傳統(tǒng)與現(xiàn)代震級標(biāo)度

劉同輝　王墩

摘要： 首先闡述并比較傳統(tǒng)震級（ML、mb、mB、MS及MJMA）所用數(shù)據(jù)、計算方法及適用范圍，系統(tǒng)梳理兩種現(xiàn)代震級標(biāo)度Me和MW的理論基礎(chǔ)及計算方法。然后根據(jù)使用數(shù)據(jù)及適用場景不同，介紹MWW、MWC、MWb、Mwp及Mdt等矩震級測定方法;同時，隨著越來越豐富的GPS觀測數(shù)據(jù)，基于高頻GPS觀測也越來越多地被用于地震震級快速測定工作。最后對這些震級測定方法的時效性進(jìn)行對比分析，討論不同震級標(biāo)度的適用場景及其穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞： 震級測定; 傳統(tǒng)震級; 現(xiàn)代震級; 矩震級

中圖分類號： P319.56 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號： 1000－0844（2023）04-0901-09

DOI：10.20000/j.1000－0844.20221020001

Traditional and modern magnitude scales

LIU Tonghui WANG Dun1，2

Abstract：? In this paper， the data， calculation algorithms， and applicability of some traditional magnitudes （ML， mb， mB， MS， and MJMA） were first described and compared. Additionally， the theoretical basis and calculation methods of two modern magnitude scales （Me and MW） were systematically explored. The determination methods of some moment magnitudes （i.e.， MWW， MWC， MWb， Mwp， and Mdt） were then introduced in accordance with different use data and applicable scenarios. Meanwhile， high－frequency GPS－based observation was increasingly used for the rapid determination of earthquake magnitudes due to the wide availability of GPS observation data. Finally， the time efficiencies of these magnitude determination methods were compared and analyzed， and the applicable scenarios and stability of different magnitude scales were discussed.

Keywords： magnitude determination; traditional magnitude; modern magnitude; moment magnitude

0 引言

地震作為自然界中最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，其震級大小一直都是人們關(guān)注的熱點。震級是衡量震源產(chǎn)生地震波大小或強(qiáng)度的標(biāo)度，由震級可以進(jìn)一步求得其他震源參數(shù)，如地震能量、破裂持續(xù)時間、地震烈度分布等，所以震級是應(yīng)急救援、地震危險性評估的重要依據(jù)［1－2］。

里克特（Richter）在1935年提出了地方性震級ML，也稱里氏震級。該震級是里克特根據(jù)古登堡（Gutenberg）與和達(dá)清夫（Wadati）的建議得出的［3］，這個震級是由伍德－安德森（Wood－Anderson）地震儀上記錄的水平方向上的最大振幅A來決定的，受限于震中距范圍和儀器精度，無法在全球范圍內(nèi)統(tǒng)一。

為了測定遠(yuǎn)距離淺源地震的震級，1945年古登堡通過測量周期約為20 s面波的水平位移基礎(chǔ)上，發(fā)展了面波震級MS［4］，同時有地震學(xué)家提出了與地震能量更加相關(guān)的質(zhì)點最大運動速度（A/T）max替換振幅A。為了確定震源深度超過30 km的地震震級，古登堡和里克特通過計算P波、PP波和S波的振幅，得到體波震級m［5－6］b。ML和mb都是根據(jù)相對短周期地震波的振幅計算出來的，通常mb和ML的周期小于3 s，而MS的周期在20 s左右（也稱為MS（20））［7］。隨著數(shù)字地震儀的發(fā)展，有限頻帶震級mb和MS（20）可以由寬頻帶震級mB（BB）和MS（BB）來補(bǔ)充。后兩種震級都是通過直接量取垂向上地震波最大速度vmax而得到的，以此方便統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行地震速報［8］。

