現代地震學是建立在現代地震觀測基礎上的，並在對地震觀測結果的解釋和研究過程中不斷完善和發展的科學。因而地震觀測是地震學的基礎，它在地震學乃至整個地球科學的發展中起著非常重要的作用。用儀器觀測地震，最早始於我國東漢時期。公元132年，我國東漢科學家張衡設計並製造了候風地動儀。
候風地動儀（圖片來自網絡）
候風地動儀原理動畫
（動圖製作取材於中國科普博覽相關視頻）
候風地震儀是銅鑄的，形狀像一個酒樽，四周有八個龍頭，龍頭對著東、南、西、北、東南、西南、東北、西北八個方向。龍嘴是活動的，各自都銜著一顆小銅球，每一個龍頭下面，有一個張大了嘴的銅蛤蟆，儀器的內部中央有一根銅質“懸垂擺”，柱旁有八條通道，稱為“八道”，還有巧妙的機關。候風地動儀實際上是驗震器，只能指示地震的發生，並不能像現代地震儀一樣記錄地震發生所引起的地面震動過程。它比歐洲創造的類似的地震儀早了1700多年，可惜的是東漢地動儀早已失傳，我們看到的地動儀都是後人根據史籍復原的。
敲黑板！！！
《後漢書·張衡傳》詳細記載了張衡的這一發明：“陽嘉元年，復造候風地動儀，以精銅鑄成。員徑八尺，合蓋隆起，形似酒尊，飾以篆文山龜鳥獸之形。中有都柱，旁行八道，施關發機。外有八龍，首銜銅丸，下有蟾蜍，張口承之。其牙機巧制，皆隱在尊中，覆蓋周密無際。如有地動，尊則振，龍機發，吐丸而蟾蜍銜之，振聲激揚，伺者因此覺知。雖一龍發機，而七首不動，尋其方向，乃知震之所在。驗之以事，合契若神。自書典所記，未之有也。嘗一龍機發，而地不覺動，京師學者鹹怪其無徵，後數日驛至，果地震隴西，於是皆服其妙。自此以後，乃令史官記地動所從方起。”
候風地動儀復原設計圖
現代地震觀測實際上始於19世紀末，從19世紀末到20世紀初現代地震儀的製成並安裝使用，為建立在儀器基礎上的現代地震學的研究奠定了基礎。
PS：地震儀的組成
地震儀組成
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在19世紀中葉，意大利人盧伊吉·帕爾米里（Luigi Palmieri）在對維蘇威火山的觀測中製造了一臺地震儀，它具有複雜的機械系統，也能記錄地震的時間。在1856年的首次使用中，帕爾米里藉助他的電磁地震儀通過螺旋彈簧上一物體的運動測到地面的垂直運動，並且通過在U形管內水銀的運動測到地面的水平運動。雖然帕爾米里的儀器和那個時代的其他儀器不是現代意義上的地震儀，但是它們確實能給出地震的方向、強度和持續時間，並且能對水平運動和垂直運動都有反應。
意大利地質學家帕爾米里於1856年製造的電磁地震記錄儀
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第一臺真正意義上的地震儀在1875年由意大利人菲利普·切基（Filippo Cecchi）發明，該地震儀可以記錄兩個分量（南北分量和東西分量）的地面運動，菲利普·切基的擺式地震儀放大倍數只有3倍，只能記錄強震。當時的採集記錄裝置都是模擬的。
模擬地震記錄
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地震儀發展的另外重要一步是1892年在日本取得的，當時訪日的英國工程教授約翰·米爾恩（John Milne，1850－1913）在他的帝國大學同事詹姆斯·尤因（James Ewing）和托馬斯·格雷（Thomas Gray）的幫助下，研製出記錄地震動隨時間變化的儀器，他也被譽為“地震儀之父”。這個精妙的裝置有一根加重的小棒，在受到震動作用時會移動一個有光縫（一個可以通過光線的細長縫）的金屬板。金屬板的移動使得一束反射回來的光線穿過板上的光縫，同時穿過在這塊板下面的另外一個靜止的光縫，落到一張高度感光的紙上，光線隨後會將地震的移動“記錄”下來。今天大部分地震儀仍然按照米爾恩和他助手的發明原理進行設計，科學家將繼續通過研究地殼的移動和擺錘的擺動的關聯性來探測地球的震動。該儀器十分輕便且操作簡單，因此這種有效的工作地震儀被安裝在全世界的許多地方。
現代地震儀的原理
用系在彈簧上的擺，記錄地震波運動的垂直分量，同時，用像門軸略有傾斜的門一樣擺動的擺，記錄與地震波運動方向成直角的兩個水平分量
事實上，在1897年加州的裡克天文臺內由加利福尼亞大學建立和管理的北美第一座地震臺上安裝的就是尤因的地震儀。
1906年舊金山地震時，加利福尼亞大學裡克觀測臺尤因地震儀在旋轉圓盤上記錄了地面南北方向和東西方向上的地震波動
