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地震震级数值为何中外有别

2013-04-23 08:14:01 来源: 网易探索
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雅安地震,中国国家地震局先速报5.9级,后改为7.0级,美国地质调查局(USGS)则报为6.6级。这种差异是由地震震级计算标度不同造成的, USGS使用的是国际公认的矩震级,而中国还在采用被公认过时的面波震级,存在大震震级饱和,小震振幅记录受限等问题。

中国地震震级数值为何中外有别

4月20日雅安地震,中国国家地震局先速报5.9级,后改为7.0级,美国地质调查局(USGS)则报为6.6级。此后几次的余震震级报道中,中美所报数值也各有高低。同次地震,震级数值为何会如此的中外有别?其实,差异是由地震震级计算标度不同造成的, USGS使用的是国际公认的矩震级,而中国还在采用被公认过时的面波震级,存在大震震级饱和,小震振幅记录受限等问题。

地震的震级标度有多种换算方法,中国一般采用面波震级标度

1935年,美国加州理工学院的地震学家查尔斯·弗朗西斯·里克特(Charles Francis Richter)和宾诺·古腾堡(Beno Gutenberg)借鉴天文学中表示天体亮度的星等,共同提出震级划分法,用以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。此标度原先用伍德-安德森扭力式地震仪测量,后来成为通用的里氏地震规模。这种地震规模度量方法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。

虽然里氏地震规模并没有规定上限或下限,但是现代精密的地震仪则经常会记录到规模为负数的地震。加之,受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级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。在中国,各省地震局在地震震级标度中一般都采用国家标准GB17740-1999规定的面波震级(Ms),对震源浅且距离远的地震进行测定。

面波震级存在大震震级饱和,小震振幅记录受限等问题

但是,里氏地震规模存在缺陷,主要在于它与地震发生的物物理过程没有直接联系,并且由于“地震强度频谱的比例定律”的限制,里氏地震规模存在震级饱和现象。20世纪60~70年代,有科学家在研究全球地震年频度与Ms的关系时发现,缺失Ms超过8.6级的地震。他们认为,当Ms超过8.6级后,尽管地表出现更长的破裂,显示出地震有更大的规模,但测定的Ms值却很难再增上去,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的数值却一样。

此外,传统的地震仪对于周期为20秒的面波灵敏,计算面波震级的时候就是用20秒的面波。原则上说,面波震级不适用震级小于5级的地震。这是因为震级小于6级的地震, 面波震级能记录到的振幅是受到限制的,那么,由它所计算得到的震级也就比实际值小。这就导致以往报道中,震级小于6级的地震,中国地震局所报的震级往往比USGS所报的要低零点几级。例如,2008年6月18日的四川省石棉地震, USGS报的是 Mb4.6级或Mw 4.7级,而中国报的是面波震级4.2级。

21世纪初,地震学者认为传统震级标度法已经过时,公认采用矩震级

1977年,同属加州理工学院的金森博雄教授提出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(Mw)。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。传统的震级标度法与之对比,只是抓住某一种地震波的最大振幅来标征地震的大小,它们与地震波能量大小的关系只是一种统计关系,而地震波能量也只是地震释放总能量的一部分。到了21世纪初,地震学者普遍认为传统的地震规模表示方法已经过时。

地震的矩震级,既可由地震波记录反演计算获得,也可从野外测量断层的平均位错、破裂长度、实验室内测量的岩石剪切模量以及从等震线的衰减或余震推断的震源深度计算出来,不存在震级饱和问题,适用于地震规模大于3.5级到无限制的震级标度 。例如,1960年智利大地震为Mw9.5级,2004年印尼苏门答腊海域发生Mw9.0级大地震。2008年四川汶川地震,USGS报的是Mw7.9级,而中国国家地震台网最早报的是Ms7.6级,之后又将其修订为Ms7.8级, 最后又改为Ms8.0级。但之后的国际科学研究中则统一采用Mw7.9级,可以说,中国采用的面波震级不但不与国际接轨,还容易让人产生误解。

陈雅娟 本文来源:网易探索 作者:陈雅娟 责任编辑:王晓易_NE0011
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