ML、mb和MS等傳統(tǒng)震級標(biāo)度本質(zhì)上是經(jīng)驗性的，與地震的震源物理過程沒有直接關(guān)系。同時，在不同震級范圍內(nèi)都存在震級飽和現(xiàn)象，難以準(zhǔn)確測定大震震級［9］。由于地震矩與地震能量密切相關(guān)，Hanks和Kanamori[10]從地震矩角度出發(fā)，在1979年提出了矩震級MW，將震級與地震破裂、斷層作用等聯(lián)系起來，它是與位錯量的大小和破裂面積相關(guān)的力學(xué)量度，可以準(zhǔn)確測定任意大小的地震［11－12］。矩震級根據(jù)使用波形及適用情形等不同，又可以分為MWW、MWC、MWb、Mwp、Mdt等多種標(biāo)度。W震相（W－phase）是介于P波和S波之間的長周期震相，其反演具有不易限幅、結(jié)果相對穩(wěn)定、反演速度快等特點，在大震震后應(yīng)急響應(yīng)中得到廣泛應(yīng)用。Mwp主要通過對P波的矩張量反演確定海上大地震的海嘯潛力，后來擴(kuò)展到一般的遠(yuǎn)震［13］。Mdt是通過引入全球?qū)掝l帶地震臺記錄的直達(dá)P波最大位移與臺陣技術(shù)得到的震源持續(xù)時間相結(jié)合，提出的一種新的震級標(biāo)度，用以快速準(zhǔn)確測定大震震級［14］。

能量震級Me則直接對應(yīng)地震能量ES，能更好反映震源的動態(tài)特征，它與地震波速度、拐角頻率等重要震源物理參數(shù)相關(guān)，對大地震的破壞性可以進(jìn)行更好的描述［15］。隨著現(xiàn)代全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System， GPS）觀測技術(shù)的進(jìn)步，利用高頻GPS記錄的峰值地動位移（Peak Ground Displacement， PGD）來測定地震震級的方法又為地震學(xué)提供新的思路，它對低頻信號更敏感，且不會限幅，能夠更真實記錄地震的位移記錄［16］。

1 傳統(tǒng)震級

傳統(tǒng)震級標(biāo)度從整體上來看主要有兩個共性：一是在同一震源引起的地震中，震級越大，其對應(yīng)地震波的振幅越明顯;二是地震波從震源擴(kuò)散至觀測位置的過程中衰減是已知的［2］，都可用以下公式表示：

式中：M表示震級;A為最大振幅（最大地動位移）;T為周期;f（Δ，h）是用于對振幅隨震中距Δ和震源深度h的變化作校正的因子;Cs是臺站校正因子，Cr是震源校正因子，它們都是用來消除地殼結(jié)構(gòu)變化、巖性差異等因素的影響。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，地震學(xué)觀測的精度和要求越來越高，數(shù)字地震儀以其頻帶范圍寬、測定時效高的特點為研究提供了更強(qiáng)有力的支持。2001年，國際地震學(xué)和地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會（International Association of Seismology and Physics of the Earths Interior，IASPEI）利用寬頻帶地震記錄提出了新的震級標(biāo)度，并在我國首次成功應(yīng)用［17］，中國地震臺網(wǎng)中心（China Earthquake Networks Center，CENC）也于2017年在參照IASPEI新震級標(biāo)度的基礎(chǔ)上確定了國家震級標(biāo)準(zhǔn)［18］（GB 17740—2017），因此以下使用最新國家震級標(biāo)準(zhǔn)公式。

1.1 地方性震級（ML）

測定地方性震級ML應(yīng)使用仿真的DD－1短周期地震儀，記錄周期為0.1 ～3 s的S波或Lg的最大振幅。公式如下：

式中：A為最大振幅;AN＼，AE分別為南北向和東西向的最大振幅;Δ為震中距;R（Δ）為量規(guī)函數(shù)。ML主要用于測定震中距小于1 000 km的地震，其作為首個提出的地震震級，只考慮了最大位移的變化，未考慮到周期的影響，在量規(guī)函數(shù)R（Δ）中也沒有考慮與震源深度關(guān)系，再加上震中距的限制，所以ML主要適用于區(qū)域性的淺源地震。

1.2 面波震級

1.2.1面波震級MS

測定面波震級MS應(yīng)使用仿真的基式（SK）中長期地震儀，記錄周期為3～25 s水平向面波質(zhì)點運動的最大位移。公式如下：

式中：A為水平方向上地動位移的矢量和;T為周期;Δ為震中距。MS主要用于測定2°<Δ<130°范圍內(nèi)的地震，由于水平向上是瑞利波和勒夫波疊加的混合波，可能導(dǎo)致震級測定結(jié)果不穩(wěn)定，所以IASPEI選用仿真WWSN－LP（長周期）地震儀測定20 s左右的垂向面波。MS震級的震中距范圍較大，但可觀測到的震源深度較淺（h≤60 km），適用于測定淺源遠(yuǎn)震的震級。

