震级

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震级是指地震的大小;是以地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的。中国目前使用的震级标准,是国际上通用的里氏分级表,共分9个等级,在实际测量中,震级则是根据地震仪对地震波所作的记录计算出来的。地震愈大,震级的数字也愈大,震级每差一级,通过地震被释放的能量约差32倍。由于其与震源的物理特性没有直接的联系,因此现在多用矩震级来表示。

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目录

定义

earthquake magnitude

震级:是指地震大小,通常用字母M表示。地震愈大,震级数字也愈大,目前,世界上最大的震级为9.5级.

它是根据地震波记录测定的一个没有量纲的数值,用来在一定范围内表示各个地震的相对大小(强度)。震级与地震烈度的概念根本不同。震级代表地震本身的强弱,只同震源发出的地震波能量有关;烈度则表示同一次地震在地震波及的各个地点所造成的影响的程度,与震源深度、震中距、方位角、地质构造以及土壤性质等许多因素有关。  

发展历史

里氏地震规模最早是在1935年由两位来自美国加州理工学院的地震学家里克特(Charles Francis Richter)和古腾堡(Beno Gutenberg)共同制定的。

此标度原先仅是为了研究美国加州地区发生的地震而设计的,并用伍德.安德森扭力式地震仪(Wood-Anderson torsion seismometer)测量。里克特设计此标度的目的是区分当时加州地区发生的大量小规模地震和少量大规模地震,而灵感则来自天文学中表示天体亮度的星等。

为了使结果不为负数,里克特定义在距离震中100千米处之观测点地震仪记录到的最大水平位移为1微米(这也是伍德-安德森扭力式地震仪的最大精度)的地震作为0级地震。按照这个定义,如果距震中100千米处的伍德-安德森扭力式地震仪测得的地震波振幅为1毫米(103微米)的话,则震级为里氏3级。里氏地震规模并没有规定上限或下限。现代精密的地震仪经常记录到规模为负数的地震。

由于当初设计里氏地震规模时所使用的伍德.安德森扭力式地震仪的限制,近震规模 ML 若大于约6.8或观测点距离震中超过约600千米便不适用。后来研究人员提议了一些改进,其中面波震级(MS)和体波震级(Mb)最为常用。

最初的原始震级标度只适用于近震和地方震。1945年B.谷登堡把震级的应用推广到远震和深源地震,奠定了震级体系的基础,利用宽频带地震仪记录远震传来的面波,根据面波的振幅和周期来计算震级。  

震级强弱

里氏震级

根据地震波记录测定的一个没有量纲的数值,用来在一定范围内表示各个地震的相对大小(强度)。震级与地震烈度的概念根本不同。震级代表地震本身的强弱,只同震源发出的地震波能量有关;烈度则表示同一次地震在地震波及的各个地点所造成的影响的程度,与震源深度、震中距、方位角、地质构造以及土壤性质等许多因素有关。

地球上的地震有强有弱。用来衡量地震强度大小的尺子有两把,一把叫地震震级;另一把叫地震烈度。举个例子来说,地震震级好象不同瓦数的日光灯,瓦数越高能量越大,震级越高。烈度好象屋子里受光亮的程度,对同一盏日光灯来说,距离日光灯的远近不同,各处受光的照射也不同,所以各地的烈度也不一样。

地震震级是衡量地震大小的一种度量。每一次地震只有一个震级。它是根据地震时 释放能量的多少来划分的,震级可以通过地震仪器的记录计算出来,震级越高,释放的能量也越多。中国使用的的震级标准是国际通用震级标准,叫“里氏震级”。  

测定方法

中国的面波震级计算公式为:

地震震级 M ,用地震面波质点运动最大值 (A/T)max 测定。计算公式为:

M=lg(A/T)max+ σ ( Δ )

式中: A 地震面波最大地动位移,取两水平分向地动位移的矢量和,μ m ;

T 相应周期, S ;

Δ震中距, ( 度 ) 。

测量最大地动位移的两水平分量时,要取同一时刻或周期相差在1/8周之内的震动。若两分量周期不一致时,则取加权和:

T=(T N ×A N +T E× A E )/(A N +A E )

式中: A N 南北分量地动位移,μ m;

A E 东西分量地动位移,μ m;

T N A N 的相应周期, S ;

T E A E 的相应周期, S ;

量规函数σ ( Δ ) 为:

