Seismogramm: maavärina salvestus, seismomeetrid ja analüüs
Seismogramm: kuidas seismomeetrid salvestavad maavärina liikumist, digitaalne analüüs, mõõtmised ja tõlgendused — põhjalik juhend seismograafia ja maavärina hindamise kohta
Seismogramm on maavärina põhjustatud liikumise salvestus mõõtejaamas aja funktsioonina. Seismogramme tehakse tavaliselt seismomeetritega. Seismomeetrid registreerivad liikumist kolmes kartoteesiteljestikus (x, y ja z), kusjuures z-telg on risti maapinnaga ja x- ja y-teljed on maapinnaga paralleelsed.
Ajalooliselt salvestati seismogramme paberile, mis oli kinnitatud pöörlevate trummlite külge. Mõned kasutasid tavalisel paberil pliiatseid. Teised kasutasid valguskiirte valgustundliku paberi eksponeerimiseks. Tänapäeval salvestatakse peaaegu kõik seismogrammid digitaalselt, et lihtsustada arvutiga analüüsi. Seismogrammid on väga olulised maavärinate mõõtmisel Richteri skaala abil.
Kuidas seismogrammid tekivad
Maapinna kiire liikumine tekitab seismilained, mis levivad läbi Maa ja mööda selle pinnast. Peamised lainetüübid on:
- P-lained (primaarlained) — kiireimad, langevad esmalt sisse;
- S-lained (sekundaarsed) — aeglasemad, tekivad pärast P-laineid ja liiguvad ainult tahkes keskkonnas;
- pinnalained (nt Rayleigh ja Love lained) — levivad mööda pinnakihti, sageli põhjustavad suurimat kahju pindu tabades.
Seismogramm näitab nende lainete saabumisaegu, amplituude ja sageduskomponente, mis annavad infot sündmuse kauguse, energiaväljundi ning maapinna reaktsiooni kohta.
Seismogrammi osad ja tõlgendamine
- Saabumised: P- ja S-laine saabumisi otsides saab määrata S–P vaheaja, mis aitab hinnata sündmuse kaugust seadmest.
- Amplituud: laine kõrgus, mida kasutatakse energia ja suuruse (magnitude) hindamiseks.
- Sagedussisu: madala sagedusega komponendid tulenevad sügavamast energiast ja pinnalainedest; kõrge sagedus näitab lähisündmusi või teravamat impulsseid allikaid.
- Mitme komponendi võrdlus: kolme-teljeline seismogramm võimaldab eristada vertikaalseid ja horisontaalseid liikumisi ning tuvastada laine tüüpe.
Salvestus ja tehnoloogia
Tänapäeva seismomeetrid on digitaalsed ja pakuvad suurt dünaamilist ulatust ning kõrget proovinumbrit (näiteks kümned kuni tuhandid proovimisi sekundis, sõltuvalt rakendusest). Olulised tehnilised aspektid:
- Proovimise sagedus (sampling rate) — määrab maksimaalse registreeritava sageduse;
- Instrumenti vastus (instrument response) — seade moonutab tõelist signaali; töötluses tuleb see dekonvolveerida, et taastada tegelik maapinna liikumine;
- Andmeformaatid — levinud on miniSEED, SAC, SEED ning metaandmete ja sündmuste edastuseks QuakeML;
- Juhtimise ja võrgud — seismogramme koguvad üksikinstrumendid ning tihedalt seotud võrgud, mis võimaldavad sündmuste täpset lokaliseerimist ja võrdlust.
Andmete töötlemine ja analüüs
Seismogrammide analüüs hõlmab tavaliselt järgmisi samme:
- detrending ja keskmise eemaldamine (baseline correction);
- filtreerimine (madalpäsifilter, kõrgpäsifilter või bändpäsifilter) mürataseme vähendamiseks ja huvipakkuvate sageduste esiletõstmiseks;
- instrumenti vastuse eemaldamine, et saada reaalsed kiirendus-, kiirus- või nihkeaajad;
- sõltuvatest jaamadest saabuvate saabumiste võrdlemine S–P aegade ja travel-time kõverate abil sündmuse lokaliseerimiseks;
- magnituudi hindamine (tänapäeval kasutatakse sagedamini momentmagnitude (Mw) süsteemi, kuid ka Richteri skaala mõiste on levinuim rahvapärane viide).
Kasutusalad
- Maavärinate tuvastamine ja lokaliseerimine — kiire hoiatamine ja teaduslik uurimine;
- Seismiline tomograafia ja Maa siseehituse uurimine — lainekiiruste alusel saab järeldada materjalide omadusi;
- Ehitus- ja inseneriseismika — seismogrammid aitavad hinnata hoonete ja infrastruktuuri reaktsiooni maaväringutele;
- Tsunamihoiatus — merel tekkinud tugevaid sündmusi jälgitakse kiiresti, et prognoosida võimalikku tsunami teket;
- Nukleaarkatsete monitooring — eristatakse loodusseaduslikke sündmusi ja kunstlikke allikaid.
Kuidas lugeda lihtsat seismogrammi
Mõned praktilised sammud algajale:
- Leia esimene terav suurem impuls (P-laine saabumine);
- Leia järgnev suurem lainetus (S-laine);
- Mõõda S–P ajavahe — see annab ligikaudse kauguse sündmusest; täpseks lokaliseerimiseks on vaja andmeid mitmelt jaamalt;
- Vaata amplituudi ja sagedusspektrit, et hinnata sündmuse energiat ja iseloomu.
Mürad ja väljakutsed
Seismogrammid sisaldavad sageli taustmüra (inimtegevuse müra, tuule, lainete ja muude allikate tekitatud mikroseismid). Hea andmetöötlus ja instrumentide paigutus (nt varjatud ja semipermanentsed paigaldused) aitavad müra vähendada. Lisaks on oluline instrumentide regulaarne kalibreerimine ja metaandmete hooldus, et tagada salvestuste usaldusväärsus.
Seismogrammid on seega põhiline tööriist nii uurijatele kui ka riskihaldajatele — õigesti töödeldes ja tõlgendades annavad need väärtuslikku informatsiooni Maa liikumiste ja sündmuste kohta.


Sylmar085 maavärina seismogramm gravitatsioonikiirenduse osades, UCSD.
Otsige