戏说“里氏震级”

山水如屏

地震的震级是通过测量地震波振幅来衡量地震相对大小的一个量。或许在旁人看来，对未来可能发生的地震进行预测是科学难题，对于已经发生的地震进行测定应该是囊中取物很简单的事情，实则不然。你可以对一个地震学家说“地震学最基本的两个问题（另一个是震源深度）搞得都不好！”，通常情况下他是无言以对的。 尤其是震级的问题，怎一个“乱”字了得！

    说到震级，网上出现最多的就是“里氏震级”这个词，大家搜到的一般都是下面这段文字：
“里氏震级”反映的是地震释放出来能量的大小，按几何倍数增加，地震每相差两倍，能量释放则相差1000倍，每级之间相差31.6倍。其中一级地震释放能 量为2.0×10^6焦耳，二级地震释放能量为6.3×10^7焦耳，三级地震释放能量2.0×10^9 焦耳，八级地震释放能量6.3×10^16 焦耳。
　　有时为了更便于形象理解，有人将地震震级与TNT当量进行了换算。所谓TNT当量一般是指核爆炸时所释放的能量相当于多少TNT炸药爆炸所释放的能量。1级地震相当于30磅TNT当量，2级地震相当于1吨TNT当量，3级地震相当于32吨TNT当量，4级地震相当于1千吨TNT当量，5级地震相当于 32千吨TNT当量，6级地震相当于10万吨TNT当量，7级地震相当于320万吨TNT当量，8级地震相当于10亿吨TNT当量。

    我们通常说“震级”反映的是地震释放出来的能量大小，这种表述严格来说是有问题的。目前各种计算震级的方法都是通过测量地震波中某个震相的振幅来确定，然而一次地震不仅仅释放机械能，还要产生热能、电磁能、光能、声能等等。而且机械能部分也不都转化为地震波，像山体抬升、海啸等等运动释放的能量都是地震学方法无法测算的。所以严格来说震级反映的是地震释放的地震波能量大小，通常情况下我们用它来估算地震释放的能量大小。

    震级的优点之一是简便易行，尤其是地方性震级可以直接由地震图上测量得到的,无须进行繁琐的地震信号处理和计算。二是通俗实用。它采用数量级为1 的无量纲的数来表示地震的大小,简单明了,易为公众理解和应用。但事物都有两面性。作为对地震大小的一种量度，震级最初的定义方式应该说有相当的任意性，相应也带来两个明显的缺点：

    1、震级标度完全是经验性的,与地震发生的物理过程并没有直接的联系,物理意义不清楚。譬如说面波地震震级 MS计算公式为：MS = lgA + B (Δ)
式中A 是面波〔一般是瑞雷(Rayleigh) 波的水平向〕最大地动振幅，B为量规函数。然而通过对振幅A 取对数是不符合物理学中量纲规定的。（我们只能对无量纲的量求对数，谁知道长度取对数是什么单位？ ）

    2、测定结果的一致性存在问题。对同一个地震来说，不同地震台网测定的结果往往不同；即使同一台网，用不同的计算方法也可以有好几个震级结果。譬如里氏震级规定“在距离震中100千米处之观测点用伍德-安德森扭力式地震仪地震仪记录到的最大水平位移为1微米的地震作为0级地震”。而面波震级则取20s周期〔一般是瑞雷(Rayleigh) 波的水平向〕最大地动振幅进行计算等等，这样就产生了里氏震级（ML）、面波震级（Ms）、体波震级（mb）及矩震级（Mw）等等。尽管有ml=(ms+1.08)/1.13 这样的经验公式，严格来说它们相互之间并不能进行换算。

    打个比方，假如我们想表示一个人的强壮程度，可以考察其力量、耐力、速度、肺活量以及肢体粗壮程度等等，每一项数值只能从某一角度大致反映情况。里氏震级、面波震级、体波震级等等就相当于这些具体测项。而矩震级方法就相当于“十项全能”，更体现科学性，但是计算一次比较麻烦（巨大地震的矩震级往往要一个多小时才能计算出来），而且不适用于小地震，所以其它震级测定的方法还得保留，于是地震学界就出现几种震级标准长期并存的局面——够乱吧？

