蛤蟆爆浆:科学松鼠会 ? 日本8.8级地震震级数值的变化

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日本8.8级地震震级数值的变化Comments>>| Tags 标签：Ms,Mw,体波震级,原创,地质,地震,本州岛,波震级,矩震级,资讯,里氏,震级,面波震级资讯小分队发表于 2011-03-12 14:33
震级（M）的英文单词为magnitude，它用于表示地震的相对大小。说相对，是因为震级没有量纲，它可以是0，也可以是负数。比如用锤子敲击地面，产生的震级大约为-1级。
这是一个大众即熟悉又陌生的科学名词。虽然我们经常听到这个名词，但我们对它并不了解。震级是地震学定量研究的基础，但计算过程非常复杂，难度超出了一般人的想象。
为了全面研究地震，人们发明了不同的震级标度。不仅有我们耳熟能详的里氏震级ML，还有体波震级mb，面波震级Ms，Lg波震级mbLg，矩震级Mw，持续时间震级Md，能量震级Me，地幔震级Mm，等等。地震发生后，不同的地震波（震相）在不同的地球内部传播，用不同距离的不同类型的地震仪，对地震波的不同震相进行不同算法的计算，就能得到各自相应的震级。
作为大众，我们没有必要深究震级的计算过程，以及各震级之间是如何进行转换的，但我们需要知道媒体报道的震级指的是哪一种。以这次日本大地震为例。
世界时间2011年3月11日5时46分23秒（北京时间13:46:23），日本最大的岛——本州岛东部海域（38.322°N, 142.369°E）发生强烈地震。美国地质调查局（USGS）下属的国家地震信息中心（NEIC）地震响应能力很快，他们很快在网站上公布了初步结果，震级M=7.9（图1）。

图1
这里M7.9所指的震级是Mi，这种震级和矩震级Mw不同，它是科学家Tsuboi (1995) 为了对大地震的海啸能量作出快速评估，而做出的快速求解Mw的方法。但Mi的震级范围为5～8，一旦地震震级超过8级，Mi就不准确了。因此，过了没多久，USGS就将震级修正为Mw8.9级（图2）。

图2
Mw是真正的矩震级，这种震级和地震震源的物理过程直接关联，能够反映地震实际释放的能量大小，也是目前用于度量地震最理想的标度。理论上，Mw震级没有上下限，但地球的板块大小是有限的，那就意味着岩石的破裂长度是有限的，震级也就不可能无限大。事实也是如此，迄今为止，最大的一次地震是1960年的智利大地震，Mw=9.5，引发的海啸波经过20多小时传播，使日本海岸造成了重大灾害。那么，地球会不会产生10级的地震呢？理论上很难，因为要产生这么大的地震，要求的地震破裂长度是地球的1/4圈，位错是现今地震最大位错量的10倍。
地震发生后，中国地震局台网中心也利用自己的台网作出了快速响应，他们定的震级为Ms8.6（图3）。Ms是面波震级的简称，s表示surface wave（面波）。由于世界各国地震台网有各自的研究历史和震级计算公式，我国通常用Ms表示地震大小，对外公布的震级也大多是这种震级。但是，这就面临一个问题：当震级M>8时，Ms就会出现饱和，便会低估地震的能量而不能正确地反映大地震的能量。举个例子，1960年智利大地震，矩震级Mw=9.5，但Ms仅为8.5。因此，中国地震局后来对Ms8.6进行震级校正，最后将震级修改为8.8级。

图3

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