Сейсмометрія

Сейсмометрія

Тривалим досвідом сейсмологічних досліджень Сергія Вербицького доведено, що місцеві геологічні умови є вирішальним чинником щодо масштабів і обсягу руйнувань, спричинених землетрусами. Необхідність врахування цих умов при оцінюванні сейсмічної небезпеки та параметрів можливого сейсмічного впливу є цілком очевидною навіть коли йдеться про окремі будівельні майданчики і споруди – адже доволі часто трапляються випадки повного руйнування одного будинку, розташованого зовсім поряд з іншим, такого самого запасу міцності але повністю уцілілим.. До сімдесятих років минулого століття вважалося, що основну небезпеку на території України викликають лише сильні підкорові землетруси зони Вранча. Локальну сейсмічність практично не вивчали. Сейсмічна мережа була не достатньою для визначення не лише положення вогнищ слабких місцевих землетрусів, але й встановлення їхнього механізму. Останнім часом, кількість сейсмічних станцій зросла. Результати вивчення локальної сейсмічності на території Східноєвропейської платформи підтвердили, що у її межах на ній, так само як і на інших древніх платформах, можуть відбуватися потужні землетруси, хоча і набагато рідше, ніж в сейсмічних поясах планети. [Кутас, 2007] Встановлено, що сейсмічна небезпека будівельного майданчика визначається сильними підкоровими землетрусами сейсмоактивної зони Вранча, розташованої в зоні зчленування Східних і Південних Карпат, з Передкарпатським прогином на території Румунії, а також «місцевими» землетрусами, які можуть відбуватися в безпосередній близькості від досліджуваної ділянки і пов'язані з тектонічними порушеннями Східноєвропейської платформи. Для визначення кількісних параметрів сейсмічної небезпеки досліджуваного майданчика виконано розрахунки значення уточненої інтенсивності сейсмічних струшувань (з точністю до 0.01 бала), при землетрусах із зони Вранча (Румунія) і землетрусах з місцевих потенційних сейсмоактивних зон. Згідно карт загального сейсмічного районування території України будівництво в сейсмічних районах України, нормативна бальність, віднесена до «середніх» ґрунтових умов території м. Ужгород (ІІ-ї категорії), становить I0 = 8 балів для періоду повторення Т = 5000 років і ймовірності Р = 99% неперевищення зазначеної інтенсивності в найближчі 50 років. Фонова інтенсивність I0 вказана для ґрунтів ІІ-ї категорії за сейсмічними властивостями. Виконано уточнення сейсмічної активності з врахуванням ґрунтових умов на майданчику, методом за вимогами– методом реєстрації високочастотних мікросейсм. Сейсмометрія (англ. seismometry, нім. Seismometrie)— розділ сейсмології, що розробляє прилади й методи реєстрації (записи) коливань земної поверхні, споруд і ін. об'єктів, головним чином при впливі на них сейсмічних хвиль. Метрія (від грец. metréo - вимірюю), частина складних слів, відповідна за значенням слову «вимір» (наприклад, геометрія, фотометрія). Метрія -кінцева частина складних іменників, що вносить значення: наука, наукова дисципліна або область знання, пов'язані з тим, що названо в першій частині слова (політикометрія,корупціометрія, стереометрія і т.п.). Метрія – це напрям науки на стику до прикладної математики досліджується як складна система. Метрія є однією з найактуальніших проблем сучасності. Деякі дослідники взагалі вважають, що метрія- проблема століття. За будь-яких підходів та оцінок однозначно одне метрія - є проблемою, розв’язання якої для багатьох є актуальною справою. Це явище впливає на різні сторони суспільного життя: економіку, політику, управління, соціальну сфери, громадську свідомість, відносини. Головним питанням, яке не має на сьогодні чіткого і однозначного вирішення, є питання щодо визначення поняття метрія. У широко вживаний термін метрія різними авторами вкладається найрізноманітніший зміст, починаючи від загальних формулювань, які не містять конкретних ознак. Не з’ясовано також, чи можливо дати універсальне поняття метрії, яке б відповідало вимогам різних галузей науки. Разом з тим поняття метрія дає можливість визначити, а також наповнити конкретним змістом зазначений термін. До числа не вирішених питань метрії, які мають важливе теоретичне і практичне значення, відноситься і питання про шкалу. З’ясування цього питання дозволить більш глибоко і точно визначити сутність метрії.Сейсмометрія почала розвиватися на початку XX ст. Комплекс існуючих приладів забезпечує реєстрацію коливань у діапазоні амплітуд від 10-9 м до декількох м і в діапазоні частот від тисячних часток Гц до десятків Гц. Реєстрація сейсмічних хвиль, що виникають при землетрусах, ядерних вибухах і від ін. джерел пружних хвиль, ведеться на сейсмічних станціях автоматично й безупинно. Ці станції ізольовані від джерел можливих сейсмічних перешкод, а сейсмографи встановлюються в заглиблених приміщеннях на масивних фундаментах. Для інженерно-сейсмологічних досліджень сейсмографи встановлюються в типових будинках і спорудах — інженерно-сейсмічних станціях, і працюють у очікувальному режимі, тобто вмикаються при землетрусах. За повідомленням Томаса Лекока (Thomas Lecocq), геолога і сейсмолога Королівської обсерваторії в Бельгії, у Брюсселі від середини березня, коли розпочалися обмеження, сейсмічний шум знизився на 30-50 %. Раніше таке зниження сейсмологи фіксували хіба що на Різдво. Тепер вони можуть виявити невеликі землетруси, які раніше не вдавалося зафіксувати.

