矩震級(jí)震級(jí)分類

按照震級(jí)的大小，也可以對(duì)地震進(jìn)行分類，我國通常分為以下幾類：

微震 —— 震級(jí)小于3級(jí)的地震；

弱震 —— 震級(jí)等于或大于3級(jí)、小于4.5級(jí)的地震；

中強(qiáng)震—— 震級(jí)等于或大于4.5級(jí)、小于6級(jí)的地震；

強(qiáng)震 —— 震級(jí)等于或大于6級(jí)的地震。也有人把震級(jí)等于或大于7級(jí)的地震稱為大震。

摘要 震級(jí)修訂是世界各國地震臺(tái)網(wǎng)（中心）地震參數(shù)測定工作的常規(guī)工作的一個(gè)環(huán)節(jié)。汶川地震發(fā)生后，我國地震臺(tái)網(wǎng)速報(bào)的汶川地震的“面波震級(jí)”為7.8級(jí)；5天后修訂為“面波震級(jí)”8.0級(jí)。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）國家地震中心（NEIC） 速報(bào)的結(jié)果是“矩震級(jí)”7.8級(jí)；不久，將其修訂為“矩震級(jí)”7.9級(jí)。地震后翌日，我們由“地震矩張量反演”得出，汶川地震的“矩震級(jí)”至少為7.9級(jí)，所釋放的“標(biāo)量地震矩”至少為4.4×1021 N·m。無論是“面波震級(jí)”，還是“矩震級(jí)”，汶川地震都要比唐山地震（“面波震級(jí)”7.8級(jí)，“矩震級(jí)”7.6級(jí)）大得多。汶川地震的“矩震級(jí)”（7.9級(jí)）比唐山地震的“矩震級(jí)”（7.6級(jí)）大0.3級(jí)，表明汶川地震釋放的能量比唐山地震釋放的能量大約3倍！事實(shí)上，汶川地震的斷層長度大約為300 km，也是唐山地震斷層長度（不足100 km）的3倍多。汶川地震的震級(jí)大、斷層長，從震源特性的角度說明了為什么這次地震會(huì)造成如此巨大的破壞。

那么，汶川地震究竟有多大？為什么要做修訂？這還要從震級(jí)說起[1-2]。

震級(jí)是用來衡量地震本身（相對(duì)）大小的一個(gè)物理量。我們是如何測量地震的震級(jí)呢？很簡單，我們是根據(jù)在地面上測到的地面振動(dòng)的強(qiáng)烈程度來測量。但是，因?yàn)橥瑯哟笮〉牡卣鹚鸬牡卣饎?dòng)在近的地方振動(dòng)大，在遠(yuǎn)的地方振動(dòng)小，所以必須把它由近到遠(yuǎn)振動(dòng)幅度如何變化的規(guī)律即衰減規(guī)律事先搞清楚。同時(shí)，要確定一個(gè)震級(jí)的起算標(biāo)準(zhǔn)，即究竟強(qiáng)度多大的地震是零級(jí)地震？然后參照它定1級(jí)地震是多大，2級(jí)地震是多大，等等。測定震級(jí)時(shí)遇到的問題是，在地面上測到的地震引起的地面振動(dòng)，不僅僅是由地震的大小決定的，它還與地震波傳播時(shí)所經(jīng)過地方的性質(zhì)大有關(guān)系。在不同的地層、沿不同的方位，地震波的速度都不一樣，介質(zhì)對(duì)地震波吸收的程度也不一樣。所以，即使距離相同，在不同方位的地震儀記到的地震波動(dòng)幅度，也會(huì)因傳播地震波的介質(zhì)的不同而不同。確定震級(jí)的時(shí)候，要考慮到地震波“沿途”衰減的情況，將傳播路徑的影響扣除掉。

