日志
什么是矩震级，是不是打错字了？
|||
我们的教材中，一般只出现“震级”、“里氏震级”等词，如，上海高一地理教材47页下面备注的小字，写到：“目前通常采用的震级标准是美国地震学家里克特制定的，称为里氏震级”。
实际上，震级有很多不同度量标准，在表述震级时，理应区分。接下来，我们来看看地震测量的发展历史，从而了解“矩震级”的含义。
1.
地震发生后，人们首先关心的问题是：这是多大的地震？
如果回到几百年前，我们肯定得不到像“x级地震”的类似答案，而是一系列关于地震破坏的宏观描述。例如，《明史》中记载的陕西华县地震：“（嘉靖）三十四年，……地裂泉涌，中有鱼物，或城郭房屋，陷入地中，或平地突成山阜，……官吏、军民压死八十三万有奇。”
也就是说，那个时候，我们只能根据地震的破坏程度，即“烈度”，来估计地震的大小。烈度不仅受人的主观影响，还与震区的地质、建筑条件等因素有关。因此，烈度并不能定量地度量地震大小。
2.
1935年，地震学家查尔斯•里克特，为区分美国加州地区发生的地震规模，发明了一种定量测量地震大小的方法。
他规定：在震中距为100km的地方，如果“标准地震仪”（伍德-安德森地震仪，周期是0.8s，放大倍数为2080）记录到的地震波最大振幅是1微米（注：仪器上记录到1微米对应的实际地动位移是 1/2080=0.00048微米），震级为0；如果振幅是x微米，震级为其对数。
当然，当振幅是0.1微米时，震级为lg0.1= -1，其能量相当于小锤子敲打地面。
实际上，绝大多数地震仪不会恰好都摆在100km震中距的地方，此时就要根据震中距对应的量规函数来校正数值。
里克特提出的这种震级标度被后人称为：里氏震级ML，也叫地方性震级，主要适用于6级以下的中小地震，这里的L表示local（地方性）的意思。
里氏震级的出现，第一次把地震大小变成了可测量、可相互比较的量，为地震学的定量化发展奠定了基础。
3.
伍德-安德森地震仪是一种短周期地震仪（周期为0.8s），它可以较好地记录短周期地震波。但地震波在传播过程中，由于高频地震波（即短周期波）的衰减速度要远远大于低频地震波，当地震仪距离震中较远时，这种地震仪的记录能力变得有限。
1945年，地震学家古登堡发明了：面波震级Ms，其中，s表示surface wave（面波），它是根据周期约为20s的面波大小确定的地震震级。Ms可以远距离记录地震，这就弥补了里氏震级的不足。
当然，面波震级也存在问题，当地震的震源深度较深的时候，激发的面波不显著。
于是，古登堡还发明了：体波震级mb，b表示body wave（体波），它是根据地震波的体波（通常是P波）的大小确定的地震震级。
几乎所有的地震，无论距离远近、震源深度，还包括核爆炸，都可以在地震图上较清楚地识别P波，因此mb也具有较广泛的应用。
4.
遗憾的是，上面三种震级，都存在着两个主要问题：
一是这些震级与地震发生的物理过程没有直接联系，物理含义不清楚。
二是通过统计分析，发现它们具有“饱和”现象。也就是说，当地震所释放的能量增大的时候，震级却不再增大（见下图），因此面对大地震时，采用这些震级标度会低估地震的能量。
1979年，日本的金森博雄提出了“矩震级Mw”的概念。
矩，是力学中的概念，用来讨论物体转动问题的。例如，用双手放在桌子的两边，在水平方向上一只手向前推，另一只手向后拉，桌子就可能转动。桌子是否转得动以及转动量的大小不仅与这对力的大小，而且与这对力的距离有关。
这对大小相等，方向相反的力，叫做力偶。衡量这对力偶对于转动作用大小的是力偶矩，其量值等于其中一个力的值与它们之间的距离之乘积。
这个概念被引伸到断层位错问题，可用断层面积大小S、断层两边相对运动的距离（平均位错量）D、 断层处的岩石强度（剪切模量）μ的乘积，来定义地震矩M0。
即：M0=μSD 。
显然，这是对断层错动引起的地震强度的直接测量，这个地震矩的数值，直接反映了地震释放能量的大小。
接着，从反映地震断层错动的这一力学量：地震矩M0出发，又提出一种新的震级标度：矩震级Mw。为了能和以往的震级可比拟，将矩震级定义为：
矩震级公式表明，每增加一级需要101.5 倍的能量，也就是约31.6倍的能量。公式中使用的常数是为了使此标度与近震震级（如里氏地震规模）的数值相似。
5.
总结：
里氏震级ML、面波震级Ms等，都是根据离地震中心一定距离所观测到的地震波的幅度和周期，并且考虑从震源到观测点的地震波衰减，经过计算，得出震源处地震的大小。
矩震级Mw，则是根据破裂面的面积、地震破裂的平均位错量、断层处的岩层强度，通过物理计算，来确定地震震级的。
矩震级的优点在于它不会像近震震级那样饱和。亦即，大于某震级的所有地震之数值都相同的情况不会发生。另外，此标度与震源的物理特性有较直接的联系。
21世纪初地震学者普遍认为面波震级等表示方法已经过时，公认采用矩震级。因此，矩震级已成为世界上大多数地震台网和地震观测机构优先推荐使用的震级标度。
6.
据了解，目前世界上各个国家使用的震级标准主要有面波震级和矩震级两种，中国、日本、俄罗斯等国家采取的是面波震级，美国及一些欧洲国家采用的是矩震级。
另外，电视里说某地发生里氏X级地震，有时可能不严谨。如，日本发生里氏9.0级地震，这里的9.0级是矩震级而不是里氏震级。也许是因为震级标度太多，为了避免大众产生迷惑，媒体按习惯性称法，仍称呼震级为“里氏震级”。
主要参考：
1．百度百科：“震级”、“矩震级”等词条
2．互动百科：矩震级
http://www.baike.com/wiki/%E7%9F%A9%E9%9C%87%E7%BA%A7
3．新浪博客-文风：里氏震级、MS震级、矩震级的区别
http://blog.sina.com.cn/s/blog_66dc3c410100razw.html
本人的博客文章与教学素材，第一时间发布于星韵地理网。任何人不得用于出版、收费网站等商业用途！如需转载，必须注明作者为星韵地理-SHUIQI地理博客，并作链接，否则本人将有权追究其责任！