Основні принципи

Базовий сейсмограф горизонтального руху. Інерція круглої ваги прагне утримувати перо нерухомо, поки основа рухається вперед і назад.Простий сейсмометр, чутливий до рухів Землі вгору-вниз, схожий на вантаж, що висить на пружині, обидва підвішені на рамі, яка рухається разом із будь-яким виявленим рухом. Відносний рух між вагою (так званою масою) і рамою забезпечує вимірювання вертикального руху землі . Обертовий барабан прикріплений до рами, а ручка прикріплена до ваги, таким чином фіксуючи будь-які рухи ґрунту на сейсмограммі .Будь-який рух від землі зрушує раму. Маса прагне не рухатися через свою інерцію , і, вимірявши рух між рамою та масою, можна визначити рух землі.Ранні сейсмометри використовували оптичні важелі або механічні зв’язки для посилення малих рухів, записуючи їх на вкритий сажею папір або фотопапір. Сучасні інструменти використовують електроніку. У деяких системах маса утримується майже нерухомо відносно рами за допомогою електронної петлі негативного зворотного зв’язку . Вимірюється рух маси відносно рами, і контур зворотного зв’язку застосовує магнітну або електростатичну силу, щоб утримувати масу майже нерухомою. Напруга, необхідна для створення цієї сили, є вихідним сигналом сейсмометра, який записується цифровим способом.В інших системах вага може рухатися, і його рух створює електричний заряд у котушці, прикріпленій до маси, напруга якого рухається через магнітне поле магніту, прикріпленого до рами. Ця конструкція часто використовується в геофоні , який використовується при розвідці нафти і газу.Сейсмічні обсерваторії зазвичай мають прилади, що вимірюють три осі: північ-південь (вісь y), схід-захід (вісь x) і вертикаль (вісь z). Якщо вимірюється лише одна вісь, зазвичай це вертикальна, оскільки вона менш шумна і дає кращі записи деяких сейсмічних хвиль. Фундамент сейсмічної станції є критичним. Професійну станцію іноді встановлюють на скелі . Найкраще кріплення може бути в глибоких свердловинах, що дозволяє уникнути теплового впливу, шуму від землі та нахилу від погодних умов і припливів. Інші інструменти часто встановлюються в ізольованих кожухах на невеликих опорах з неармованого бетону. Арматурні стрижні та заповнювачі деформували б опору під час зміни температури. Перед заливкою пірсу та прокладкою трубопроводу завжди обстежується ділянка на наявність ґрунтового шуму з тимчасовою установкою. Спочатку європейські сейсмографи розміщувалися в певній місцевості після руйнівного землетрусу. Сьогодні вони поширюються, щоб забезпечити відповідне покриття (у випадку сейсмології слабких рухів ) або зосереджені в регіонах високого ризику ( сейсмологія сильних рухів ).Слово походить від грецького σεισμός, seismós , поштовх або тремтіння, від дієслова σείω, seíō , трясти; і μέτρον, métron , для вимірювання, і був створений Девідом Мілн-Хоумом у 1841 році для опису інструменту, розробленого шотландським фізиком Джеймсом Девідом Форбсом . Сейсмограф — ще один грецький термін від seismós і γράφω, gráphō , малювати. Його часто використовують для позначення сейсмометра , хоча це більше стосується старих інструментів, у яких поєднувалися вимірювання та реєстрація руху землі, ніж сучасних систем, у яких ці функції розділені. Обидва типи забезпечують безперервний запис руху ґрунту; цей запис відрізняє їх від сейсмоскопів , які просто вказують на те, що відбувся рух, можливо, за допомогою простого вимірювання його масштабу. Технічна дисципліна, що стосується таких пристроїв, називається сейсмометрією , розділом сейсмології .Концепція вимірювання «струсу» чогось означає, що слово «сейсмограф» може використовуватися в більш загальному значенні. Наприклад, станція моніторингу, яка відстежує зміни електромагнітного шуму, що впливає на аматорські радіохвилі, представляє радіочастотний сейсмограф . А геліосейсмологія вивчає «струси» на Сонці . На основі аналізу сейсмологічних і структурно-геологічних даних, отримані оцінки максимальної прогнозованої сейсмічної активності. Показано, що на території української частини околиці Східноєвропейської платформи і Передкарпатського прогину з ймовірністю 0.001 можуть реалізуватися землетруси з інтенсивністю близькою до 7 балам, а на території Закарпатського прогину та прилеглої до нього частини Складчастих Карпат - 8 бальні. Ці оцінки слід враховувати при проектуванні важливих і екологічно небезпечних промислових об'єктів на території регіону. 2002 року в Микулинцях, що під Тернополем, був потужний землетрус, майже такий самий. Тоді було, здається, до п’яти балів. Там тоді потріскалися стіни Микулинецької фортеці, частина школи десь з’їхала в річку і т.д. Але треба розрізняти бали та магнітуди. Ріхтер – це магнітуди.Окрім того, на початку ХХ століття був землетрус в районі Заліщиків (Тернопільська область).23 вересня на Тернопільщині зафіксували землетрус магнітудою 4,3, розрахунковою інтенсивністю – 5 балів. Люди кажуть, що кілька секунд, поки трусило, їм було страшно. Поштовхи відчували у радіусі майже 100 км у щонайменше шести областях (Чернівецькій, Вінницькій, Львівській, Рівненській, Івано-Франківській та Хмельницькій). У 2019-му та 2020 роках у цій області теж були землетруси, сила яких складала два бали. Магнітуда, і шкала Ріхтера – річ безвідносна. Це - скільки енергії виділилося при тому чи іншому землетрусі в епіцентрі. Землетруси є завжди і всюди – це норма. Просто вони десь є більш або менш активні. Річ у тім, що плити земної кори рухаються, десь повільніше, десь швидше. В активних зонах – землетруси є частішим явищем, вони там потужніші. Найпотужніші землетруси, які відчули в Україні, були у 1977, 1981 роках. Вони були достатньо потужними, магнітуда сягала 7 з гаком. Взагалі в Україні найсильніші землетруси були саме в зоні Вранча. Прогнозу не існує ніде у світі. Якщо ми говоримо про прогноз в розумінні короткострокового, тобто завтра в такій-то годині відбудеться такий-то землетрус там-то і там-то, такого немає і бути не може. Зараз намагаються прогнозувати, але це ймовірні прогнози, вивчення сейсмічної активності. Які землетруси можуть бути і з якою імовірністю, частотою, точно сказати ніхто не може. Але якщо, наприклад, потрібно будувати атомну електростанцію, то треба знати, що тут можуть бути землетруси з імовірністю 98% раз на тисячу років. Такі передбачення зробити можна, хоча ніхто не знає, коли та тисяча років настане. Бо хвиля рухається з такою швидкістю, що поки до когось дійде, що треба робити, вже не буде часу. Плити земної кори рухаються, Земля, як м’ячик, стискається, деформується, спрацьовують припливні ефекти. Крім того, є теорія, що плити плавають в магмі і через це вони весь час рухаються. Залазять одна під одну, труться. Скажу вам так: є зони субдукції – плити залазять одна під одну, ховаються в магмі. А є зона індукції, там навпаки – утворюються острови, виходять вулканічні ефекти. Скажімо, Середньо-Атлантичний, Тихоокеанський хребет – от це є зони індукції, бо плити звідти виходять.