    更乱的还在后头，“里氏震级”已经成了地震学家颇为尴尬的一个词。前面提到的4种常用震级中，我国习惯使用面波震级，而美国往往较多地使用体波震级或矩震级，它们都不是“里氏震级”，但是媒体都喜欢在震级前面加上“里氏”二字，觉得这样显得更“专业”些 ，事实却恰恰相反。严格来说，只对于美国加州地区发生的地震，并用伍德-安德森扭力式地震仪测量得到的才叫“里氏震级”。现在伍德—安德森地震仪早已停测，各国地震学家有时候为了保持地震记录的对比和延续性，仍然通过现代化仪器的模拟仿真换算出里氏震级，但是物理意义已经大不一样了。我们与美国同行交流的时候，他们也对目前媒体报道中这种混乱局面无可奈何。所以对于新闻报道中的里氏震级，干脆叫做“媒体震级“更恰当些。

    电影《非诚勿扰2》中有句台词：“婚姻怎么选都是错的，长久的婚姻就是将错就错。”   类比我们可以夸张地说，震级怎么定都是错的，里氏震级就是将错就错。

山水如屏

补充一下，上文中提到的“里氏震级”ML，准确来说应该叫做“地方性震级”（local magnitude）。

另外附上陈运泰院士所著《地震的震级》一文，供感兴趣的网友参考。 地震的震级.pdf (555.82 KB, 下载次数: 102)

2011-6-21 17:12 上传

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小黑鸡

学习了，强烈建议霉体改错，以后改报“面波规模X级”、“矩规模X级”。
不过要是有个能够更客观地表示所有地震（不管深源还是浅源、也不管角度、也不管大小）释放能量的面向能量的震级就好了。不知想法是否幼稚？

山水如屏

回复 3# 小黑鸡


    不过要是有个能够更客观地表示所有地震（不管深源还是浅源、也不管角度、也不管大小）释放能量的面向能量的震级就好了。不知想法是否幼稚？
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    并不幼稚，后来提出的矩震级就是想解决这样的问题（没有理论上限），而且现在美国人正在推M震级，试图将几种震级体系统一起来。
    其实最初前人用振幅大小来测定震级，并不是一个很科学很完美的方案，但是一直沿用保留到现在，去之不易。就像我们的键盘上那些字母的排列位置一样，也是继承里前人方案，却不是最佳方案。
    让媒体改错也不容易，现实生活中很多误解都是以讹传讹，比方说替孝庄起名“大玉儿”，现在都改不过来了。

pbs

几种震级一起用也不是个坏事。

山水如屏

回复 5# pbs

几种震级一起用也不是个坏事。
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学术界也有这样的观点，有人就建议同时给出不同方法测定的震级，放在那里谁喜欢用什么就用什么。就像田径比赛有十项全能项目，也要有跑、跳的单项。

这样做最主要的问题就是担心公众会无所适从，对大多数人来说，他们只是想简单了解一下这个地震有多“大”，对具体的方法并不感兴趣。

山水如屏

回复 5# pbs


    笔者曾经问过一个地震前辈，为什么中国地震台网选用的是面波震级？答曰：面波震级标度Ms比较适用于从远处（震中距大于1000千米）测定浅源大地震的震级，比较符合我国的地域特征，不同台网的一致性也比较好。另外还有一个明显优点就是操作简单，尤其是十几年前省局人员技术水平不高的情况下，推广矩震级勉为其难，而面波震级的测算比较简单容易推广。
    其实还拿体育竞赛举例子。尽管大家都认为十项全能项目能够比较全面地反映运动员的综合身体素质，但日常生活中随便找出两个人，一个骨瘦如柴一个体壮如牛，并不一定非得举行个运动会让他们全面竞赛一番才可以说谁身体更好。

