浅谈地震观测仪器的历史和发展趋势

研究地震和观测地震的必要性是现实和长期存在的

摘 要：研究地震和地震观测的必要性是现实和长期存在的。随着科学技术的发展，地震观测仪器也从最早的地动仪器中衍生出许多子系。如今，新一轮技术革命的浪潮正在涌现。是时候回顾地震观测仪器的发展历史，展望地震观测仪器未来的发展趋势了。
本文介绍了地震观测仪器和地震观测的基本概念。
第二部分梳理了地震观测仪器的发展历史，介绍了我国地震观测仪器的版本及其工作原理，特别是自现代以来，便于了解地震观测仪器的原理，加深对地震观测的理解。第三部分结合实例介绍了地震观测仪器的几个应用领域。第四部分介绍了地震观测仪器的可能发展方向，并结合各种预测和现状提出了另一种新的可能性。

关键词：地震仪器 地震观测 地震仪器发展简史 发展趋势

1、 地震观测仪
地震仪是一种监测地震发生并记录地震相关参数的地震观测仪器。公元132年，中国由张衡领导，成为世界历史上最早的地震观测仪器。
依据将要测量的地震震动速度、强度和相应的周期，在地震研究中使用的地震仪主要有短周期、长周期和超长周期三种。
20世纪，核能测试和检测系统的出现促进了现代地震仪器的发展。尽管地震对人身和财产安全造成了巨大损失，但直到地下核爆炸的威胁促进了全球地震监测器网络（WWSSN）1960年成立后，地震仪大规模投入使用，在60多个国家设立了120多台地震仪。
值得注意的是，地震仪只能用来测量地震的强度和方向，而不能用来预测地震。

2、 地震观测
地震观测的目的是获得用于确定地震或爆炸事件的基本参数，如地震时间、地震中经纬度、地震源深度和地震等级。简言之，记录需要做的是用地震观测仪记录自然地震或人工爆炸引起的地震波形。
现代地震观测需要一系列的准备工作，如布局地震监测站网络、选择站址、研究和设计建筑站房屋、安装和调试地震观测仪器等。地震观测仪器正常运行后，可记录地震波形（地震图）。分析地震图，识别不同的地震阶段，测量到达时间、振幅和周期，利用地震时间表确定地震的基本参数。
地震仪记录的振动是地震波引起的振幅对应的曲线，称为地震谱，标志着地震的强度。
从地震谱中可以清楚地区分各种地震波的效应。纵波和横波到达同一地震监测站的时差越远，时差越大。因此，可以找到地震监测站的距离，即地震中距。

1、 概述
地震观测仪器的最早使用记录可追溯到东汉近2000年。纵观人类历史，技术革命促进了世界技术产品的变化。地震灾害关系到人类的生存危亡，在一轮又一轮的浪潮中与新技术融为一体，衍生出许多子系。有理由相信，地震观测仪器在未来很长一段时间内仍将保持这种持久的势头，并长期伴随着人类的存在。因此，在技术浪潮再次涌现的今天，回顾其发展历史尤为有意义。
中国是一个多地震国家，地震观测研究历史悠久。公元132年，张衡在东汉时期发明的地震仪器是世界上第一台探测地震的地震仪器 ,比欧洲类似的发明早 1700 年以上。

2、 近现代发展
西方人首先发明了现代地震观测仪器。直到1930年，在翁文浩的带领下，中央地质调查所在北京鹫峰建立了地震观测台，使用外国地震观测仪器， 李善邦负责筹建和技术管理。1931年，在朱可真的领导下，中央气象研究所在南京北极阁建立了地震监测站，金咏深负责外国地震观测仪器的建设和技术管理。1937年日军侵华后，这两个地震监测站中止了记录。四年前迁往重庆北碚的李善邦，自行研究设计制作了霓虹地震仪， 在北碚建立地震监测站 1946 年迁南京。李善邦、谢玉寿负责1948年中央地质调查所恢复南京水晶台地震监测站。
20世纪30年代，中国地震学家李善邦建立了中国人管理的第一个地震监测站——北京西山鹫峰地震监测站，进行地震观测。
直到中华人民共和国成立，中国只有少数地震监测站，只有少数科技人员从事地震工作。可以说，旧中国震观测工作几乎为零基础。

信息来源：北京港震科技有限公司（http://www.geolight.com.cn/index.aspx）
短周期地震仪：
应急流观测、地震科学调查、地震预警监测、滑坡落石监测、水库地震监测、煤矿地震监测、油田地震监测；
2、 宽频带地震仪：
国家地震台网、台站、区域地震台网自然地震观测、水库诱发地震监测、矿山地震监测、油气勘探等宽频带地震观测和地下结构成像研究领域，可用于长期固定观测和移动地震观测。
3、 超宽频带地震仪
国家地震台网、国家台网、区域地震台网宽频带自然地震观测和地下结构成像等研究领域，适用于环境噪声低的长期固定观测。

1.学术愿景-新一代智能地震技术系统
互联网、云计算、大数据等信息技术发展迅速，应用迅速普及 这些历史性的技术进步集中在新一代人工智能的战略突破和新的 一代人工智能成为新一轮科技革命的核心技术。 随着传感器、互联网和地理信息的不断融合，各种地震传感器及观测系统的数量逐 年递增。然而，单纯地增加传感器资源，仍然难以有效满足防灾减灾救灾监测综合性、 应急性等多样化的需求，主要原因在于：①传感器的精度、稳定性与环境适应性不高； ②各观测系统不能协同；③异构传感器缺乏耦合机制；④观测与决策服务缺乏关联。新一代人工智能技术与先进地震观测技术的深度融合，形成了新一代智能地震技术。 下图描述了面向新一代智能地震观测技术体系 SCPS，其相对于面向数字化、网络化地 震观测技术体系的 SHCPS3.0 又发生了本质性变化，人在智能地震技术系统中的作用渐 渐弱化。因此，新一代智能地震技术系统可定义为 SCPS4.0，简称地震 4.0。

2、一线工程师提出的技术期待
①缩短采集排列准备时间，以数字化的方式接收来自查线人员的反 馈信息，替代仪器操作员实现采集排列的自动、高效管 理，将对排列准备时间的缩短起到积极作用；
②提高仪器故障检测的准确性和及时性；
③提升采集设备的故障自适应能力，而实现对排列突发故障的自动化、智能化处理，提高地震仪器大规模地震数据采集的适应能力；
④采集排列的区块化管理，实现地面电子设备测试和数据采集同步进行，可大幅提高野外生产效率；
⑤仪器主机智能化功能完善，将仪器技术人员从繁重的工作量中解脱出来，提升大道数地震勘探施工的效率；

正如地震仪器发展简史中显示的，地球科学每二三十年就会发生一次大变革。而每一项重大突破的背后，几乎都有一项新技术的出现。我们深信在新一轮的技术革命中，地震监测技术体系必将迸发出更多的科学火花，推动地震科学研究的更大进步。