Seismometry is the technical discipline concerned with the detection and measurement of seismic ground motion. It comprises the design of seismographs, their calibration, their installation, and the quantitative interpretation of seismograms in terms of ground motion. A seismograph basically consists of one or more seismometers, a clock or time-signal receiver, and a recorder. The present chapter concentrates on the theory and usage of seismometers. It does not describe their technical design in detail, but mentions some general design principles. Emphasis is put on precise methods for calibrating and testing. Although most commercial seismometers are well calibrated and normally need not be recalibrated by the user after installation, such methods are essential to ensure that an instrument is in good working condition.

The first seismometer was made in China during the 2nd century.[9] It was invented by Zhang Heng, a Chinese mathematician and astronomer. The first Western description of the device comes from the French physicist and priest Jean de Hautefeuille in 1703. The modern seismometer was developed in the 19th century. Seismometers were placed on the Moon starting in 1969 as part of the Apollo Lunar Surface Experiments Package. In December 2018, a seismometer was deployed on the planet Mars by the InSight lander, the first time a seismometer was placed onto the surface of another planet. Ancient era

In Ancient Egypt, Amenhotep, son of Hapu invented a precursor of seismometer, a vertical wooden poles connected with wooden gutters on the central axis functioned to fill water into a vessel until full to detect earthquakes. In AD 132, Zhang Heng of China's Han dynasty is said to have invented the first seismoscope (by the definition above), which was called Houfeng Didong Yi (translated as, "instrument for measuring the seasonal winds and the movements of the Earth"). The description we have, from the History of the Later Han Dynasty, says that it was a large bronze vessel, about 2 meters in diameter; at eight points around the top were dragon's heads holding bronze balls. When there was an earthquake, one of the dragons' mouths would open and drop its ball into a bronze toad at the base, making a sound and supposedly showing the direction of the earthquake. On at least one occasion, probably at the time of a large earthquake in Gansu in AD 143, the seismoscope indicated an earthquake even though one was not felt. The available text says that inside the vessel was a central column that could move along eight tracks; this is thought to refer to a pendulum, though it is not known exactly how this was linked to a mechanism that would open only one dragon's mouth. The first earthquake recorded by this seismoscope was supposedly "somewhere in the east". Days later, a rider from the east reported this earthquake. Early designs (1259–1839) By the 13th century, seismographic devices existed in the Maragheh observatory (founded 1259) in Persia, though it is unclear whether these were constructed independently or based on the first seismoscope.[13] French physicist and priest Jean de Hautefeuille described a seismoscope in 1703,[10] which used a bowl filled with mercury which would spill into one of eight receivers equally spaced around the bowl, though there is no evidence that he actually constructed the device. A mercury seismoscope was constructed in 1784 or 1785 by Atanasio Cavalli, a copy of which can be found at the University Library in Bologna, and a further mercury seismoscope was constructed by Niccolò Cacciatore in 1818. James Lind also built a seismological tool of unknown design or efficacy (known as an earthquake machine) in the late 1790s. Pendulum devices were developing at the same time. Neapolitan naturalist Nicola Cirillo set up a network of pendulum earthquake detectors following the 1731 Puglia Earthquake, where the amplitude was detected using a protractor to measure the swinging motion. Benedictine monk Andrea Bina further developed this concept in 1751, having the pendulum create trace marks in sand under the mechanism, providing both magnitude and direction of motion. Neapolitan clockmaker Domenico Salsano produced a similar pendulum which recorded using a paintbrush in 1783, labelling it a geo-sismometro, possibly the first use of a similar word to seismometer. Naturalist Nicolo Zupo devised an instrument to detect electrical disturbances and earthquakes at the same time (1784). The first moderately successful device for detecting the time of an earthquake was devised by Ascanio Filomarino in 1796, who improved upon Salsano's pendulum instrument, using a pencil to mark, and using a hair attached to the mechanism to inhibit the motion of a clock's balance wheel. This meant that the clock would only start once an earthquake took place, allowing determination of the time of incidence.] After an earthquake taking place on October 4, 1834, Luigi Pagani observed that the mercury seismoscope held at Bologna University had completely spilled over, and did not provide useful information. He therefore devised a portable device that used lead shot to detect the direction of an earthquake, where the lead fell into four bins arranged in a circle, to determine the quadrant of earthquake incidence. He completed the instrument in 1841. Early Modern designs (1839–1880) In response to a series of earthquakes near Comrie in Scotland in 1839, a committee was formed in the United Kingdom in order to produce better detection devices for earthquakes. The outcome of this was an inverted pendulum seismometer constructed by James David Forbes, first presented in a report by David Milne-Home in 1842, which recorded the measurements of seismic activity through the use of a pencil placed on paper above the pendulum. The designs provided did not prove effective, according to Milne's reports.[14] It was Milne who coined the word seismometer in 1841, to describe this instrument.