地震波傳到了地震臺(tái)上，有些地震臺(tái)建立在很堅(jiān)硬的基巖上，而有些地震臺(tái)別無選擇，只好建立在松軟的沉積層上。松軟的沉積層對(duì)地震波有放大的作用。同樣的地震波，傳到地震臺(tái)站下方的時(shí)候，到了松軟的地方就放大，到了堅(jiān)硬的地方不放大，所以地震儀記錄下來的地面振動(dòng)的幅度也不一樣。因此，確定震級(jí)的時(shí)候，還要考慮到臺(tái)站所處位置的土層和巖石條件。

再有一點(diǎn)，地震是地底下巖石突然的錯(cuò)動(dòng)，這個(gè)錯(cuò)動(dòng)是有方向性的。地震發(fā)生的時(shí)候，向東發(fā)出的地震波和向北發(fā)出的地震波，在幅度上本來就可能不一樣，即輻射有所謂的“方向性”，好比電視塔發(fā)射電磁波的時(shí)候，發(fā)出的波在不同方向的強(qiáng)度實(shí)際上是不一樣的。在進(jìn)行震級(jí)測量的時(shí)候，理應(yīng)事先考慮到這些因素，才能夠做到用同樣的方法在不同的臺(tái)站測出來相同的結(jié)果。實(shí)際上，地震剛發(fā)生不久時(shí)，這是不完全可能的。要得出一個(gè)準(zhǔn)確的、真正能衡量出地震本身大小的震級(jí)，必須用全球所有地震臺(tái)的觀測資料做測定，臺(tái)站方位的覆蓋要比較合理、均勻，遠(yuǎn)近都有，最后對(duì)大量的地震臺(tái)測定的結(jié)果取平均。地震一旦發(fā)生之后，中國的地震臺(tái)、日本的地震臺(tái)、美國的地震臺(tái)等等，都要搶先在第一時(shí)間報(bào)告政府和告訴公眾，在什么地方發(fā)生了多大的地震。在這個(gè)時(shí)候沒有太多的選擇，只能用手頭上能夠掌握的少數(shù)幾個(gè)地震臺(tái)站的記錄做測定。比如說，用先行傳播到的臺(tái)站的資料做測定，這時(shí)要求快，當(dāng)然也要求準(zhǔn)，但不能苛求特別準(zhǔn)。所以我們可以看到，凡是一個(gè)地震發(fā)生的時(shí)候，不同的國家、不同的地震臺(tái)網(wǎng)測定的震級(jí)不盡相同。而且即使是同一個(gè)臺(tái)網(wǎng)，同一個(gè)臺(tái)站，測定的震級(jí)隨著時(shí)間的推移也會(huì)不斷地修正。正如美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）國家地震中心（NEIC）常在公報(bào)中特別地加上一段說明：“這是初步測定的結(jié)果，更精確的結(jié)果待更多、更精確的資料傳到后再做修正”。這就是為什么在任何地震發(fā)生的時(shí)候，常?？吹秸鸺?jí)不一樣的一個(gè)原因。我這里說的是一般情況，包括唐山地震也是如此。唐山地震最終確定的震級(jí)是“面波震級(jí)”7.8級(jí)，這是全世界公認(rèn)的結(jié)果。但是在新聞媒體報(bào)道時(shí)，因?yàn)榈卣鸢l(fā)生之后，有的地震臺(tái)網(wǎng)相對(duì)于地震處在一個(gè)特殊的位置上，測定出特別大的震級(jí)；而有的地震臺(tái)網(wǎng)則處在另外一個(gè)方位，測定的結(jié)果特別小。這是一個(gè)原因。

