Instytut Geofizyki Polskiej Akademii Nauk

Zak³ad Sejsmologii i Fizyki Wnêtrza Ziemi

SEJSMOGRAFY

Sejsmograf to urz¹dzenie s³u¿¹ce do rejestracji drgañ sejsmicznych i sk³ada siê z detektora ruchu, który nazywany jest sejsmometrem i
sprzê¿onego z nim systemu rejestruj¹cego. Pierwsze sejsmografy powsta³y w II po³owie XIX w., przedtem istnia³y sejsmoskopy. Sejsmoskopy
sygnalizowa³y moment nadejœcia fali sejsmicznej na ró¿nej zasadzie: toczenia siê kul, upadek cia³ w równowadze chwiejnej, wylewanie siê p³ynu.
Wszystkie rodzaje sejsmometrów zbudowane s¹ na zasadzie wahad³a, to jest pewnej masy, która pod wp³ywem si³ zewnêtrznych d¹¿y do po³o¿enia
równowagi i wykonuje wahania o sta³ym okresie. Jeœli masa wahad³a oscyluje w kierunku poziomym jest to sejsmometr poziomy, jeœli jej wahania
odbywaj¹ siê w kierunku pionowym - pionowy.

Prosty sejsmograf pionowy posiada masê zawieszon¹ na jednej lub kilku
sprê¿ynach przymocowanych do ramy. Drgania gruntu wywo³ane falami
sejsmicznymi powoduj¹ ruch masy, a przytwierdzone do niej piórko z
atramentem kreœli zapis tego ruchu - sejsmogram - na taœmie papieru
nasuniêtej na równomiernie obracaj¹cy siê, sterowany mechanizmem
zegarowym, walec. Taki sejsmograf mo¿e s³u¿yæ do rejestracji silnych zjawisk w
obszarach epicentralnych, gdzie amplitudy ruchu gruntu s¹ du¿e i mog¹ byæ
zapisywane w naturalnej wielkoœci. W miarê oddalania siê od epicentrum
amplitudy drgañ malej¹ i aby zarejestrowaæ odleg³e trzêsienie, amplituda
drgañ musi byæ wielokrotnie powiêkszona, czasem nawet milion razy.

Pierwszy zapis dalekiego wstrz¹su

otrzymano w 1889 roku w Poczdamie

dla trzêsienia japoñskiego

Nowoczesny sejsmometr

szerokopasmowy STS-2

Obserwatorium Sejmologiczne IGF PAN Ojców

Sejsmometr elektromagnetyczny Kirnosa

Poziome wahad³o systemu Bosch - Omori

(obecnie

eksponowane w Obserwatorium Sejsmologicznym w Ojcowie)

Poziome wahad³o Wiecherta

Sejsmografy z rejestracj¹ mechaniczn¹

systemu Mainki

Sejsmometr Golicyna-Wilipa

Zasada dzia³ania sejsmografu

czas

t

a

m

p

li

a

u

d

L

S

N-S

Z

E-W

P

Nowoczesne sejsmometry s¹ elektroniczne. Wychodz¹cy z
sejsmometru sygna³ zapisywany jest na komputerze. Cyfrowa
rejestracja sygna³u sejsmicznego wypar³a obecnie ca³kowicie
rejestracjê mechaniczn¹ i optyczn¹. Przewaga metody cyfrowej
wynika z mo¿liwoœci dalszego przetwarzania zarejestrowanego
sygna³u w celu otrzymania interesuj¹cych nas informacji o
zjawiskach sejsmicznych. Ponadto rejestracja cyfrowa ma wiêksz¹
dynamikê, a kopiowanie i przysy³anie danych sejsmicznych nie
wprowadza zak³óceñ. Archiwizacja danych cyfrowych jest
³atwiejsza, a rozwój sieci komputerowych pozwala natychmiast
przekazywaæ cyfrowe dane sejsmiczne w dowolne miejsce na
œwiecie.

Skonstruowanie przez B.B. Golicyna sejsmometru elektromagnetycznego po³¹czonego z galwanometrem
znacznie u³atwi³o powiêkszanie amplitudy rejestrowanych drgañ pod³o¿a. Rejestracjê mechaniczn¹ zast¹pi³a
rejestracja fotograficzna. Dalsze udoskonalenia jeszcze bardziej zwiêkszy³y sprawnoœæ i precyzjê dzia³ania
sejsmografu, lecz zasada jego budowy pozosta³a ta sama.