[4] In 1843, the first horizontal pendulum was used in a seismometer, reported by Milne (though it is unclear if he was the original inventor). After these inventions, Robert Mallet published an 1848 paper where he suggested ideas for seismometer design, suggesting that such a device would need to register time, record amplitudes horizontally and vertically, and ascertain direction. His suggested design was funded, and construction was attempted, but his final design did not fulfill his expectations and suffered from the same problems as the Forbes design, being inaccurate and not self-recording. Karl Kreil constructed a seismometer in Prague between 1848 and 1850, which used a point-suspended rigid cylindrical pendulum covered in paper, drawn upon by a fixed pencil. The cylinder was rotated every 24 hours, providing an approximate time for a given quake. Luigi Palmieri, influenced by Mallet's 1848 paper, invented a seismometer in 1856 that could record the time of an earthquake. This device used metallic pendulums which closed an electric circuit with vibration, which then powered an electromagnet to stop a clock. Palmieri seismometers were widely distributed and used for a long time. By 1872, a committee in the United Kingdom led by James Bryce expressed their dissatisfaction with the current available seismometers, still using the large 1842 Forbes device located in Comrie Parish Church, and requested a seismometer which was compact, easy to install and easy to read. In 1875 they settled on a large example of the Mallet device, consisting of an array of cylindrical pins of various sizes installed at right angles to each other on a sand bed, where larger earthquakes would knock down larger pins. This device was constructed in 'Earthquake House' near Comrie, which can be considered the world's first purpose-built seismological observatory. As of 2013, no earthquake has been large enough to cause any of the cylinders to fall in either the original device or replicas. The first seismographs (1880-) The first seismographs were invented in the 1870s and 1880s. The first seismograph was produced by Filippo Cecchi in around 1875. A seismoscope would trigger the device to begin recording, and then a recording surface would produce a graphical illustration of the tremors automatically (a seismogram). However, the instrument was not sensitive enough, and the first seismogram produced by the instrument was in 1887, by which time John Milne had already demonstrated his design in Japan. Milne horizontal pendulum seismometer. One of the Important Cultural Properties of Japan. Exhibit in the National Museum of Nature and Science, Tokyo, Japan. In 1880, the first horizontal pendulum seismometer was developed by the team of John Milne, James Alfred Ewing and Thomas Gray, who worked as foreign-government advisors in Japan, from 1880 to 1895. Milne, Ewing and Gray, all having been hired by the Meiji Government in the previous five years to assist Japan's modernization efforts, founded the Seismological Society of Japan in response to an Earthquake that took place on February 22, 1880, at Yokohama. Two instruments were constructed by Ewing over the next year, one being a common-pendulum seismometer and the other being the first seismometer using a damped horizontal pendulum. The innovative recording system allowed for a continuous record, the first to do so. The first seismogram was recorded on 3 November 1880 on both of Ewing's instruments. Modern seismometers would eventually descend from these designs. Milne has been referred to as the 'Father of modern seismology'and his seismograph design has been called the first modern seismometer. This produced the first effective measurement of horizontal motion. Gray would produce the first reliable method for recording vertical motion, which produced the first effective 3-axis recordings. An early special-purpose seismometer consisted of a large, stationary pendulum, with a stylus on the bottom. As the earth started to move, the heavy mass of the pendulum had the inertia to stay still within the frame. The result is that the stylus scratched a pattern corresponding with the Earth's movement. This type of strong-motion seismometer recorded upon a smoked glass (glass with carbon soot). While not sensitive enough to detect distant earthquakes, this instrument could indicate the direction of the pressure waves and thus help find the epicenter of a local quake. Such instruments were useful in the analysis of the 1906 San Francisco earthquake. Further analysis was performed in the 1980s, using these early recordings, enabling a more precise determination of the initial fault break location in Marin county and its subsequent progression, mostly to the south. Later, professional suites of instruments for the worldwide standard seismographic network had one set of instruments tuned to oscillate at fifteen seconds, and the other at ninety seconds, each set measuring in three directions. Amateurs or observatories with limited means tuned their smaller, less sensitive instruments to ten seconds. The basic damped horizontal pendulum seismometer swings like the gate of a fence. A heavy weight is mounted on the point of a long (from 10 cm to several meters) triangle, hinged at its vertical edge. As the ground moves, the weight stays unmoving, swinging the "gate" on the hinge. The advantage of a horizontal pendulum is that it achieves very low frequencies of oscillation in a compact instrument. The "gate" is slightly tilted, so the weight tends to slowly return to a central position. The pendulum is adjusted (before the damping is installed) to oscillate once per three seconds, or once per thirty seconds. The general-purpose instruments of small stations or amateurs usually oscillate once per ten seconds. A pan of oil is placed under the arm, and a small sheet of metal mounted on the underside of the arm drags in the oil to damp oscillations. The level of oil, position on the arm, and angle and size of sheet is adjusted until the damping is "critical", that is, almost having oscillation. The hinge is very low friction, often torsion wires, so the only friction is the internal friction of the wire. Small seismographs with low proof masses are placed in a vacuum to reduce disturbances from air currents. Zollner described torsionally suspended horizontal pendulums as early as 1869, but developed them for gravimetry rather than seismometry. Early seismometers had an arrangement of levers on jeweled bearings, to scratch smoked glass or paper. Later, mirrors reflected a light beam to a direct-recording plate or roll of photographic paper. Briefly, some designs returned to mechanical movements to save money. In mid-twentieth-century systems, the light was reflected to a pair of differential electronic photosensors called a photomultiplier. The voltage generated in the photomultiplier was used