另外一個(gè)原因是，地震學(xué)家在測量地震震級(jí)的時(shí)候，常不得不用不同的標(biāo)度或尺度測量[3-5]，因?yàn)椴⒉皇撬械卣鸲伎梢杂猛话选俺咦印眮砹康?，在某個(gè)震中距范圍的地震，只能用某個(gè)震級(jí)標(biāo)度來量，而在另一個(gè)震中距范圍的地震，則只能用另一個(gè)震級(jí)標(biāo)度來量。當(dāng)然，用不同的“尺子”量同一個(gè)地震，結(jié)果理當(dāng)相同。但由于存在所謂的“震級(jí)飽和”問題，也就是說即使地震再大，測出的震級(jí)到了最大時(shí)，并不會(huì)因地震大而增大，因此測出的結(jié)果常常也是不相同的。1999年9月21日我國臺(tái)灣集集大地震也有類似的問題。地震剛發(fā)生的時(shí)候，臺(tái)灣當(dāng)?shù)氐牡卣鹋_(tái)網(wǎng)測定的震級(jí)才7.3級(jí)，但是這個(gè)地震最后確認(rèn)的是“矩震級(jí)”7.6級(jí)。即使是同一個(gè)臺(tái)網(wǎng)，若采用不同的尺度，得出來的結(jié)果也不盡相同。

過去，震級(jí)要在地震過后幾個(gè)月，甚至半年、一年，待全球記錄到的資料匯集到地震中心后測定出來的才是“最終”的結(jié)果。不過，隨著信息時(shí)代、數(shù)字地震時(shí)代的到來，隨著地震學(xué)的發(fā)展，這個(gè)過程所需要的時(shí)間正在迅速地縮短。實(shí)際上，汶川地震發(fā)生后，美國地質(zhì)調(diào)查局國家地震中心給出的結(jié)果是“矩震級(jí)”7.8級(jí)。不久，將其修訂為“矩震級(jí)”7.9級(jí)。我國地震臺(tái)網(wǎng)用的是“面波震級(jí)”，速報(bào)結(jié)果為“面波震級(jí)”7.8級(jí)；5天后修訂為“面波震級(jí)”8.0級(jí)。地震后翌日，我們所做的“地震矩張量反演”得出的測定結(jié)果是，汶川地震的“矩震級(jí)”至少為7.9級(jí)，有可能高達(dá)8.3級(jí)。這次地震所釋放的“標(biāo)量地震矩”為4.4×1021 N·m[8]。

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以往的科普材料里，在說明震級(jí)與地震烈度的區(qū)別時(shí)，常常強(qiáng)調(diào)，地震烈度是從地震造成的破壞程度及引起的影響反映地震的大小，而震級(jí)反映了地震波能量的大小。要將由里氏震級(jí)發(fā)展起來的幾種震級(jí)標(biāo)度與矩震級(jí)做比較，就不能不更進(jìn)一步說清楚，只有矩震級(jí)才真正反映了地震錯(cuò)動(dòng)的大小。那幾種震級(jí)只是抓住某一種地震波的最大振幅來標(biāo)征地震的大小，它們與地震波能量大小的關(guān)系只是一種統(tǒng)計(jì)關(guān)系。而地震波能量也只是地震釋放總能量的一部分。又由于最常用的面波震級(jí)達(dá)8.6以后又有飽和問題，比較特大地震當(dāng)然得用矩震級(jí)了。

地震有強(qiáng)有弱，用以衡量地震本身強(qiáng)度的“尺子”叫震級(jí)。震級(jí)可以通過地震儀器的記錄計(jì)算出來，它的單位是“級(jí)”。其大小與地震釋放的能量有關(guān)，地震能量越大，震級(jí)就越大。震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，最先是由美國地震學(xué)家里克特提出來的，所以又稱“里氏震級(jí)”。矩震級(jí)是一個(gè)對(duì)數(shù)函數(shù)，震級(jí)每相差2級(jí)，其能量就相差1000倍。一個(gè)8.5級(jí)地震通過地震波釋放出來的能量，大約相當(dāng)于二灘電站連續(xù)發(fā)電近6年的電能總和。