σ ( Δ )=1.66lg Δ +3.5

不能使用与表一中给出的值相差很大的周期来测定地震震级 M 。地震震级 M 应根据多台的平均值确定。

式中A为两水平分向地动位移的矢量合成振幅,以微米为单位;T为相应的周期,以秒为单位;σ(Δ°)为面波震级起算函数,只与震中距Δ°(测点与震中间的大圆弧度数)有关;Cs为台站校正值。

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,而且各国地震机构的面波震级测定结果也比较一致,因此世界各国在公布1931年疆8级地震和交换有关震级的信息资料时 ,一般都使用面波震级。即通常所说的里氏震级。另外,为解决巨大地震的面波震级饱和问题,有人提出用震源物理中的地震矩概念推导出一种新的震级标度——矩震级MW。智利大地震的面波震级 Ms=8.5,但矩震级MW=9.5,成为人类已知的最大地震。矩震级已在地震观测中开始试用,但其方法还在进一步研究和完善。它可作为面波震级的有益补充,但不能完全取代面波震级。  

分类

地震按震级大小的分类情况:

唐山大地震

弱 震:震级小于3 级的地震;

有感地震:震级等于或大于3级、小于或等于⒋5级的地震;

中 强 震:震级大于⒋5级,小于6级的地震;

强 震:震级等于或大于6 级的地震。其中震级大于或等于8 级的又称为巨大地震。

目前国际上使用的地震震级——里克特级数,是由美国地震学家里克特所制定,它的范围在 1 — 10 级之间。它直接同震源中心释放的能量(热能和动能)大小有关,震源放出的能量越大,震级就越大。  

震级与能量

假定第1级地震所释放的能量为1,第2级应为31.62,第3级应为1000,依此类推,第7级为10亿,第8级为316.2亿,第9级则为10000亿。由于里氏地震规模是常用对数,因此在估算能量的时候,里氏震级每增加一,释放的能量大约增加32倍。

下表列出的是不同级别的地震释放的能量相当于的TNT当量

里氏震级 大致相应的TNT当量 实例
0.5 6kg 手榴弹爆炸
1.0 30kg 建筑爆破
1.5 180kg 二战期间常规炸弹
2.0 1吨 二战期间常规炸弹
2.5 6吨 二战期间的"Cookie" 巨型炸弹
3.0 30吨 2003年大型燃料空气炸弹(MOAB)
3.5 180吨 1986年前苏联切尔诺贝利核事故
4.0 1千吨 小型原子弹
4.5 0.6万吨 常见的龙卷风
5.0 3.3万吨 美国在二战结束前在日本广岛、长崎投放的原子弹(投放后日本无条件投降)
5.5 20万吨 1992年国内华达州Little Skull Mtn.地震
6.0 100万吨 1994年国内华达州Double Spring Flat地震
6.5 600万吨 1994年Northridge地震
7.0 3400万吨 目前最大型的原子弹 (注:前苏联曾试爆5000万吨级别的氢弹)
7.5 1.9亿吨 1992年国加利福尼亚Landers地震
8.0 11亿吨 1976年中国唐山大地震(7.8级)、2008年中国汶川大地震(8.0级-2008年5月18日修订)
8.5 62亿吨 1964年国阿拉斯加安克雷奇耶稣受难日地震
9.0 350亿吨 2004年印度洋大地震(地震发生后引发了海啸,即2004年南亚大海啸)
10.0 1兆吨(1万亿吨) 约相当于一个直径约为100千米的石质陨石以秒速25千米撞击地球时所产生的地震。

  

缺点及改进

里氏地震规模的主要缺陷在于它与震源的物理特性没有直接的联系,并且由于“地震强度频谱的比例定律”(The Scaling Law of Earthquake Spectra)的限制,在8.3-8.5左右会产生饱和效应,使得一些强度明显不同的地震在用传统方法计算后得出里氏地震规模(如(MS)数值却一样。到了21世纪初,地震学者普遍认为这些传统的地震规模表示方法已经过时,转而采用一种物理含义更为丰富,更能直接反应地震过程物理实质的表示方法即矩震级 (Moment magnitude scale,MW)。地震矩规模是由同属加州理工学院的金森博雄(Hiroo Kanamori)教授于1977年提出的。该标度能更好的描述地震的物理特性,如地层错动的大小和地震的能量等。

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