to drive galvanometers which had a small mirror mounted on the axis. The moving reflected light beam would strike the surface of the turning drum, which was covered with photo-sensitive paper. The expense of developing photo-sensitive paper caused many seismic observatories to switch to ink or thermal-sensitive paper. After World War II, the seismometers developed by Milne, Ewing and Gray were adapted into the widely used Press-Ewing seismometer. Modern instruments Simplified LaCoste suspension using a zero-length spring CMG-40T triaxial broadband seismometer Seismometer without housing; presented during a demonstration for children about earthquakes at Alfred Wegener Institute. Modern instruments use electronic sensors, amplifiers, and recording devices. Most are broadband covering a wide range of frequencies. Some seismometers can measure motions with frequencies from 500 Hz to 0.00118 Hz (1/500 = 0.002 seconds per cycle, to 1/0.00118 = 850 seconds per cycle). The mechanical suspension for horizontal instruments remains the garden-gate described above. Vertical instruments use some kind of constant-force suspension, such as the LaCoste suspension. The LaCoste suspension uses a zero-length spring to provide a long period (high sensitivity). Some modern instruments use a "triaxial" or "Galperin" design, in which three identical motion sensors are set at the same angle to the vertical but 120 degrees apart on the horizontal. Vertical and horizontal motions can be computed from the outputs of the three sensors. Seismometers unavoidably introduce some distortion into the signals they measure, but professionally designed systems have carefully characterized frequency transforms. Modern sensitivities come in three broad ranges: geophones, 50 to 750 V/m; local geologic seismographs, about 1,500 V/m; and teleseismographs, used for world survey, about 20,000 V/m. Instruments come in three main varieties: short period, long period and broadband. The short and long period measure velocity and are very sensitive, however they 'clip' the signal or go off-scale for ground motion that is strong enough to be felt by people. A 24-bit analog-to-digital conversion channel is commonplace. Practical devices are linear to roughly one part per million. Delivered seismometers come with two styles of output: analog and digital. Analog seismographs require analog recording equipment, possibly including an analog-to-digital converter. The output of a digital seismograph can be simply input to a computer. It presents the data in a standard digital format (often "SE2" over Ethernet). Teleseismometers A low-frequency 3-direction ocean-bottom seismometer (cover removed). Two masses for x- and y-direction can be seen, the third one for z-direction is below. This model is a CMG-40TOBS, manufactured by Güralp Systems Ltd and is part of the Monterey Accelerated Research System. The modern broadband seismograph can record a very broad range of frequencies. It consists of a small "proof mass", confined by electrical forces, driven by sophisticated electronics. As the earth moves, the electronics attempt to hold the mass steady through a feedback circuit. The amount of force necessary to achieve this is then recorded. In most designs the electronics holds a mass motionless relative to the frame. This device is called a "force balance accelerometer". It measures acceleration instead of velocity of ground movement. Basically, the distance between the mass and some part of the frame is measured very precisely, by a linear variable differential transformer. Some instruments use a linear variable differential capacitor. That measurement is then amplified by electronic amplifiers attached to parts of an electronic negative feedback loop. One of the amplified currents from the negative feedback loop drives a coil very like a loudspeaker. The result is that the mass stays nearly motionless. Most instruments measure directly the ground motion using the distance sensor. The voltage generated in a sense coil on the mass by the magnet directly measures the instantaneous velocity of the ground. The current to the drive coil provides a sensitive, accurate measurement of the force between the mass and frame, thus measuring directly the ground's acceleration (using f=ma where f=force, m=mass, a=acceleration). One of the continuing problems with sensitive vertical seismographs is the buoyancy of their masses. The uneven changes in pressure caused by wind blowing on an open window can easily change the density of the air in a room enough to cause a vertical seismograph to show spurious signals. Therefore, most professional seismographs are sealed in rigid gas-tight enclosures. For example, this is why a common Streckeisen model has a thick glass base that must be glued to its pier without bubbles in the glue. It might seem logical to make the heavy magnet serve as a mass, but that subjects the seismograph to errors when the Earth's magnetic field moves. This is also why seismograph's moving parts are constructed from a material that interacts minimally with magnetic fields. A seismograph is also sensitive to changes in temperature so many instruments are constructed from low expansion materials such as nonmagnetic invar. The hinges on a seismograph are usually patented, and by the time the patent has expired, the design has been improved. The most successful public domain designs use thin foil hinges in a clamp. Another issue is that the transfer function of a seismograph must be accurately characterized, so that its frequency response is known. This is often the crucial difference between professional and amateur instruments. Most are characterized on a variable frequency shaking table. Strong-motion seismometers Another type of seismometer is a digital strong-motion seismometer, or accelerograph. The data from such an instrument is essential to understand how an earthquake affects man-made structures, through earthquake engineering. The recordings of such instruments are crucial for the assessment of seismic hazard, through engineering seismology. A strong-motion seismometer measures acceleration. This can be mathematically integrated later to give velocity and position. Strong-motion seismometers are not as sensitive to ground motions as teleseismic instruments but they stay on scale during the strongest seismic shaking. Strong motion sensors are used for intensity meter applications.