以前的地震科普材料里已經(jīng)比較多地介紹過，什么是里氏震級(jí)？怎樣從近震震級(jí)ML，逐步推廣到面波震級(jí)Ms，體波震級(jí)Mb？在那些材料里一般都會(huì)告訴大家，對(duì)于震源淺且距離遠(yuǎn)的強(qiáng)震通常測定面波震級(jí)Ms?？墒?，上世紀(jì)六、七十年代，有科學(xué)家在研究全球地震年頻度與面波震級(jí)Ms的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，缺失Ms超過8.6的地震。他們認(rèn)為，當(dāng)Ms超過8.6以后，盡管地表出現(xiàn)更長的破裂，顯示出地震有更大的規(guī)模，但測定的面波震級(jí)Ms值卻很難增上去了，出現(xiàn)所謂震級(jí)飽和問題。于是，從反映地震斷層錯(cuò)動(dòng)的一個(gè)力學(xué)量：地震矩M0出發(fā)，又提出一種新的震級(jí)標(biāo)度：矩震級(jí)Mw。

在力學(xué)里，矩的概念是用來討論物體轉(zhuǎn)動(dòng)問題的。例如，用雙手放在桌子的兩邊，在水平方向上一只手向前推，另一只手向后拉，桌子就可能轉(zhuǎn)動(dòng)。桌子是否轉(zhuǎn)得動(dòng)以及轉(zhuǎn)動(dòng)量的大小不僅與這對(duì)力的大小，而且與這對(duì)力的距離有關(guān)。這對(duì)大小相等，方向相反的力，叫做力偶。衡量這對(duì)力偶對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)作用大小的是力偶矩，其量值等于其中一個(gè)力的值與它們之間的距離之乘積。這個(gè)概念被引伸到斷層位錯(cuò)問題，可用斷層面積S、斷層面的平均位錯(cuò)量和剪切模量μ的乘積定義地震矩 。顯然，這是對(duì)斷層錯(cuò)動(dòng)引起的地震強(qiáng)度的直接測量。

震級(jí)是表征地震強(qiáng)弱的量度，是劃分震源放出的能量大小的等級(jí)。單位是“里氏”，通常用字母M表示，它與地震所釋放的能量有關(guān)。釋放能量越大，地震震級(jí)也越大。震級(jí)每相差1.0級(jí)，能量相差大約32倍；每相差2.0級(jí)，能量相差約1000倍。也就是說，一個(gè)6級(jí)地震相當(dāng)于32個(gè)5級(jí)地震，而1個(gè)7級(jí)地震則相當(dāng)于1000個(gè)5級(jí)地震。世界上最大的地震的震級(jí)為9級(jí)。

地震震級(jí)分為九級(jí)，一般小于2.5級(jí)的地震人無感覺，2.5級(jí)以上人有感覺，5級(jí)以上的地震會(huì)造成破壞。簡稱震級(jí)。

