2014年8月3日云南魯?shù)镸6．5地震的地震波能量＊

趙仲和

（中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京100045）

學(xué)術(shù)論文

2014年8月3日云南魯?shù)镸6．5地震的地震波能量＊

趙仲和

（中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京100045）

根據(jù)美國(guó)地震學(xué)研究聯(lián)合會(huì)（IRIS）的地震能量查詢網(wǎng)站公布的地震波輻射能量和能量震級(jí)數(shù)據(jù)，2014年8月3日魯?shù)镸 6．5地震的寬頻帶（0．5～70 s）能量震級(jí)為6．4，2013年4月20日蘆山M7．0地震為6．7，相差0．3級(jí)，而高頻（0．5～2 s）能量震級(jí)分別為6．7和6．9，相差0．2級(jí)，即蘆山地震釋放的高頻地震波能量為魯?shù)榈卣鸬?倍。本文根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)魯?shù)榈卣鸬奶卣鬟M(jìn)行了分析，認(rèn)為從地震監(jiān)測(cè)的角度，在地震發(fā)生后，盡快給出地震波釋放能量估計(jì)，對(duì)于及時(shí)確定大地震應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別和采取相應(yīng)減災(zāi)措施是有實(shí)際意義的。

地震能量；能量震級(jí)；蘆山地震；魯?shù)榈卣?/p>

引言

2014年8月3日云南魯?shù)镸6．5地震發(fā)生之后，因其地震破壞力大，人員傷亡多，大大超過人們（包括許多專業(yè)人士）的預(yù)期，引起廣泛關(guān)注和討論。人們從震級(jí)大（6．5）、震源深度淺（10～12 km）、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、建筑物抗震性能差以及人口密度大等幾個(gè)方面進(jìn)行了分析。這些分析都很有道理，但還不足以解釋為什么與震級(jí)M達(dá)到7．0級(jí)的蘆山地震同有震中烈度Ⅸ度。本文從地震波釋放能量的角度分析魯?shù)榈卣鸬钠茐牧?，并與蘆山地震進(jìn)行比較，作為對(duì)人們已有分析的補(bǔ)充。

1 地震能量和能量震級(jí)

通常所說的地震能量，并非地震時(shí)釋放能量的全部，而是其中由地震波攜帶的能量，這只是地震釋放能量的一部分，但正是這部分能量對(duì)地震波掠過的地區(qū)造成了破壞，因此，從減輕地震災(zāi)害的角度，這部分能量的大小正是我們應(yīng)特別關(guān)注的。

著名的古登堡-里克特震級(jí)-能量關(guān)系給出面波震級(jí)與地震能量的一般關(guān)系

（見參考文獻(xiàn)［1］第44頁(yè)），這成為我們根據(jù)面波震級(jí)MS估算地震能量的基本依據(jù)（我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)震級(jí)M基于面波震級(jí)MS）。根據(jù)這一關(guān)系，兩個(gè)相差1級(jí)的地震，其較大地震釋放的能量約為較小地震的32倍，而相差0．5級(jí)的兩個(gè)地震，其較大地震釋放的能量約為較小地震的5．6倍。但是，進(jìn)一步的研究表明，不同的地震，因其震源機(jī)制、地震過程的不同，釋放地震能量的能力是不同的，因此，有必要獨(dú)立地根據(jù)地震臺(tái)站記錄的地震圖來直接估計(jì)地震能量。

Boatwright和Choy［2］提出利用數(shù)字化寬頻帶記錄的遠(yuǎn)震P波段估計(jì)地震能量，進(jìn)而估計(jì)能量震級(jí)的實(shí)用算法，并在美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的國(guó)家地震信息中心（NEIC）常規(guī)產(chǎn)出的震中初步報(bào)告（PDE）中已包括能量震級(jí)多年。Newman和Okal［3］對(duì)Boatwright和Choy［2］的計(jì)算過程進(jìn)行了簡(jiǎn)化，從而適于大地震之后的近實(shí)時(shí)處理；Convers和Newman［4］采用這些算法，計(jì)算了自1990年以來全世界MW≥6．0地震的地震能量和能量震級(jí)，并在美國(guó)地震學(xué)研究聯(lián)合會(huì)（IRIS）的地震能量查詢網(wǎng)站（http：∥www．iris．edu／spud／eqenergy）公布。本文對(duì)魯?shù)榈卣鸷吞J山地震地震能量和能量震級(jí)的討論就是基于該網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)。德國(guó)國(guó)家地球科學(xué)研究中心也在積極研究地震能量和能量震級(jí)的快速測(cè)定并付諸實(shí)踐（參考文獻(xiàn)［5］和［6］）。

