氣壓發(fā)生變化,拾震器內(nèi)外就有氣壓差,就會(huì)使拾震器的框架和外殼發(fā)生微小的形變。對周期較長的拾震器,框架和外殼哪怕發(fā)生很微小的形變,擺的零點(diǎn)就會(huì)有較大的變化,因而影響觀測記錄。拾震器固有周期越大,這類影響就越大。這類影響在水平方向上表現(xiàn)得尤為明顯。要降低這種噪聲,只有增強(qiáng)外殼的剛度,或設(shè)法把外殼的一部分加工成如氣球那樣體積可變,不使殼內(nèi)外形成氣壓差。這種方法只適合于水平分量,對于垂直分量要降低這類噪聲必須象一些重力儀那樣,加上補(bǔ)償裝置。
2.2 氣壓變化引起地面傾斜造成的影響
大氣壓力如發(fā)生變化,地面就要發(fā)生形變。在地傾斜或地應(yīng)變觀測中經(jīng)?？煽吹竭@種情況。長周期水平向拾震器類似于水平擺傾斜儀,地面發(fā)生傾斜拾震器的零點(diǎn)就會(huì)發(fā)生變化。眾所周知,水平擺傾斜儀的靈敏度為:
從該式可知,如果水平向拾震器的固有周期T為20 s,氣壓變1×10-3Pa就會(huì)使擺產(chǎn)生1μm的位移。若固有周期更大一些,那末氣壓變化對水平向拾震器的影響就更大。但是,垂直向拾震器因地面發(fā)生傾斜而產(chǎn)生的零點(diǎn)變化則很小,而因氣壓變化作用于擺錘部分的浮力卻會(huì)產(chǎn)生很大的影響。例如,氣壓變化1×10-3Pa,重力加速度垂直分量的變化不超過10-14m/s2,即使高靈敏的重力儀也無法觀測出來,但作用擺錘部分的浮力卻不是這樣。設(shè)擺錘的密度為10 000 kg/m3,擺錘體積為10-4m3,空氣密度1.2 kg/m3,則1×10-3Pa的氣壓變化就會(huì)引起0.12 g浮力的變化,相當(dāng)于擺錘重量的0.01%。
2.3 風(fēng)力引起的噪聲
據(jù)觀測,在水平分量的拾震器上出現(xiàn)的長周期噪聲,與地面風(fēng)力強(qiáng)度也有關(guān)系,并且隨距地面深度的增加而減小。因此國外SRO觀測網(wǎng),把拾震器安放到深約100 m的井里。但如果進(jìn)一步增大拾震器的固有周期,記錄更長周期的地震波,要降低這類噪聲的影響就十分困難了。
3 大區(qū)域地震觀測臺(tái)網(wǎng)
在本世紀(jì)60年代,美國海岸與大地測量調(diào)查局(VSCGS)在全球120個(gè)地方布設(shè)了性能、型號(hào)一致的標(biāo)準(zhǔn)地震儀組成地震觀測網(wǎng)(WWSSN),這是世界上第一套著名的觀測網(wǎng),它對地球內(nèi)部構(gòu)造,地球動(dòng)學(xué)和地震震源過程的研究作出了巨大貢獻(xiàn)。這套臺(tái)網(wǎng)是由貝尼奧夫短周期地震儀的普雷期-伊文長周期地震儀組成,采用光記錄。70年代末,美國的IDA和SRO開始在大區(qū)域臺(tái)網(wǎng)中采用數(shù)字化記錄方式。此后,各具特色的數(shù)字化臺(tái)網(wǎng),像ASRO、DWWSSN等觀測網(wǎng)以及由幾十個(gè)觀測點(diǎn)組成的GDSN開始運(yùn)行。80年代末,被稱為IRIS(地震學(xué)合作研究協(xié)會(huì)),由100個(gè)觀測點(diǎn)的寬帶域觀測系統(tǒng)和1000臺(tái)便攜式觀測系統(tǒng)以及資料處理中心組成的寵大觀測計(jì)劃由美國50多所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行。此外,法國的GEOSCOPE三分向長周期全球地震臺(tái)網(wǎng),日本“海神”計(jì)劃,加拿大的CANDIS,歐洲的OR-FEUS等幾個(gè)大區(qū)域觀測臺(tái)網(wǎng)也正在實(shí)施或計(jì)劃實(shí)施中。上述臺(tái)網(wǎng)都采用數(shù)學(xué)記錄方式,且都為高靈敏度,寬頻帶和動(dòng)態(tài)范圍大的觀測臺(tái)網(wǎng)。例如法國的全球三分向地震觀測網(wǎng)使用STS地震儀,能保證從周期360s～0.2s的地面運(yùn)動(dòng)速度都具有較穩(wěn)定的增益,采用16位A/D轉(zhuǎn)換器,能確保大約140分貝的動(dòng)態(tài)范圍。
4 結(jié)束語
地震學(xué)是一門基于現(xiàn)場觀測的科學(xué),地震觀測技術(shù)的進(jìn)展對地震學(xué)的發(fā)展具有決定性的作用,反之,地震學(xué)工作者為了深入研究地震的成因、發(fā)生機(jī)制以及地震波傳播理論等課題,也總是對地震觀測技術(shù)提出新的要求。因此,作為地震工作者應(yīng)該不斷地關(guān)注地震觀測技術(shù)的進(jìn)展和動(dòng)態(tài)。本文著重介紹地震觀測儀器的主要部分——拾震器和記錄系統(tǒng)的一些新進(jìn)展,然后介紹地震科學(xué)工作者在大區(qū)域地震觀測網(wǎng)以及在消除觀測環(huán)境不良影響方面取得的新成果。
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