地震震級測量方法知多少？

圖文/外查德

大家在看到地震消息的時候，通常都能看到，地震發生在不同時間不同地點也有著不同的大小，地震的大小用什麼來衡量呢？那便是震級了，但是關於震級，你知道它是怎麼測量出來的嗎？

無論是從科學的角度，還是從社會需求的角度，衡量地震的大小都是一件意義重大的基礎性工作。

一般來說，地震的震級是通過測量地震波中的某個震相（如P波、S波、面波）的振幅來衡量地震相對大小的一個量，它是由日本的和達清夫和美國的裡克特在20世紀30年代提出和發展起來的。

紅色部分就是振幅了，就是最高和最低的啦。

至今為止，最基本的震級測量方法有4種：

近震震級ML，（M的意思是Magnitude，即能量，L代表local）

體波震級mb，（body wave magnitude，b代表體波body wave）

面波震級Ms，（s代表面波，surface wave）

矩震級Mw。（Moment Magnitude。）

地震波的波序

為啥一個地震能有好多種震級的表示呢？我們簡單來說，一是對地震能量波測量的類型不同，二是測量震級的儀器不同，於是就出現了好幾種震級的表示方法，下面我們來仔細說一說這四種主要的震級是如何測量出來的。

01

近震震級ML

這個震級測量方法最早是由美國地球物理學家裡克特1935年提出的，當時裡克特正在考慮推出美國加州地區的第一份地震目錄。

而由於加州地區是一個多地震的區域，因此這份目錄一定會包含從無感地震到1906年4月18日加州舊金山大地震這樣的強烈破壞性地震。所以，必須建立基於客觀測定方法來測定地震大小。最終經過大量震例的試驗，裡克特提出了任一地震的地方性震級ML的計算公式為：

式（1）

其中ML為近震震級，為任意一個地震的最大振動幅度，而為參考地震事件的最大振幅。後來裡克特為了便於其他地震研究人員使用，就把它定義為地方性震級的量規函數，詳細規定了在不同震中距時的具體數值。從而使其他研究人員在遇到地震時，只需要測定這個地震的最大振動幅度再計算就可以有式（1）得到近震震級ML。

有時候這一測量地震震級的方法也被稱為裡氏震級。甚至現在一旦發生地震，新聞媒體還稱「裡氏震級」。其實主要是用來紀念裡克特在地震震級測定方面做出的巨大貢獻。

02

體波震級mb

由上面的分析我們可以看出，近震震級ML測定方便，易於使用。但是，在使用過程中人們發現近震震級ML不適用於遠震（即震中距大於600千米的地震）。因此裡克特和著名地球物理學家古登堡一起發展了採用體波（P波）測定震級，因而稱為體波震級mb，其計算公式為：

式（2）

式中A是P波前幾個周期中最大的地動位移，以微米計量，T是相應周期，以秒為部門；Q(，h)是量規函數，其目的是為了對震中距和震源深度對地震震級測定造成的影響進行校正。這個函數各國地震學家已經根據各國不同情況給出了表格，可供地震研究人員查詢使用。

因此如果在某地發生震中距離超過600千米的地震時，地震研究人員只要測定P波前幾個周期中最大的地動位移A及其對應的周期T，並計算出lg(A/T)，同時從本國地震研究權威機構查詢得到Q(，h)。就可以將其帶入式（2）計算得到體波震級mb。

3

面波震級Ms

1945年古登堡將測定的近震震級ML的方法推廣到遠震。而在遠震記錄圖上，振幅最大的是面波，因此利用面波來測定地震震級，顯然更容易得到最優結果。不過由於面波持續時間長，波列複雜，因此有很多個周期。這樣我們利用不同周期的面波測定的地震震級就會有不同的結果。卡爾尼克等人經過大量研究前人的成果，最終得出了目前廣泛使用的測定面波震級Ms的公式：

式（3）

其中A為面波最大振幅、T為面波最大振幅對應的周期，為震中距。

因此，如果要想測定2000千米至14000千米以外發生的地震的震級，就可以用面波震級。其測定方法就是測定面波最大振幅和其對應的周期，並測定其對應的周期，然後取對數；再加上震中距取對數以後乘以1.66；求出前兩項之和以後，再加上3.3就可以測定其地震震級！

4

矩震級Mw

雖然以上的近震震級ML，體波震級mb和面波震級Ms可以計算距離不同的地震震級。但是，1960年代後期，地震學家研究全世界的地震年發生頻次與面波震級Ms的關係時發現，缺失震級超過8.6級大地震。但是1964年3月28日發生的美國阿拉斯加大地震，利用面波測定的地震震級只有8.4級，但是其造成的地表破裂長度竟然達800千米。這遠遠超過8.4級地震能夠形成的最長地表破裂長度。因此地震學家根據以上的種種觀測事實，推斷出面波震級有震級飽和現象。

通俗地說，就是面波震級這個尺子最大只能量取8.6級以下的地震。超過8.6級它就沒法量取了！

那麼面對超過8.6級以上的地震，我們怎麼量取呢？其實，就是從以上1964年3月27日美國阿拉斯加大地震出發，既然地表岩石破裂長度可以作為表徵地震能量釋放的一個物理參數，那麼就可以從地震引起的岩石破裂等狀況來測定地震震級。

1977年美國加州理工學院地震學家金森博雄教授就根據以上的想法提出了矩震級Mw的概念。

其中的「矩」類似於物理學中的力矩的概念。因此，要想計算矩震級Mw必須首先計算地震矩：

式（4）

其中表示介質的剪切模量，可以由當地的地質學家給出；表示平均位錯量，A是破裂面積，這兩個量都可以通過衛星或實地考察等測定。

而有了地震矩就可以計算矩震級Mw了，其計算公式為：

式（5）

即只要我們知道了地震矩M，那麼只要對他取對數，然後再減去9.1，乘以2/3,就可以計算矩震級Mw了。

這個震級最大的好處就是，它是基於力學來計算的，因此它沒有飽和的問題。即它是一把可以測量任何地震的能量釋放大小。而不管其是大地震還是小地震，也不管它是遠震還是近震，更不管它是淺源地震還是深源地震。同時還可以和近震震級ML，體波震級mb，面波震級Ms進行很好的銜接，也是國際地震學界優先推薦的震級！

這就是常見的幾個地震震級測量方法了，現在你了解為什麼不同國家對同一地震報告有所區別了嗎？可能是因為各國使用的測量方法不同呀！

什麼？您還想知道為啥矩震級寫出來是Mw，英文卻不是縮寫成Mm，因為Mw是描述地震的物理特性，而不是針對振幅的測量。

本文轉載自：地震三點通

TAG: |