Choy和Boatwright［7］根據(jù)全球397個(gè)地震得到面波震級(jí)MS與他們測(cè)定的地震能量之間的關(guān)系是

因此認(rèn)為古登堡-里克特關(guān)系高估了地震能量。當(dāng)獨(dú)立測(cè)定地震波輻射能量ES時(shí)，由式（2）得到從地震能量到能量震級(jí)Me的換算關(guān)系：

這是美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）測(cè)定能量震級(jí)所使用的公式。

2 魯?shù)榈卣鸬牡卣鹉芰亢湍芰空鸺?jí)

美國(guó)地震研究聯(lián)合會(huì)（IRIS）的地震能量查詢網(wǎng)站（http：∥www．iris．edu／spud／eqenergy）公布的魯?shù)榈卣鹉芰亢湍芰空鸺?jí)的數(shù)據(jù)示于表1，作為比較，表1中也給出了蘆山地震的測(cè)定結(jié)果。

表1中的M（CENC）是中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心（CENC）發(fā)布的震級(jí)M，它是基于面波震級(jí)測(cè)定的。MW是美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）給出的矩震級(jí)。下面參考圖1說明表1中其他參數(shù)的含義。對(duì)每個(gè)地震，每個(gè)可用臺(tái)站產(chǎn)生寬頻帶（BB：0．5～70 s）和高頻（HF：0．5～2 s）的累積能量圖，對(duì)多個(gè)臺(tái)站的累積能量圖按照P波理論到時(shí)對(duì)齊進(jìn)行疊加，得到圖1所示疊加平均后的寬帶和高頻累積能量圖。根據(jù)高頻累積能量近乎直線增大漸近線與其后緩慢增大漸近線的交叉點(diǎn)確定累積能量曲線的彎曲點(diǎn)，以這一點(diǎn)作為破裂持續(xù)時(shí)間的近似標(biāo)記，如圖中豎線所示。對(duì)寬頻帶和高頻分別確定在這一時(shí)間點(diǎn)的累積能量E（BB）和E（HF）。然后按照式（3）轉(zhuǎn)換成能量震級(jí)Me（BB）和Me（HF）。對(duì)于高頻累積能量，在轉(zhuǎn)換成能量震級(jí)時(shí)假定高頻能量為寬帶能量的1／5。

由表1可以看到，盡管魯?shù)榈卣鹋c蘆山地震相比，其M（即MS）震級(jí)小0．5級(jí)，其矩震級(jí)MW也小0．5級(jí)，但其寬頻帶能量震級(jí)小0．31級(jí)，而高頻能量震級(jí)僅小0．2級(jí)。由表1還看到，蘆山地震的寬頻帶能量為魯?shù)榈卣鸬?5／8．7＝2．9倍，蘆山地震的高頻能量?jī)H為魯?shù)榈卣鸬?1／5．4＝2．0倍。因此，如果按照直接計(jì)算地震能量的結(jié)果，那么魯?shù)榈卣鹋c蘆山地震的大小差異就沒有由震級(jí)M給出的那樣大了。

3 魯?shù)榈卣鹫鹪催^程的特征分析

3．1 魯?shù)榈卣鸬恼鹪礄C(jī)制

Convers和Newman［4］對(duì)全球大地震地震能量與震源機(jī)制關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，對(duì)于走滑型、正斷層型和逆沖型震源機(jī)制，地震能量與地震矩比值的對(duì)數(shù)（lg（Es／M0）分別為-4．44、-4．51和-4．74，即其地震能量與地震矩的比值分別為3．63× 10-5、3．09×10-5和1．82×10-5。這表明，走滑型地震最適于地震能量的釋放，而逆沖型地震釋放地震能量的能力最差，正斷層型介于其間。

利用矩震級(jí)MW與地震矩M0的關(guān)系式

得到魯?shù)榈卣鸷吞J山地震的地震矩M0分別為1．8×1018和1．0×1019（單位：N·m），用于下面的估算。

根據(jù)魯?shù)榈卣鸷笾袊?guó)地震信息網(wǎng)（http：∥www．csi．a(chǎn)c．cn／）提供的數(shù)據(jù)，魯?shù)榈卣馂樽呋驼鹪礄C(jī)制，其寬頻帶地震能量（E（BB））與地震矩M0的比值為8．7×1013／1．8× 1018＝4．8x10-5，其對(duì)數(shù)為-4．32；可見其釋放寬帶能量的能力優(yōu)于Convers和Newman的全球統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

