再谈，里氏震级——神棍们的数字游戏。

霁雪

转载 为什么美国与中国报的芦山地震的震级不同？  原著科学网嵇少丞

霁雪按：我在前年刚到本坛的时候，发了一篇“里氏震级——神棍们的数字游戏”。感谢广大网友对我那篇帖子的理解和支持。这几天看到科学网上，嵇少丞教授的博文，不禁又回想到以前的那篇帖子。

【科普】为什么美国与中国报的芦山地震的震级不同？

  4月20日发生的四川雅安芦山地震，中国国家地震局先速报为5.9级，然后改为7.0级，而美国地质调查局始终报为6.6级。同样，2008年5月12日发生的汶川地震，中国国家地震台网最早报的震级是“7.6级”；之后国家地震台网中心又将震级修订为7.8级， 6天之后，干脆升级为8.0级。美国地质调查局（USGS）在汶川地震后约10分钟公布的汶川地震震级为7.9级，自始至终没有再修改过，汶川地震的USGS这个震级得到国际地学界较普遍地采用。

  中美两国报的芦山地震的震级为啥不一样？有人说差异是由于地震震级计算标度不同造成的，美国地质调查局使用能量基础的矩震级，而中国还在沿用历史的面波震级。

  震级是衡量地震能量释放多少即地震大小的标度。

   目前，最基本的震级标度有4种：矩震级MW，近震震级（ML）、体波震级（Mb和MB）和面波震级（MS）。中国地震局系统过去一直采用面波震级Ms（国家标准GB17740-1999），这样做不仅不太科学（见图1）、更不与国际接轨，报出的震级在民众中常造成疑惑。作为体系外的我，不清楚地震局系统为什么要一直或还要继续使用面波震级呢？震级是地震的基本参数，不宜人为的修改。

1. 矩震级（Mw）

  最具科学性的震级标度是矩震级Mw，它的适用范围从>3.5级到无限制，无震级饱和问题。，震级>3.5。矩震级是反映地震断层错动程度的一个物理量，它等于断层面的面积S、断层面的平均位错量和断层岩石剪切模量μ的乘积。地震的矩震级，既可由地震波记录反演计算获得，也可从野外测量断层的平均位错、破裂长度、实验室内测量的岩石剪切模量以及从等震线的衰减或余震推断的震源深度计算出来。1960年智利大地震是Mw9.5级，1964年阿拉斯加威廉王子海湾大地震是Mw9.2级，1957年阿拉斯加安德列诺夫岛大地震是Mw9.1级， 2004年12月26日印尼苏门答腊以西海发生的、引发海啸冲击了印尼、斯里兰卡、印度、泰国、孟加拉国、马尔代夫、索马里、马来西亚、缅甸、坦桑尼亚、塞舌尔、肯尼亚等印度洋及其沿岸十几个国家，死亡人数超过28万的大地震是Mw9.0级。2008年5月12日四川汶川地震是Mw7.9级，1976年唐山地震是Mw7.5级，2013年4月20日芦山地震是6.6级。


2. 近震震级 (ML)

   地震仪离震中应不大于400 km，ML 的应用范围界于2－6级，最多不能到6.8级，否则就饱和了。在美国南加州地区，近震震级可由Wood-Anderson Torsion仪器测定的周期 1 s 近震S波的振幅（以微米计）和震中与地震仪之间的角距计算出来。对于小于6.3级的地震，近震震级总是大于矩震级（图1）。



图1. 不同震级之间的差别（与Mw相比)。黄区内，M<Mw；绿区内M>Mw.改自Utsu(2002)。 由图看，Ms是不太客观的震级标度。











3. 体波震级(Mb或MB)

由P波振幅计算出来的震级为体波震级。深源地震（<300 km）的面波不强，故体波震级更适用于标量深源地震的震级。用周期1 秒左右的P波振幅计算出来的震级叫Mb,而用周期5－15秒的P波振幅计算出来的震级叫MB。MB总是大于Mb（图1）。Mb从5.5级就开始饱和，到了6.0级就完全饱和。从图1可以看出，在震级5.0级左右，Mb总是比Ms更接近于Mw。