小黑鸡

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    笔者曾经问过一个地震前辈，为什么中国地震台网选用的是面波震级？答曰：面波震级标度 ...
山水如屏 发表于 2011-6-21 22:33

科网某专家和地震吧的一些人认为国家用面波震级是为了把震级人为降低，避免恐慌 。当然小黑鸡知道，标度不同，数值当然会不同，不过前述“阴谋论”在地震吧还是比较盛行的，以至于国内哪震了，就把CENC与NEIC的数据拿出来比较说国家报低了。搞得哭笑不得。

小黑鸡

几种震级一起用也不是个坏事。
pbs 发表于 2011-6-21 21:55

中国地震台网地震目录就给出了多种震级。Jopens速报系统也给出多种震级，点击“参考地名”后面的“震相总数”（括号括起来的数字），就可看到多种震级。部分地方局网站也给出地方性震级ML和面波震级Ms，虽然有些估计是换算的。

山水如屏

回复 8# 小黑鸡


    我们国家给出的面波震级的确经常与美国neic的结果存在偏差，这正是前面所讲“震级”的定义方法导致的一致性问题。这好像是一个悖论：按道理说一个地震应该只有一个震级，两个或者多个震级是不科学不合理的。但是从测震学的角落来说，台站到震源的距离不同、与发震断层的方位不同、地震射线的路径不同、台基的岩性不同、仪器的型号不同，计算的方法不同....这么多差异因素下，中国台网和美国台网测出的结果如果一模一样，那才是见了鬼呢！

小黑鸡

我曾经质问过地震吧一些人，说为什么说中国“报低”了，而不说美国“报高”了，没答复……

山水如屏

回复 11# 小黑鸡


    正视我们与美国的差距包含两层意思：第一是不回避，第二是不盲从。

pbs

回复 6# 山水如屏


   
     震级的表述在地震机制的研究和地震预测预报上没有重大意义。

    如同一个老酒客问一个小跑堂“茴香豆的茴有四种写法，你知道吗？”。

山水如屏

回复 13# pbs

震级的表述在地震机制的研究和地震预测预报上没有重大意义。

    如同一个老酒客问一个小跑堂“茴香豆的茴有四种写法，你知道吗？”。
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    不能这么说，比方说做概率统计的时候震级就是重要参数。不同震级经常能差0.2~0.3，如果一次地震给出6.9和7.1两个震级，预报人员分析地震活动性就会遇到麻烦，这就是为什么有人提出经验性的震级转换公式的原因。就好比奥运会田径比赛不能只有十项全能一样，其它单项也是“更高更快更强”的体现。

pbs

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震级的表述在地震机制的研究和地震预测预报上没有重大意义。

    如同一个老酒客问一个小 ...
山水如屏 发表于 2011-6-22 14:14

      这个0.2-0.3的差别可以用对照的方法区分，也可以用历史常规来做基准，比如你一直用里氏级就继续用，用矩阵级就继续。

     没有因为两种制式0.2-0.3的差别就将川滇缅地区从地震高发区改成地震低发区了吧？

山水如屏

回复 15# pbs

那倒不会，只是如果统计较长一段时间地震活动性的时候，不同人的统计结果可能差别比较大，不知道谁说了算。所以我们国家的《国标》里面规定地震震级M用地震面波测定MS，就是为了确保结果的一致性。深震（震源深度大于70 km）和小震不能用地震面波测定时，规定可用mb、ML测定。另外震级大小直接决定是否启动应急预案以及是否向国务院报告。

小黑鸡

那预测的时候该怎样给震级标度？震后如何验证呢？比方说，假如我用面波震级测的震，能不能取美国NEIC的矩震级或体波震级数据来验证呢？

pbs

那预测的时候该怎样给震级标度？震后如何验证呢？比方说，假如我用面波震级测的震，能不能取美国NEIC的矩震 ...
小黑鸡 发表于 2011-6-22 22:33

    你如果一直用里氏级就用里氏级，如果你一直用矩阵级就用矩阵级，或者两者都用。