22年7月19日/【知识更新】

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地震科普 | 震级的高级玩家，了解一下

川渝本地消息

2022/07/18 16:47 北京市

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在地震信息的播报中，最少不了的元素就是震级了。震级是表示地震能量大小的一个量，是地震的基本参数之一。

但就是这大家习以为常的震级，其实计算起来一点都不简单，而且“玩法”很多，结果还不大一样。


“震级”这个术语自1935年提出后，便得到了广泛认可，各国和国际地震机构都根据自身的情况建立了不同的经验公式。

一个地震的震级用不同公式计算，这还怎么玩？


首先咱们要搞清楚，为啥一个震级可以由不同的公式推导，震级咋就那么特殊呢？

震级的计算它不像“距离=时间×速度”一样有唯一对应的公式，从本质来说，它同咱们学到的勾股定理、圆面积公式等等各种公式不同，计算震级依靠的是经验公式。

何为经验公式？

就是从过往数据中总结出来的，不是通过完整的理论推导而得到的函数公式。

在获得大量的地震观测数据之后，我们找到可能影响震级的测量参数，通过大量地震实例去求得地震能量和测量参数之间的函数关系。在实际推导、求解的过程中，可能会出现不止一个最优解，就会产生很多的经验公式，它们体现了地震能量与震级之间各不相同特点，因此也就有地方性震级、面波震级、体波震级等不同的震级计算方式。这些都属于传统震级。

在《 “消失”了的里氏震级 》中，我们曾经提到，传统震级有一个无法解决的痛点是“震级饱和”，为解决这个问题，因此又发展出了“没有上限”的现代震级。

现代震级

现代震级中分为矩震级和能量震级，后者与震源物理参数，即辐射的地震能量有关，用Me 表示，实质上就是用地震能量来表示地震的大小。

而作为现代震级的一种，矩震级M w 是利用地震矩（一个描述地震发生时的力学强度的物理量，类似于力矩的概念)的大小确定震级。然而求地震矩要用到地震波反演求解地震震源参数，反演的过程确实也可能指向多个解，中间也有很多不确定性。地震矩也像一盒巧克力，吃到之前它什么味儿我们也不敢打包票。


所以，我们现在为什么还要在有了传统震级三剑客后，研究人员还要发展出现代震级的类型呢？

当然是有用。


额……听君一席话，胜如一席话。

传统震级是用“单一频率”地震波（P波、S波或面波）的振幅A和周期T测定的震级。常用的有地方性震级M L 、面波震级M S 和体波震级m b 。

现代震级是用断层破裂面的面积S、断层平均位错量D、震源辐射地震波能量E S 等震源物理参数测定。

咱们常说抛开现象看本质，看看两者的差别，如果说地震波的震级和周期（传统震级）是趋向于现象的话，断层破裂面的面积、断层平均位错量、震源辐射地震波能量等参数（现代震级）则更接近于地震发生那一刻错动和破裂的本质。

与传统的震级相比，现代震级最大的“杀手锏”在于它没有“ 震级饱和”。


震级饱和

就像你无法用水银体温计去测量煮沸的开水是多少度，因为体温计测量的上限就是42度，最高显示就是42度，达到了震级饱和，无论地震的能量再大，震级也不会发生变化。


矩震级则不存在这个问题。比如，1964年的美国阿拉斯加地震，矩震级M w 达9.1，但面波震级M s 仅8.4，体波震级m b 只有6.2；2011年的日本东北地震，矩震级M w 达 9.0，但面波震级M s 仅8.3，体波震级m b 则只有7.2。大量巨震的实例都证明了传统震级的饱和现象。因此，在对待一些大震巨震时，国际上通常采用矩震级来标识地震的震级。

总结来说，矩震级M w 和能量震级M e 都是与面波震级M S “对接”的震级，当面波震级M S 没有达到震级饱和时，二者与M S 基本一致，当面波震级M S 达到震级饱和时，矩震级和能量震级，就会接过面波震级“未完成的使命”，如实反映地震的真实能量大小。

资料参考：

《震级测定技术的发展与展望》刘瑞丰

地震震级何其多！ML、Mb、mB、Ms、Mw如何区分？

来源：震知卓见