4. 面波震级 (MS)

面波震级(MS)是指根据Rayleigh面波垂直分量的振幅计算出来的震级,由周期20 秒附近（Airy Phase） Rayleigh面波的垂直分量的振幅（以微米计）和震中与地震仪之间的角距计算出来。MS从7.25就开始饱和，到了8.0级一般就会完全饱和。所以，面波震级的应用范围界于5－8级，Δ界于20o－180o。原则上说，面波震级不适用震级小于5级的地震。如图1所示，对于小于6级的地震，使用面波震级不可避免要低估地震的实际震级（即矩震级Mw）。

中国各省地震局所报道的震级一般都是面波震级Ms（国家标准GB17740-1999）。细心的人或许已经发现，中国地震局所报的中小地震（小于6级）的震级总是比国外（例如，美国地质调查局USGS）所报的要低零点几级。例如，2008年6月18日的四川省石棉地震，国外报的是4.6或4.7级（Mb或Mw，图2），而中国报的是4.2级（Ms）。小于5.5级的地震一般不会造成太大的人员伤亡和财产损失，采用面波震级虽然可以人为地把震级报低，从而达到稳定民心、让民众安心生产、放心生活的目的，但是这样做中国的震级数据就不和国际接轨了，缺少直接的对比性。


  一次造成人员伤亡和财产重大损失的强震之后，各地地震局人员往往会对其速报震级进行校定，经校定后的震级往往比国外测定的高些。例如，1976年7月28日的唐山地震，中国说是7.8级（Ms），国外地震学家说它7.5级（Mw）。2008年5月12日的汶川地震，中国国家地震台网中心最初给新华社报的震级是“7.6级”；之后国家地震台网中心又将震级修订为7.8级。2008年5月18日，国家地震台网中心又将汶川地震升级为8.0级。美国地调局在汶川地震后约10多分钟公布的汶川地震震级为7.9级（Mw），从此之后就没有再修改过，USGS这个震级得到国际地学界和专业文献的普遍地采用。2010年04月14日的玉树地震，中国地震局公布的震级是7.2级，后又改回7.1级；美国地质调查局公布的是6.9级地震。这次芦山地震开始速报5.9级，后来改成7.0级，而美国地调局报的6.6级。


中国地震部门对发生在中国本土的地震震级进行修订，往往被人诟病，以为震级是令人打扮的少女。有人说，地震灾区当地领导喜欢地震监测部门把已经造成人员伤亡和财产重大损失的地震的震级报高，一是能得到高级领导的重视，更多的获得社会同情和救灾援助，还可以推卸建筑质量与工程问题的责任。






图2. 2008年6月18日的四川省石棉地震的Mb震级




图3. 发生于1904－1992之间的等于或大于Ms8.0级大地震的数据。


    地震的基本参数除了震级外，还包括（微观）震中位置、震源深度、发震时间等。汶川地震的震源深度，中国国家地震台网中心最初速报的是33公里，随后正式公布的是10公里，2008年6月26日下午中国地震局地质研究所领导在北京人民大会堂代表国家地震局向全国人大常委会汇报，把震源深度定为14公里；后来有关专业文献中有定为18.6公里。美国地质调查局自始至终报的震源深度都是19公里。2010年04月14日07时49分的玉树地震，中国国家地震台网中心先报的震源深度33 公里，恰好和2008年的5.12汶川地震的一样深。美国地调局报的是10公里。正如我在玉树地震震后一个小时写的博文（《青海玉树地震的背景情况》（http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=311826）

中所讲的，震源不可能是国家地震局报的33公里，报的人对青藏高原地壳厚度和其流变结构不甚了解，即使没有地震波数据，也不能报出这个震源深度来。造成上述情况的原因主要如下：在地震监测方面，出现“电脑代替人脑”的情况，同时，中国自动化地震监测的仪器故障率高、不少台站形同虚设，不能正常连续工作。地震监测人员的事业心和技术素质偏差，遇到问题不能自行解决，纪录数据质量较差。