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1889年德國地球物理學家維歇爾特（E.wiechert，1861－1928）研製了帶阻尼的地震儀，記錄信號的帶寬進一步提高。維歇爾地震儀是純機械的地震儀，通過機械柱體到記錄器（燻煙記錄），便記錄到地震波形，週期為1.4秒。兩個地震儀外觀呈圓柱形，中間各有一個巨大的“鐘擺”。地震儀左側一根細長的“鉤子”，這個鉤子就是“記錄筆”，隨著滾軸上下不停地旋轉，“鉤子”在黑紙上留下了一道道細細的白線。為何黑紙上會留下一道道白線呢？“這捲紙原本是白色的，是在經過了煤油燈煙燻的特殊處理後才變成黑色的。”維歇爾地震儀有一個保持平衡的擺錘，只要地面發生一點點“晃動”擺錘就會運動，其產生的動力也會隨之傳到“記錄筆”上，從而完整地記錄整個地震波。
大型水平向維歇爾地震儀
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1906年，俄國人B.伽利津成功地研製出第一臺電磁式地震儀，並首次引入電流計記錄。在這臺機器的設計中，他利用了19世紀由英國物理學家邁克爾·法拉第提出的電磁感應原理。法拉第的感應原理認為磁鐵磁力線密度的改變可以產生電荷。在此基礎上，格里芩製造出一種儀器，可以在感受到震動時將一個線圈穿過磁場，產生電流並將電流導入檢流計中，檢流計可以測量並直接記錄電流。電流隨後移動一面鏡子，如同米爾恩所製作的引導光線的金屬板一樣。這個電子裝置的優點在於記錄器可以放置在實驗室裡，而地震儀可以被安放在比較偏僻的的可能會發生地震的地點。
電磁式地震儀原理示意圖
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1922年，J.A.Anderson和H.O.wood設計了安德森-伍德扭力地震儀，擺的自由週期為0.8s，放大倍數為2800倍。1930年貝尼奧夫研製出變阻地震儀，放大倍數達20萬倍。
安德森-伍德扭力地震儀
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20世紀時，核能測試檢測系統的出現促進了現代地震儀的發展。儘管地震會對人身和財產安全造成巨大損失，直到地下核爆炸的威脅促使世界性的地震監測儀網絡（WWSSN）於1960年建立後，地震儀才被大規模地投入使用，在60多個國家共設立了120多臺地震儀。
現代化的野外地震儀
可放在輕便盒子裡（後面），它將數字讀數輸給計算機，計算機再將讀數轉換成通常的波形形式顯示在屏幕上
現代地震儀另一個最重要的發展是應用地震檢波器組合。這種組合，有些由幾百個地震儀組成，都連接到一個單獨的中心記錄器上。通過對不同地點產生的地震波圖進行比較，研究者可以壓制隨機干擾，提高信號的性噪比，也能提高空間採樣密度。
資源勘探中地震檢波器組合
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數字地震儀指的是使地震記錄數字化（曲線必須用數值以等間隔表示，相當於連續曲線）的地震儀。數字地震儀可直接獲得一系列數字記錄（或其它某種數據形式）取代連續記錄，採用高級數據轉換器和磁帶記錄。中國數字化地震臺網（CDSN）初期有九個寬頻帶大動態範圍數字化記錄觀測臺站。現在國家數字地震臺網是一個覆蓋全國的地震監測臺網，臺站佈局採用均勻分佈的原則，由152個超寬頻帶和甚寬頻帶地震臺站、2個小孔徑地震臺陣、1個國家地震臺網中心和1個國家地震臺網數據備份中心組成。
數字地震儀
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我國的地震儀器發展稍晚於國外，第一臺國產近代地震儀——霓式（Ⅰ型）水平向地震儀，於1943年在重慶研製成功，其設計者是著名的地震學家李善邦教授。霓式地震儀採用水平擺機械結構，記錄到了多次國內外地震，開啟了國產地震儀的大門。
霓式（Ⅰ型）水平向地震儀
第二次世界大戰後，地震儀的研究又有重要進展。運用電子放大方法大大提高了地震儀的放大倍數，從千倍級提高到數萬倍，甚至數百萬倍，觀測頻率範圍大大擴寬，遙測技術也有很大的發展。1969年由“阿波羅11號”登月飛船宇航員安放了一臺地震儀，通過地面遙感記錄裝置，得到了不少有關月球內部構造、月球運動和組成成分的信息。
地震儀不僅是觀測地震的儀器，它也是探測地球內部構造的重要手段。利用人工爆炸產生的地震波傳入地下可探測這個區域地下地層的構造。1923年美國利用此方法發現大量油田。因此，地震儀又是勘探石油、天然氣的不可缺少的工具。此外，地震儀還可以偵測地下核試驗爆炸。
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現代地震儀及內部結構
校 對：陶 琴
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