Other forms

A Kinemetrics seismograph, formerly used by the United States Department of the Interior.Seismometer in operation recording a seismogram. Accelerographs and geophones are often heavy cylindrical magnets with a spring-mounted coil inside. As the case moves, the coil tends to stay stationary, so the magnetic field cuts the wires, inducing current in the output wires. They receive frequencies from several hundred hertz down to 1 Hz. Some have electronic damping, a low-budget way to get some of the performance of the closed-loop wide-band geologic seismographs. Strain-beam accelerometers constructed as integrated circuits are too insensitive for geologic seismographs (2002), but are widely used in geophones. Some other sensitive designs measure the current generated by the flow of a non-corrosive ionic fluid through an electret sponge or a conductive fluid through a magnetic field.

Interconnected seismometers

Seismometers spaced in a seismic array can also be used to precisely locate, in three dimensions, the source of an earthquake, using the time it takes for seismic waves to propagate away from the hypocenter, the initiating point of fault rupture (See also Earthquake location). Interconnected seismometers are also used, as part of the International Monitoring System to detect underground nuclear test explosions, as well as for Earthquake early warning systems. These seismometers are often used as part of a large scale governmental or scientific project, but some organizations such as the Quake-Catcher Network, can use residential size detectors built into computers to detect earthquakes as well. In reflection seismology, an array of seismometers image sub-surface features. The data are reduced to images using algorithms similar to tomography. The data reduction methods resemble those of computer-aided tomographic medical imaging X-ray machines (CAT-scans), or imaging sonars. A worldwide array of seismometers can actually image the interior of the Earth in wave-speed and transmissivity. This type of system uses events such as earthquakes, impact events or nuclear explosions as wave sources. The first efforts at this method used manual data reduction from paper seismograph charts. Modern digital seismograph records are better adapted to direct computer use. With inexpensive seismometer designs and internet access, amateurs and small institutions have even formed a "public seismograph network". Seismographic systems used for petroleum or other mineral exploration historically used an explosive and a wireline of geophones unrolled behind a truck. Now most short-range systems use "thumpers" that hit the ground, and some small commercial systems have such good digital signal processing that a few sledgehammer strikes provide enough signal for short-distance refractive surveys. Exotic cross or two-dimensional arrays of geophones are sometimes used to perform three-dimensional reflective imaging of subsurface features. Basic linear refractive geomapping software (once a black art) is available off-the-shelf, running on laptop computers, using strings as small as three geophones. Some systems now come in an 18" (0.5 m) plastic field case with a computer, display and printer in the cover. Small seismic imaging systems are now sufficiently inexpensive to be used by civil engineers to survey foundation sites, locate bedrock, and find subsurface water.

Fiber optic cables as seismometers

A new technique for detecting earthquakes has been found, using fiber optic cables. In 2016 a team of metrologists running frequency metrology experiments in England observed noise with a wave-form resembling the seismic waves generated by earthquakes. This was found to match seismological observations of an Mw6.0 earthquake in Italy, ~1400 km away. Further experiments in England, Italy, and with a submarine fiber optic cable to Malta detected additional earthquakes, including one 4,100 km away, and an ML3.4 earthquake 89 km away from the cable. Seismic waves are detectable because they cause micrometer-scale changes in the length of the cable. As the length changes so does the time it takes a packet of light to traverse to the far end of the cable and back (using a second fiber). Using ultra-stable metrology-grade lasers, these extremely minute shifts of timing (on the order of femtoseconds) appear as phase-changes. The point of the cable first disturbed by an earthquake's p-wave (essentially a sound wave in rock) can be determined by sending packets in both directions in the looped pair of optical fibers; the difference in the arrival times of the first pair of perturbed packets indicates the distance along the cable. This point is also the point closest to the earthquake's epicenter, which should be on a plane perpendicular to the cable. The difference between the p-wave/s-wave arrival times provides a distance (under ideal conditions), constraining the epicenter to a circle. A second detection on a non-parallel cable is needed to resolve the ambiguity of the resulting solution. Additional observations constrain the location of the earthquake's epicenter, and may resolve the depth. This technique is expected to be a boon in observing earthquakes, especially the smaller ones, in vast portions of the global ocean where there are no seismometers, and at a cost much cheaper than ocean bottom seismometers. Deep-Learning Researchers at Stanford University created a deep-learning algorithm called UrbanDenoiser which can detect earthquakes, particularly in urban cities. The algorithm filters out the background noise from the seismic noise gathered from busy cities in urban areas to detect earthquakes.

Recording

Viewing of a Develocorder film Matsushiro Seismological Observatory A Seismogram graph Further information: Seismogram Today, the most common recorder is a computer with an analog-to-digital converter, a disk drive and an internet connection; for amateurs, a PC with a sound card and associated software is adequate. Most systems record continuously, but some record only when a signal is detected, as shown by a short-term increase in the variation of the signal, compared to its long-term average (which can vary slowly because of changes in seismic noise)[citation needed], also known as a STA/LTA trigger. Prior to the availability of digital processing of seismic data in the late 1970s, the records were done in a few different forms on different types of media. A "Helicorder" drum was a device used to record data into photographic paper or in the form of paper and ink. A "Develocorder" was a machine that record data from up to 20 channels into a 16-mm film. The recorded film can be viewed by a machine. The reading and measuring from these types of media can be done by hand. After the digital processing has been used, the archives of the seismic data were recorded in magnetic tapes. Due to the deterioration of older magnetic tape medias, large number of waveforms from the archives are not recoverable.

References

2. Сергій Вербицький, Богдан Купльовський, Василь Прокопишин, Олександр Стецьків, Ірина Ніщіменко, Тарас Брич, Олег Крук РОЗРАХУНОК ПРИРОСТІВ ІНТЕНСИВНОСТІ СЕЙСМІЧНИХ СТРУШУВАНЬ МЕТОДОМ РЕЄСТРАЦІЇ ВИСОКОЧАСТОТНИХ МІКРОСЕЙСМ (НА ПРИКЛАДІ МАЙДАНЧИКА ЗАБУДОВИ В М. УЖГОРОД)

3. Constantinescu L., Marza V.I. A computer- compiled and computer-oriented catalogue of Romanian's earthquakes during a milenium (984- 1979).- Rev. Roum. Geol., Geophys. et Geogr- Geophys., V.24, 2. Bucarest, 1980. - P. 193-234.