   今后中国地质地球物理学家在国际上发表论文也都会用Mw6.6级而不是7.0级去描述芦山地震，正如他们在所有英文发表的SCI论文中都用Mw7.9级而不是8.0级去形容汶川地震一样。这就是事实！这就是人为拔高震级的尴尬，其结果连自己国家的专家学者都不承认。



本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-51597-682355.html

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以下是部分网友的评论。
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[57]jawa  2013-4-22 15:02
嵇老师，请教个问题。就是同是矩震级，各个地方测的都不一样，如何取舍，或者归一化，例如芦山地震，我看wiki，The magnitude of the earthquake was placed at Mw 7.0 by Geoscience Australia, Mw 6.6 by the United States Geological Survey (USGS), Mw 6.6 by the European Alert System (EMSC) and Mj 6.9 by the Japan Meteorological Agency (JMA)...

[53]刘瑞亭  2013-4-22 09:47
地震级别地报道应该实事求是，不应该考虑民众的心态，测试结果是多少就是多少，不会因实测时报带来恐慌

[52]liyuzong  2013-4-22 09:43
老师说的这些，我们课堂上都学习过。至于说设备故障率高，等这些原因课堂上老师们也经常提到，确实存在这些问题。至于说行业内为什么不使用矩震级，我想，中国的地震研究和美国还有差距，使用矩震级对中国来说，如果出现误报，这将是一件十分尴尬的事。

[49]黄俊  2013-4-22 07:52
不乏伪科学论？真实数据往往深藏不漏，出来的往往是修饰过的数据，即伪科学！！！

[48]yuelushan1  2013-4-22 07:44
45楼的看法不对。如果要解散中国地震局，就相当于要解散USGS了。

恰恰相反，应该极大地增加地震经费，减少不必要的行政经费，把地震经费同行政经费的比例颠倒过来。

当务之急是把国家地震研究工作的中心从北京等大城市转移到地震高发区的第一线去，如同美国的USGS的主要力量放在加州和西海岸一样。中国的地震科学家们应该去四川云南新疆建立基础研究中心，配合开发中国西部，地震经费应该有意识向这些地震高发区地区转移。城市老爷部才子佳人部的面貌应该改变一下了。

秦四清同学如果想在地震领域里有所作为的话，也应该离开北上广，走向地震第一线，去实际的领域里看看地震是怎样发生演化的。靠有限元计算得不到下一次地震的发生时机的。

[46]郝炘  2013-4-22 05:18
这也是我曾经疑惑的问题：
http://blog.sciencenet.cn/blog-714-314899.html
有人评论告知是因为国内用Ws震级。嵇老师解释得更清楚，谢谢！


[41]陈冬生  2013-4-21 22:21
有点复杂
博主回复(2013-4-21 23:01)：今后中国地质地球物理学家在国际上发表论文也都会用Mw6.6级而不是7.0级去描述芦山地震，正如他们在所有英文发表的SCI论文中都用Mw7.9级而不是8.0级去形容汶川地震一样。这就是事实！这就是人为拔高震级的尴尬，其结果连自己国家的专家学者都不承认。


[39]roycechen  2013-4-21 21:06
根据地震学家嵇少丞的通俗说法，一根三股拧在一起的绳子，突然断了其中一股，还要拉与原来一样大小的力，未断的那两股上于是就多了一份附加的载荷，这一份附加力很可能就成为“压死骆驼的最后一根稻草”。换句话说，本来还需积聚若干年才能达到发震（岩石发生脆性破裂或摩擦滑动）的临界剪切应力，由于5.12汶川大地震及其后的众多余震多了一份附加力而提前达到了。所以，潜在孕震区就是附加力较高的区域,应成为今后几年重点的防范区域，而绝非什么“安全地带”。
博主回复(2013-4-21 21:09)：对的

[37]raowufam  2013-4-21 20:51
关键是，地震道底算几级。地震局自己做不了主啊，得听党委批准的。

[36]田兵伟  2013-4-21 18:46
顺便提一下，日本一般报的时候都是用震度，这个应该是烈度吧，他们都是把每个村镇的震度标出来，而不是只报一个震级和震源深度。