作為對(duì)比，對(duì)蘆山地震進(jìn)行同樣的計(jì)算。由于蘆山地震的震源機(jī)制是高角度的逆沖斷層［8］，給出的結(jié)果表明，蘆山地震的地震能量釋放的能力偏低：其寬頻帶地震能量（E（BB））與地震矩M0的比值為2．5×1014／1．0×1019＝2．5×10-5，其對(duì)數(shù)為-4．60；可見其寬帶能量釋放的能力盡管優(yōu)于Convers和Newman［4］給出的逆沖斷層型大地震的全球統(tǒng)計(jì)結(jié)果，但明顯地不如走滑型的魯?shù)榈卣稹?/p>

因此，造成魯?shù)榈卣鹩休^高能量釋放水平的一個(gè)重要原因是其震源機(jī)制為走滑型。

3．2 魯?shù)榈卣鸬母哳l能量釋放

由表1可見，魯?shù)榈卣鸬牡刃Ц哳l地震能量（E（HF）的5倍，見前文所述的1／5假設(shè)）與地震矩M0的比值為5×5．4×1013／1．8×1018＝15．0×10-5，其對(duì)數(shù)為-3．82。而蘆山地震，其等效高頻地震能量與地震矩M0的比值為5×1．1×1014／1．0×1019＝5．5 ×10-5，其對(duì)數(shù)為-4．26。盡管蘆山地震的高頻能量釋放占寬頻帶總能量的比例（1．1／2．5＝0．44）已超過了1／5，但魯?shù)榈卣鸪^得更加明顯，其能量比值為5．4／8．7＝0．62，是假設(shè)值0．2的3倍。因此，高頻（0．5～2．0 s）能量的釋放水平顯著高于一般水平是魯?shù)榈卣鸬牧硪粋€(gè)特征。

3．3 魯?shù)榈卣鸬恼鹪闯掷m(xù)時(shí)間

按一般規(guī)律，通常震級(jí)較大地震的持續(xù)時(shí)間要比震級(jí)較小地震的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，因此，地震的持續(xù)時(shí)間可以作為比較地震大小的一個(gè)參考指標(biāo)。盡管如圖1所示，確定震源持續(xù)時(shí)間的準(zhǔn)則還有其不確定性，但結(jié)果是，魯?shù)榈卣鸬恼鹪闯掷m(xù)時(shí)間是46 s，而蘆山地震的震源持續(xù)時(shí)間是39 s（見表1），魯?shù)榈卣鹇源螅@至少能說明在震源持續(xù)時(shí)間方面這兩個(gè)地震的“大小”是相近的。

4 結(jié)論

地震能量分析表明，魯?shù)榈卣鸬膰?guó)標(biāo)震級(jí)為M6．5，與2013年4月20日四川蘆山M7．0級(jí)地震相差半級(jí)，其矩震級(jí)MW分別為6．1和6．6，也相差半級(jí)，據(jù)此推算，蘆山地震釋放的地震波能量應(yīng)為魯?shù)榈卣鸬?．6倍，但這兩個(gè)地震的破壞力并沒有像通常認(rèn)為的那樣大。除了地質(zhì)條件、建筑物抗震能力以及人口密度等因素外，兩個(gè)地震本身發(fā)震過程的差異也是一個(gè)重要因素。魯?shù)榈卣鸬膶掝l帶（0．5～70 s）能量震級(jí)為6．4，蘆山地震為6．7，相差0．3級(jí)，而高頻（0．5～2 s）能量震級(jí)分別為6．7和6．9，相差0．2級(jí)，即蘆山地震釋放的高頻地震波能量為魯?shù)榈卣鸬?倍。因此，從地震監(jiān)測(cè)的角度，在地震發(fā)生后，盡快給出地震波釋放能量估計(jì)，對(duì)于及時(shí)確定大地震應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別和采取相應(yīng)救災(zāi)措施是有實(shí)際意義的。

需要說明的是，美國(guó)地震學(xué)研究聯(lián)合會(huì)（IRIS）的地震能量查詢網(wǎng)站提供的地震能量和能量數(shù)據(jù)是多臺(tái)平均的結(jié)果，參與平均的臺(tái)站單臺(tái)測(cè)定結(jié)果相對(duì)于平均值的差異在± 1．0級(jí)之間，因此，最后結(jié)果的可信度取決于參與測(cè)定的臺(tái)站數(shù)量和空間分布。因此，對(duì)其結(jié)果不能做過度解讀。但無(wú)論如何，分析地震能量和能量震級(jí)的測(cè)定結(jié)果，的確可以為我們認(rèn)識(shí)具體地震的特征提供更加豐富的信息。