Sprê¿yna

Walec

Masa

Rama

Piórko

Pierwsze sejsmometry by³y wahad³ami o du¿ej masie i
d³ugim ramieniu. Takimi sejsmometrami s¹ zarówno
wahad³a systemu Bosch - Omori, sprowadzone
przez M. P. Rudzkiego dla Stacji Sejsmologicznej w
Krakowie w 1903 r., jak i olbrzymie (masa o wadze 1
tony) wahad³a systemu Mainki zainstalowane w 1928
r. na Stacji Geofizycznej w Raciborzu. Drgania
wahad³a rejestrowane by³y bezpoœrednio na
okopconym sadz¹ papierze nasuniêtym na walec.

Sejsmogram trzêsienia na Morzu Japoñskim z 30 marca 2010 r.

(P - fale pod³u¿ne S - fale poprzeczne L - fale powierzchniowe)

Taki sejsmograf mo¿e s³u¿yæ do rejestracji silnych zjawisk w obszarach
epicentralnych, gdzie amplitudy ruchu gruntu s¹ du¿e i mog¹ byæ zapisywane w
naturalnej wielkoœci. W miarê oddalania siê od epicentrum amplitudy drgañ malej¹
i aby zarejestrowaæ odleg³e trzêsienie, amplituda drgañ zapisywanych przez
sejsmograf musi byæ wielokrotnie powiêkszona , czasem nawet milion razy.

Sejsmogram odzwierciedla przebieg drgañ wywo³anych
przez trzêsienie w punkcie obserwacyjnym. Poniewa¿
drgania te odbywaj¹ siê w ró¿nych kierunkach, aby je jak
najwierniej odtworzyæ rejestrowane s¹ przesuniêcia w
kierunkach N-S, E-W i pionowym. Na podstawie zapisu z
jednej tylko stacji mo¿na wyznaczyæ odleg³oœæ epicentraln¹,
azymut, obliczyæ magnitudê wstrz¹su. Sejsmogram jest
g³ównym Ÿród³em informacji o sejsmicznoœci i budowie
Ziemi, rodzajach ognisk i procesach w nich zachodz¹cych.

Sejsmogram odzwierciedla przebieg drgañ
wywo³anych przez trzêsienie w punkcie
obserwacyjnym Mo¿liwoœæ precyzyjnego
wyznaczanie czasu pojawiania siê fal sejsmicznych
(pod³u¿nych-P, poprzecznych-S, powierzchniowych-
L) pozwala na rozwi¹zanie wielu zagadnieñ
sejsmologicznych

Sejsmometry elektromagnetyczne dawa³y
bardziej precyzyjny obraz ruchów gruntu
w y w o ³ a n y c h f a l ¹ s e j s m i c z n ¹ n i ¿
sejsmografy mechaniczne. Se

W sejsmografach elektromagnetycznych
-systemu Golicyna - Wilipa, Kirnosa -
ruch wahad³a wywo³any fal¹ sejsmiczn¹
jest odwzorowywany za pomoc¹ pr¹dów
indukowanych w cewce, które wywo³uj¹
wychylenia galwanometru rejestrowane
na papierze fotograficznym.

W sejsmometrach elektromagnetycznych
-systemu Golicyna - Wilipa, Kirnosa -
wahad³o umieszczone by³o miêdzy dwoma
magnesami. Ruch wahad³a wywo³any fal¹
sejsmiczn¹ wzbudza³ pr¹dy w cewce,
które przekazywane by³y na galwanometr.
Wychylenia galwanometru rejestrowane
by³y na papierze fotograficznym.

rejestracj¹ galwanometryczn¹ na
papierze fotograficznym

Równie dobrze zapisywa³y drgania
pochodz¹ce z ognisk bliskich jak i
odleg³ych.

Pierwsze sejsmometry elektromagnetyczne,
w których ruch wahad³a wywo³ane fal¹
sejsmiczn¹ by³y odwzorowywane za pomoc¹
pr¹dów

"Sejsmometr uniwersalny zawiera w jednej
obudowie trzy sejsmometry zorientowane
w ró¿nych kierunkach przestrzeni.”