[31]黄天明  2013-4-21 17:23
2013年4月20日四川雅安芦山6.7级地震震源破裂过程反演初步结果.[http://www.igg.cas.cn/xwzx/zhxw/201304/t20130420_3823903.html]

[29]cumter  2013-4-21 15:55
赞科普啊！！！支持博主多写博客。另外内容中一点点笔误，深源地震是>300km, 不是<300km. 再请教一下，博客中多次提到震级的饱和，请问这里的饱和怎么理解和定义呢，谢谢！

[28]biofans  2013-4-21 13:32
》》[17]zdzszl  2013-4-21 12:04 我们只会玩数字游戏。但仪器总有坏的时候，关键看心在不在，心不在，啥仪器只不过是摆设。地震不可预报这没办法，但我们的砖家明知不可预报却胡乱猜测、妄下结论，这跟算命的有啥区别。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~··
秦四清就是代表。

[27]biofans  2013-4-21 13:29
》》中国地震部门对发生在中国本土的地震震级进行修订，往往被人诟病，以为震级是令人打扮的少女。有人说，地震灾区当地领导喜欢地震监测部门把已经造成人员伤亡和财产重大损失的地震的震级报高，一是能得到高级领导的重视，更多的获得社会同情和救灾援助，还可以推卸建筑质量与工程问题的责任。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
公开的秘密。

[26]biofans  2013-4-21 13:27
>>采用面波震级虽然可以人为地把震级报低，从而达到稳定民心、让民众安心生产、放心生活的目的，但是这样做中国的震级数据就不和国际接轨了，缺少直接的对比性。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
故意为之。

[21]yao101yao  2013-4-21 12:40
领导是神，他说的就是真理

[20]blackrain007  2013-4-21 12:32
支持老嵇这篇文章里表现出的科学态度。顶一下并推荐！

[19]祁生文  2013-4-21 12:15
其实矩震级Mw避免了震级饱和，概念很清晰，为何不采用，非得采用MS呢？这也是特色？

[18]祁生文  2013-4-21 12:14
其实矩震级Mw避免了震级饱和，概念很清晰，为何不采用，非得采用MS呢？这也是特色？

[17]zdzszl  2013-4-21 12:04
我们只会玩数字游戏。但仪器总有坏的时候，关键看心在不在，心不在，啥仪器只不过是摆设。地震不可预报这没办法，但我们的砖家明知不可预报却胡乱猜测、妄下结论，这跟算命的有啥区别。

[15]心静如水  2013-4-21 12:00
赵明老师发的如此这般的北大教授沈正康称相关地区4000年内无大地震，就应该判刑！
说着说着余震就来了

[13]柴建峰  2013-4-21 11:48
确实，一个震级都定不准，还能搞啥呢。

[12]柴建峰  2013-4-21 11:47
中国地震部门对发生在中国本土的地震震级进行修订，往往被人诟病，以为震级是令人打扮的少女。有人说，地震灾区当地领导喜欢地震监测部门把已经造成人员伤亡和财产重大损失的地震的震级报高，一是能得到高级领导的重视，更多的获得社会同情和救灾援助，还可以推卸建筑质量与工程问题的责任。=========================
确实，一个震级都定不准，好能搞啥呢。

[11]张学文  2013-4-21 11:43
中国地震局不会、不许预报地质，难道自己也不会读数？

嵇少丞

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lhkcc58

老太太好啊。
我刚刚发现论坛恢复了。

霁雪

回复 2# lhkcc58

哎呦，斑竹终于出现了。给你的邮箱发了好多次邮件，都不见回音。我都有点后怕，要不教授被河蟹了？

lhkcc58

回复 3# 霁雪


    已经是在全网黑名单了，不知道算不算河蟹了。
我在百度民科吧发了一个帖子《地震论坛恢复了》，立刻就被删掉，几乎是发帖同时。

霁雪

回复 4# lhkcc58

原来混到“民科”吧去了，刚才去兜了一圈。似乎还是个有点意思的地方。比这里的范围广一点。

lhkcc58

回复 5# 霁雪


   那里 成不了气候吧主乱删贴。

霁雪

回复 6# lhkcc58


    我对百度一直没有好感。好像都是一点挺嫩的毛头。有代沟。