在我國(guó)，吳忠良［9］曾描述了地震輻射能量的計(jì)算原理和方法，同時(shí)指出了估算地震波輻射能量的實(shí)際困難；我國(guó)在利用區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)和流動(dòng)臺(tái)站記錄進(jìn)行地震輻射能量的估計(jì)方面開展了一定的研究工作，如史勇軍等［10］、程萬(wàn)正等［11］和華衛(wèi)等［12］，但還沒有形成國(guó)家級(jí)的遠(yuǎn)震能量估計(jì)和區(qū)域級(jí)的區(qū)域地震能量估計(jì)的常規(guī)運(yùn)行體系，也沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。與美國(guó)和德國(guó)的工作相比，我國(guó)還有不小的差距。我們希望在中國(guó)也能進(jìn)一步開展地震能量和能量震級(jí)的研究和常規(guī)測(cè)定體系的建設(shè)，以更好地服務(wù)于地震減災(zāi)目標(biāo)。

（作者電子信箱，趙仲和：zhzhao＠seis．a(chǎn)c．cn）

［1］中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司編．地震學(xué)與地震觀測(cè)．北京：地震出版社，2007

［2］Boatwright J，Choy G．Teleeseismic estimates of energy radiated by shallow earthquakes．J．Geophys．Res．，1986，91：2095-2112

［3］Newman A V，Okal E A．Teleseismic estimates of radiated seismic energy：The E／M0discriminant for tsunami earthquakes．J．Geophys．Res．，1998，103：26885-26898

［4］Convers J A，Newman A V．Global evaluation of large earthquake energy from 1997 through mid-2010．J．Geophys．Res．，2011，116，B08304

［5］Giacomo D Di，Parolai S，Bormann P，et al．Rapid determination of the energy magnitude Me，Geophysical Research Abstracts，Vol．11，2009，EGU2009-9301，EGU General Assembly 2009

［6］Giacomo D Di，Parolai S，Bormann P，et al．Suitability of rapid energy magnitude determinations for emergency response purposes．Geophys．J．Int．，2010，180：361-374

［7］Choy G，Boatwright J．Global patterns of radiated seismic energy and apparent stress．J．Geophys．Res．，1995（100）：18205-18228

［8］曾祥方，羅艷，韓立波，等．2013年4月20日四川蘆山MS7．0地震：一個(gè)高角度逆沖地震．地球物理學(xué)報(bào)，2013，56（4）：1418-1424

［9］吳忠良．地震輻射能量和震源譜．∥中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司．地震參數(shù)-數(shù)字地震學(xué)在地震預(yù)測(cè)中的應(yīng)用，北京：地震出版社，2003：73-81

［10］史勇軍，吳忠良，徐果明．中小地震寬頻帶輻射能量的單臺(tái)測(cè)定．中國(guó)地震，2005，21（1）：24-32

［11］程萬(wàn)正，陳學(xué)忠，喬慧珍．四川地震輻射能量和視應(yīng)力的研究．地球物理學(xué)進(jìn)展，2006，21（3）：692-699

［12］華衛(wèi)，陳章立，鄭斯華．2010年4月14日青海玉樹7．1級(jí)地震序列中小地震輻射能量的估計(jì)．地球物理學(xué)進(jìn)展，2012，27（1）：8-17

Seismic energy of Ludian M6．5 earthquake，August 3，2014

Zhao Zhonghe
（China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China）

According to the seismic energy and energy magnitude data published by IRIS website on the earthquake energy product query，the broadband（BB：0．5～70 s）energy magnitude of Ludian M6．5 earthquake，August 3，2014，and Lushan M7．0 earthquake，April 20，2013，are 6．4 and 6．7，respectively，and the high frequency（HF：0．5～2．0 s）energy magnitude are 6．7 and 6．9，respectively．For the high frequency energy magnitude，the difference for these two earthquakes is 0．2，and hence the high frequency seismic energy released by Lushan M7．0 earthquake is two times of that released by Ludian M6．5 earthquake．The characteristics of Ludian earthquake are analyzed based on these data in this paper．

From the view point of earthquake monitoring，getting the estimation of earthquake energy as soon as possible just after the occurrence of a strong earthquake has practical importance for the determination of the earthquake response level and adopting corresponding measures for disaster mitigation．

earthquake energy；energy magnitude；Lushan earthquake；Ludian earthquake

P315．3；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．09．007

2014-08-11；

2014-08-15。