4. Zsiros Т., Monus P., Toth L. Hungarian earthguake catalog (456-1986).- Budapest, 1988. - 182 p.

5. Karnik V.. Michal. Molnar. Erdbebenkatalog der Tscechoslowakei bis zum Jahre 1956. Geofysikalni sbornic, 1957. - P.411-595.

6. Karnik V. Seismicity of the European Area. Part 1. - Praha: Academia, 1968,- 364 p.

7. Karnik V. Seismicity of the European Area. Part 2. - Praha: Academia. 1971.- 218 p. 8. Kreutz F. Rzecz о trzesieniu ziemi oraz opis trzesienia ziemi w Galicji Wshodniej 1875 r. - Kosmos, T. 1. 1876. - P. 1 -12,54-75.

9. Laska V. Die Erdbeben Polens. Mitteilungen der Erdbeben-Kommission d.K.A. der Wissenschaften in Wien. - N. Folge VII. Wien, 1902.

10. Lisk X. Ulryk Werdum і Dziennik podrozy jego po Polsce w latach 1670-1672. //Przewodnik naukowy і literacki, Lwow, І876.-4І9р.

11. Olczak T. Seismicznisc Polski w okresie 1901- 1950. - Acta Geophysica Polonica, 10, 1, Warszawa, 1962.

12. Rethly A. A Karpatmedencek Foldrengesci 445- 1918,- Budapest: Acad. Kiado, 1952. - 510 p.

13. Zatopek A. Zemetresna pozorovani na Slovensku a byv. Podkarpatske Rusi 1923-1938 //Publikace Geofysicalniho Ustavu v Praze. Spec.Prace c.2. - Praha, 1940. - 150 p.

14. Prochazcova D.. Dudek A. Some parameters of earthguakes originated in Central and Eastern Europe. Travaux inst. Geophys. Acad. Tchechoslovakia Sciences, N:538. - Geophysikalni sbornik. 1980. - Praga: Academia, 1982. - 40 p.

16. Каталог Карпатських землетрусів. N:1-15(4-18) за 1955-1969 роки. - Київ: Наукова думка. 1958- 1975.

17. Сейсмологический бюллетень ЗТЗ ЕССН СССР. Крым-Карпаты за 1970-1994 гг. - Киев: Наукова думка, 1980-1996.

19. New Catalog of strong earthquakes in the USSR from ancient times through 1977. /Editors in Chief Prof. N.V. Kondorskaya and N.V. Shebalin - Academy of Sciences of USSR. Boulder,USA,1982. - 608 p.

20. Чекунов А.В. Сейсмоактивний район Вранча - тектонічний аспект. - Доп. АН УРСР, сер. Б, N 5, 1986.-С. 21-26.

23. Constantinescu L., Enescu D. Cutremurele din Vrancea in cadru stiintific si tehnoiogic. - Bucuresti: Editura Academici Republicii Socialiste Romania, 1985. -230 p.

25. Ризниченко Ю.В., Друмя А.В., Степаненко Н.Я. Сейсмичность и сотрясаемость Карпато- Балканского региона. - Кишинев: Штиинца, 1976,- 117 с.

26. Cutremurul de pamint din Romanie la 4 Martie 1977.-Bucuresti, 1982.-637 p.

27. Shebalin N.V. et all. Earthquakes origin zones and distribution of maximum exprected seismic intensity for the Balcan region //Proc. of the Seminar on Seismic Zoning Maps. V.2. - Scopje: UNESCO, 1976.-P.67-171.

30. Карпатское землетрясение 1986 г. /Под ред. А.В. Друмя, Н.В. Шебалина, Н.Н. Складнева, С.С. Графова, В.И. Ойзермана,- Кишинев: Штиинца, 1990. - 334 с.

34. Костюк О.П., Руденская И.М., Москаленко Т.П., Пронишин Р.С. Сейсмичность Карпат //Сейсмологический бюллетень западной зоны ЕССН СССР за 1988 год. - Киев: Наукова думка, 1991.-С. 127-137.

35. Пронишин Р.С., Кендзера А.В., Бень Я.А. Сейсмическая активность Предкарпатья //Сейсмологический бюллетень сейсмических станций "Минск","Гомель" и "Нарочь" за 1986 г. - Минск: ИГиГ АН БССР, 1989. - С. 125-141.

36. Кендзера А.В., Пронишин Р.С. Бень Я.А., Стародуб Г.Р. Сейсмическая опасность города Черновцы. //Сейсмологический бюллетень Белорусской сети сейсмических станций. - Минск: Изд. ИГиГ АН Белоруссии, 1992. С.151-168.

37. Golub G.H., Reinsch С. Singular value decomposition and least squares solution, in L.H. Wilkinson and C. Reinsch (eds.), Handbook for automatic computation, vol.11: Linear algebra. - Heidelberg: Springer, 1971.- 250 p

1. ^ Agnew, Duncan Carr (2003), "Ch. 1: History of Seismology", International Handbook of Earthquake & Engineering Seismology, vol. Part A, pp. 3–11,

2. ^ Erhard Wielandt's 'Seismic Sensors and their Calibration' Archived 2010-09-24 at the Wayback Machine- Current (2002) reference by a widely consulted expert.

3. ^ Jump up to:a b c Reitherman, Robert (2012). Earthquakes and Engineers: an International History. Reston, VA: ASCE Press. pp. 122–125. Archived from the original on 2012-07-26.

4. ^ Jump up to:a b Ben-Menahem, A. (2009). Historical Encyclopedia of Natural and Mathematical Sciences, Volume 1. Springer. p. 2657. Retrieved 28 August 2012.

