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西元132年中國人張衡發明了地震探測器──地動儀。張衡是一位東漢時期的皇家天文學家,他寫過很多書,其中一本是《渾儀》。他曾設想地球是與九個大陸一起是在無限空間的球。在中國他第一個介紹了地理上經線與緯線的交叉網路。這時,張衡還發明了渾天儀。渾天儀顯示了宇宙中各主要星球的相對位,地動儀則可預測地震發生的地區,甚為精巧。外國人德拉·奧特弗耶於1703才設計出第一台現代地震儀。這比張衡發明的古代地震儀──地動儀要晚1571年。
斷層錯動時產生的地震波,依傳播路徑可分為兩大類,即通過地球內部的實體波與沿地表傳播的表面波。依波動性質實體波又有P波(壓縮波或縱波)和S波(剪力波或橫波)兩種。表面波亦有兩種,LQ波(洛夫波)和LR波(雷利波)。
這些地震波在地球內皆有各自的傳播速度,由快而慢依次為P波、S波、LQ波及LR波。因此地震時,我們會先感覺到上下的振動,其次水平的振動,接著緩慢的水平搖擺,最後是緩慢的前上後下的搖滾振動。
真實的地震波記錄
地震發生時所引起的地盤振動可藉地震儀來觀測。最早的地震儀是後漢張衡發明的,雖然它只能測出地振動的方向,無法記錄地振動的過程,但也難能可貴。
張衡的地震儀,稱為“候風地動儀“
現代地震儀是在本世紀剛開始發明的,經過數十年不斷的改進,種類頗多,性能也越來越精良。但基本原理則無二致,即利用一懸掛物體之慣性,在地震時,地面上的一切東西都隨之運動,只有地震儀的重錘由於慣性與地動有相對運動的關係,記錄下這相對運動,然後根據單擺原理推算地振動。
地震儀慣性的原理
現代地震儀必須具備三個組件,即感震器、記錄器和計時器,因此它可以將地振動從頭到尾完整的記錄下來,供分析研究之用。
地震儀的構造
地震儀的種類主要有四種:
1.短週期地震儀,此類地震儀主要設計大多用於記錄地動速度歷時;
2.長週期地震儀,此類地震儀主要設計大多用於記錄地動位移歷時;
3.強震儀,此類地震儀主要設計大多用於記錄地動加速度歷時;
4.寬頻地震儀。
由於記錄上同時有時間記號,我們可以從記錄上讀取各種地震波的到達時間、振動周期和振幅。根據不同地點的地震記錄上之地震波到達時間,我們便可以推算震源位置與發震時間。同時地震波形記錄包含了震源破裂過程、震波傳播路徑及測站地下地質的訊息,因此可藉地震波形記錄之分析,來研究震源特性及地層構造。地振動的頻率內涵、振幅和持續時間與結構物是否會受損有很大的關係,仔細研究各地的地震波形記錄,對結構物的耐震設計有相當大的助益。