1. 一般將小于1級(jí)的地震稱為超微震

2. M≥1級(jí)，小于3級(jí)的稱為弱震或微震

如果震源不是很淺，這種地震人們一般不易覺察。

3. M≥3級(jí)，小于4.5級(jí)的稱為有感地震

這種地震人們能夠感覺到，但一般不會(huì)造成破壞。

4. M≥4.5級(jí)，小于6級(jí)的稱為中強(qiáng)震（如9·7彝良地震）

屬于可造成破壞的地震，但破壞輕重還與震源深度、震中距等多種因素有關(guān)。

5. M≥6級(jí)，小于7級(jí)的稱為強(qiáng)震（如8·3魯?shù)榈卣穑?·6高雄地震）。

6. M≥7級(jí)，小于8級(jí)的稱為大地震（如8.8九寨溝地震，4·14玉樹地震，4.20雅安地震，7.18俄羅斯堪察加半島地震）。

7. 8級(jí)以及8級(jí)以上的稱為巨大地震（如5·12汶川地震，3·11日本地震）。

發(fā)震時(shí)刻、震級(jí)、震中統(tǒng)稱為“地震三要素”。

由于地震以地震波形式輻射的能量主要集中在震源譜的拐角頻率周圍，因此能量震級(jí)比矩震級(jí)更適合用于描述地震的潛在破壞性。由于能量震級(jí)是振動(dòng)破壞潛勢的更好的估計(jì)值，因此需研制在發(fā)震時(shí)刻后短時(shí)測定出能量震級(jí)的適于實(shí)施快速反應(yīng)系統(tǒng)的程序。能量震級(jí)已被多位學(xué)者和多個(gè)地震監(jiān)測機(jī)構(gòu)運(yùn)用。如美國地質(zhì)勘探局國家地震信息中心會(huì)在地震輻射能量速報(bào)網(wǎng)頁上，特別通過示例解釋所提供參數(shù)中每一個(gè)符號(hào)的含義，如地震的地理區(qū)域、日期和發(fā)震時(shí)刻、震中經(jīng)緯度、能量震級(jí)、輻射能量、使用的臺(tái)站數(shù)、使用的震源機(jī)制類型、震源深度和由合成寬帶位移波形得到的雙力偶震源機(jī)制節(jié)面。再如中國學(xué)者馮浩的地震目錄。 2100433B

由于里氏地震規(guī)模是常用對(duì)數(shù)，因此在估算能量的時(shí)候，里氏震級(jí)芮氏規(guī)模黎克特制震級(jí)每增加一，釋放的能量大約增加31倍。

下表列出的是不同級(jí)別的地震釋放的能量相當(dāng)于的TNT當(dāng)量：

程度里氏：芮氏黎克特制}-規(guī)模地震影響發(fā)生頻率

極微2.0以下很小，沒感覺約每天8,000次

甚微2.0-2.9人一般沒感覺，設(shè)備可以記錄約每天1,000次

微小3.0-3.9經(jīng)常有感覺，但是很少會(huì)造成損失估計(jì)每年49,000次

弱4.0-4.9室內(nèi)東西搖晃出聲，不太可能有大量損失。當(dāng)?shù)卣饛?qiáng)度超過4.5時(shí)，已足夠讓全球的地震儀監(jiān)測得到。估計(jì)每年6,200次

中5.0-5.9可在小區(qū)域內(nèi)對(duì)設(shè)計(jì)/建造不佳的建筑物造成大量破壞，但對(duì)設(shè)計(jì)/建造優(yōu)良的建筑物則只會(huì)有少量損害。每年800次

強(qiáng)6.0-6.9可摧毀方圓100英里以內(nèi)的居住區(qū)。每年120次

甚強(qiáng)7.0-7.9可對(duì)更大的區(qū)域造成嚴(yán)重破壞。每年18次

極強(qiáng)8.0-8.9可摧毀方圓數(shù)百英里的區(qū)域。每年1次

超強(qiáng)9.0及其以上每20年1次

Ⅰ度；無感－僅儀器能記錄到；

Ⅱ度；微有感－個(gè)別敏感的人在完全靜止中有感；

Ⅲ度；少有感－室內(nèi)少數(shù)人在靜止中有感，懸掛物輕微擺動(dòng)；

Ⅳ度；多有感－室內(nèi)大多數(shù)人，室外少數(shù)人有感，懸掛物擺動(dòng)，不穩(wěn)器皿作響；

Ⅴ度；驚醒－室外大多數(shù)人有感，家畜不寧，門窗作響，墻壁表面出現(xiàn)裂紋

Ⅵ度；驚慌－人站立不穩(wěn)，家畜外逃，器皿翻落，簡陋棚舍損壞，陡坎滑坡；

Ⅶ度；房屋損壞－房屋輕微損壞，牌坊，煙囪損壞，地表出現(xiàn)裂縫及噴沙冒水；

Ⅷ度；建筑物破壞－房屋多有損壞，少數(shù)破壞路基塌方，地下管道破裂；

Ⅸ度；建筑物普遍破壞－房屋大多數(shù)破壞，少數(shù)傾倒，牌坊，煙囪等崩塌，鐵軌彎曲；

Ⅹ度；建筑物普遍摧毀－房屋傾倒，道路毀壞，山石大量崩塌，水面大浪撲岸；

Ⅺ度；毀滅－房屋大量倒塌，路基堤岸大段崩毀，地表產(chǎn)生很大變化；

Ⅻ度；山川易景－一切建筑物普遍毀壞，地形劇烈變化動(dòng)植物遭毀滅；2100433B