5. ^ Richter, C.F. (1958). Elementary Seismology. San Francisco: W.H. Freeman.

6. ^ William H.K. Lee; Paul Jennings; Carl Kisslinger; Hiroo Kanamori (27 September 2002). International Handbook of Earthquake & Engineering Seismology. Academic Press. pp. 283. Retrieved 29 April 2013.

7. ^ "The RF Seismograph". Archived from the original on 1 December 2017. Retrieved 28 March 2018.

9. ^ Jump up to:a b Sleeswyk AW, Sivin N (1983). "Dragons and toads: the Chinese seismoscope of BC. 132". Chinese Science. 6: 1–19.

10. ^ Jump up to:a b Joseph Needham (1985). Science and Civilisation in China: Paper and Printing. Cambridge University Press. p. 122. Retrieved 16 April 2013. In the Southern Sung dynasty, gift money for bestowing upon officials by the imperial court was wrapped in paper envelopes (chih pao)

11. ^ Cook, Jia-Rui; Good, Andrew (19 December 2018). "NASA's InSight Places First Instrument on Mars". NASA. Retrieved 20 December 2018.

12. ^ Needham, Joseph (1959). Science and Civilization in China, Volume 3: Mathematics and the Sciences of the Heavens and the Earth. Cambridge: Cambridge University Press. pp. 626–635. Bibcode:1959scc3.

13. ^ Szczepanski, Kallie. "The invention of the Seismoscope | The Asian Age Online, Bangladesh". The Asian Age. Retrieved 2022-10-12.

14. ^ Jump up to:a b c d e f g Oldroyd, David; Amador, F.; Kozák, Jan; Carneiro, Ana; Pinto, Manuel (2007-01-01). "The Study of Earthquakes in the Hundred Years Following Lisbon Earthquake of 1755". Journal of the History of the Earth Sciences Society. 26 (2): 321–370.

15. ^ Ferrari, Graziano (1997-01-01). "Cultural and scientific value of seismology's heritage in Europe: why and how to preserve". Cah. Cent. Europ. Geodyn. Seismol. 13: 1–21.

16. ^ Hart, Scott de (2013-07-22). Shelley Unbound: Discovering Frankenstein's True Creator. Feral House. p. 39.

17. ^ Jump up to:a b c d Musson, R. M. W. (2013-06-01). "A history of British seismology". Bulletin of Earthquake Engineering. 11 (3): 715–861.

18. ^ "Seismographen". Archived from the original on 2011-03-18. Retrieved 2011-02-18.

19. ^ Jump up to:a b c Batlló, Josep (2021). "Historical Seismometer". In Beer, Michael; Kougioumtzoglou, Ioannis A.; Patelli, Edoardo; Siu-Kui Au, Ivan (eds.). Encyclopedia of Earthquake Engineering. Berlin, Heidelberg: Springer. pp. 1–31. Retrieved 2022-10-17.

20. ^ Herbert-Gustar, A. L.; Nott, Patrick A. (1980). John Milne : father of modern seismology.

21. ^ "Who Invented the Seismograph?". Retrieved 2022-10-12.

22. ^ "Physics of the Zero-Length Spring of Geoscience". physics.mercer.edu. Retrieved 28 March 2018.

23. ^ "A Biography of Lucien LaCoste, inventor of the zero-length spring". Archived from the original on March 20, 2007.

24. ^ "Redwood City Public Seismic Network". psn.quake.net. Archived from the original on 26 March 2018. Retrieved 28 March 2018.

25. ^ Marra, Giuseppe; Clivati, Cecilia; Luckett, Richard; Tampellini, Anna; Kronjäger, Jochen; Wright, Louise; Mura, Alberto; Levi, Filippo; Robinson, Stephen; Xuereb, André; Baptie, Brian; Calonico, Davide (3 August 2016), "Ultrastable laser interferometry for earthquake detection with terrestrial and submarine cables", Science, 361 (6401): 486–490,

26. ^ Jump up to:a b Yang, Lei; Liu, Xin; Zhu, Weiqiang; Zhao, Liang; Beroza, Gregory C. (2022-04-15). "Toward improved urban earthquake monitoring through deep-learning-based noise suppression". Science Advances. 8 (15): eabl3564. Bibcode:2022SciA....8L3564Y.

27. ^ "A deep-learning algorithm could detect earthquakes by filtering out city noise". MIT Technology Review.

28. ↑ Хаттон, Кейт; Ю, Елен. "СПОЖИВКА НОВИН!! Каталог землетрусів SCSN завершено!!" (PDF) . Сейсмологічна лабораторія Каліфорнійського технологічного інституту. Архів оригіналу (PDF) за 14 липня 2014 року .

29. ↑ Fogleman, Kent A.; Лар, Джон К.; Стівенс, Крістофер Д.; Пейдж, Роберт А. (червень 1993). Місця землетрусів, визначені мережею сейсмографів Південної Аляски з жовтня 1971 по травень 1989 (звіт). USGS.

1. Продайвода Г.Т., Трипільський О.А., Чулков С.С. Сейсморозвідка. – К – ВПЦ «Київський університет», 2008.-351 с.

2.СЕЙСМОМЕТРІЯ. Підручник. Видавничо-поліграфічний центр. "Київський університет".

3.Валентин МАКСИМЧУК, Сергій ВЕРБИЦЬКИЙ, Роман ПРОНИШИН. Сейсмічність та сейсмічна небезпека України.

4. Д. В. Кравченко .· 2015 — Навчальна дисципліна Сейсмометрія є складовою освітньо-професійної програми підготовки фахівців за освітньо-кваліфікаційним рівнем.

Для студентів старших років навчання. Основною метою є ознайомлення студентів з основами проведення наукових досліджень. Огірко І.В.