新聞背景:四種不同的地震震級(ML、MS、MB、MW)

2020-12-04 手機鳳凰網

震級是衡量地震本身大小的一個量，當前，最基本的震級標度有4種：地方性震級ML、體波震級(Mb和MB)、面波震級MS和矩震級MW。

前3種震級是通過測量地震波中的某個頻率地震波的幅度來衡量地震的相對大小的一個量。

地方性震級ML是用1秒左右的S波(或Lg)的振幅來量度地震的大小，體波震級Mb是用1 秒左右的地震體波振幅來量度地震的大小，體波震級MB是用5 秒左右的地震體波振幅來量度地震的大小，面波震級MS是用淺源地震的20 秒左右的面波振幅量度地震的大小。

由於當初設計芮氏規模時所使用的伍德-安德森扭力式地震儀的限制，近震規模 ML 若大於約6.8或觀測點距離震中超過約600千米便不適用。後來研究人員提議了一些改進，其中面波震級(MS)和體波震級(Mb)最為常用。

由於「地震強度頻譜的比例定律」(The Scaling Law of Earthquake Spectra)的限制，在8.3-8.5左右會產生飽和效應，使得一些強度明顯不同的地震在用傳統方法計算後得出芮氏規模數值卻一樣。

到了21世紀初，地震學者普遍認為這些傳統的震級表示方法已經過時，轉而採用一種物理含義更為豐富，更能直接反應地震過程物理實質的表示方法即矩震級 (Moment magnitude scale，MW)。

矩震級MW是由基本的物理參數所計算的震級，描述了地震破裂面上滑動量的大小，一般通過波形反演的方法計算。

我國規定對公眾發布一律使用面波震級MS。

四種震級適用範圍區別：

ML：測量範圍400km內，震級2-6級。

Mb: 深度16-100，震級4-7級。

Ms：深度20-180，震級5-8級。

MW：震級>3.5，無上限限制。

地方性震級ML、體波震級(Mb和MB)、面波震級MS之間有換算的經驗公式：ML=(1.17MB+0.67)/1.13 ML=(MS+1.08)/1.13

但以上三種震級標度與矩震級MW不能直接進行換算和對比。

對於淺源大地震，我國習慣使用面波震級，而美國往往較多地使用體波震級或矩震級，在一些新聞報導中，往往不加區別地將它們籠統稱之為「震級」或「芮氏規模」，這就容易造成混亂。

附文：什麼是矩震級

2004年12月26日印尼蘇門答臘以西海域Ms8.7級地震，引發海嘯，衝擊了印尼、斯裡蘭卡、印度、泰國、孟加拉國、馬爾地夫、索馬利亞、馬來西亞、緬甸、坦尚尼亞、塞席爾、肯亞等印度洋及其沿岸十幾個國家，死亡人數超過28萬。

世界各大媒體爭相報導，各著名地震研究機構紛紛發表評論，其中很引人注目的一條消息來自美國地質調查局：按照矩震級Mw排序，這次特大地震為20世紀以來，名列1960年智利9.5級，1964年阿拉斯加威廉王子海灣9.2級，1957年阿拉斯加安德列諾夫島9.1級地震之後，與1952年勘察加9.0級地震並列第四。

當時就有許多讀者向地震部門詢問，什麼是矩震級?為什麼特大地震要按矩震級Mw排序?

以前的地震科普材料裡已經比較多地介紹過，什麼是芮氏規模?怎樣從近震震級ML，逐步推廣到面波震級Ms，體波震級Mb。在那些材料裡一般都會告訴大家，對于震源淺且距離遠的強震通常測定面波震級Ms。

可是，上世紀六、七十年代，有科學家在研究全球地震年頻度與面波震級Ms的關係時發現，缺失Ms超過8.6的地震。他們認為，當Ms超過8.6以後，儘管地表出現更長的破裂，顯示出地震有更大的規模，但測定的面波震級Ms值卻很難增上去了，出現所謂震級飽和問題。於是，從反映地震斷層錯動的一個力學量：地震矩M0出發，又提出一種新的震級標度：矩震級Mw。

在力學裡，矩的概念是用來討論物體轉動問題的。例如，用雙手放在桌子的兩邊，在水平方向上一隻手向前推，另一隻手向後拉，桌子就可能轉動。桌子是否轉得動以及轉動量的大小不僅與這對力的大小，而且與這對力的距離有關。這對大小相等，方向相反的力，叫做力偶。衡量這對力偶對於轉動作用大小的是力偶矩，其量值等於其中一個力的值與它們之間的距離之乘積。這個概念被引伸到斷層位錯問題，可用斷層面積S、斷層面的平均位錯量和剪切模量μ的乘積定義地震矩。顯然，這是對斷層錯動引起的地震強度的直接測量。為從地震矩出發，又能和以往的震級可比擬。

為測定地震矩及矩震級，可用宏觀的方法，直接從野外測量斷層的平均位錯和破裂長度，從等震線的衰減或餘震推斷震源深度，從而估計斷層面積。也可用微觀的方法，由地震波記錄反演計算這些量。

以往的科普材料裡，在說明震級與地震烈度的區別時，常常強調，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，而震級反映了地震波能量的大小。現在要將由芮氏規模發展起來的幾種震級標度與矩震級做比較，就不能不更進一步說清楚，只有矩震級才真正反映了地震錯動的大小。那幾種震級只是抓住某一種地震波的最大振幅來標徵地震的大小，它們與地震波能量大小的關係只是一種統計關係。而地震波能量也只是地震釋放總能量的一部分。又由於最常用的面波震級達8.6以後又有飽和問題，比較特大地震當然得用矩震級了。

唐毓瑨

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