1.2.2 寬頻帶面波震級MS（BB）

測定寬頻帶體波震級MS（BB）應(yīng)使用寬頻帶地震儀，在垂向上記錄周期為3～60 s面波的最大運動速度。公式如下：

式中：vmax為測得垂向面波質(zhì)點運動的最大速度;T為相應(yīng)周期;Δ為震中距。MS（BB）主要用于測定2°<Δ<160°，且h≤60 km范圍內(nèi)的地震。相較于IASPEI頒布的面波震級MS（20），寬頻帶震級MS（BB）有著更大的周期范圍，對于區(qū)域性的淺源小地震、大地震都同樣適用。

1.3 體波震級

1.3.1 短周期體波震級mb

測定短周期體波震級mb應(yīng)使用仿真的DD－1短周期地震儀，記錄周期為3 s以內(nèi)的P波在垂向上的最大運動位移。公式如下：

式中：A為P波的最大運動位移;T為周期;Δ為震中距;Q（Δ，h）為量規(guī)函數(shù)。mb主要用于測定5°<Δ<100°范圍內(nèi)的地震，由于只記錄短周期體波，無法對大震震級進(jìn)行準(zhǔn)確測定，比較容易出現(xiàn)震級飽和的情況。同時，P波震相基本不受震源深度的影響（0≤h≤700 km），可以被清楚地識別，再通過量規(guī)函數(shù)對震中距和深度進(jìn)行校正，可以快速測定中深源小震的震級。

1.3.2 寬頻帶體波震級mB（BB）

測定寬頻帶體波震級mB（BB）應(yīng)使用寬頻帶地震儀，在垂向上記錄周期為0.2～10 s體波的最大運動速度。公式如下：

式中：vmax為測得垂向體波質(zhì)點運動的最大速度;T為相應(yīng)周期;Δ為震中距;h為深度。mB（BB）主要用于測定5°<Δ<100°范圍內(nèi)的地震，一般只需要P波的初始地震波信號，測定較大震級的時間較短，因此在地震應(yīng)急、海嘯預(yù)警中應(yīng)用廣泛。

1.3.3 日本氣象廳震級MJMA

日本是世界上地震、海嘯災(zāi)害最頻發(fā)的國家之一，居民的生命財產(chǎn)安全遭受著嚴(yán)重威脅。巨大海嘯的產(chǎn)生很大程度上取決于地震的震級，海嘯預(yù)警需要在短時間內(nèi)準(zhǔn)確測定震級，為應(yīng)急減災(zāi)提供指導(dǎo)。日本氣象廳（JMA）依托于本土高密度的地震臺網(wǎng)，使用周期小于30 s的體波精確計算出日本海岸600 km范圍內(nèi)局部地震事件的震源位置和震級，通過該方法確定的震級被稱為MJMA［19］，公式如下：

當(dāng)?shù)卣鹗录M足震級大于6.5，深度小于100 km，并發(fā)生在海岸附近（150～200 km）以內(nèi)時，JMA使用地震預(yù)警（EEW）震級［20］，公式為：

式中：AD是通過積分加速度記錄得出的最大位移;Δ為震中距;H為深度;CD為常數(shù)。

2 現(xiàn)代震級

地震能量ES和地震矩M0是目前對于震源物理特征描述最清楚的參量。地震波能量ES是用于量化震源的特征量，地震以地震波形式輻射的能量主要集中在震源頻譜的拐角頻率附近［21］。對于地震危險性和風(fēng)險評估，地震能量ES的大小更受關(guān)注，特別是對于其中的高頻成分。地震矩M0是僅次于地震波能量ES的第二個量化震源的特征量，是描述地震大小的絕對力學(xué)量，它是源區(qū)不可恢復(fù)的非彈性變形的量度，這表明地震矩是斷層滑動引起地震強(qiáng)度的直接量度。地震矩M0和地震波能量ES是兩個重要的物理量，由地震矩M0可以得到矩震級MW，由地震波能量ES可以得到能量震級Me。

地震發(fā)生時絕大部分能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能（斷層位移和巖石破裂）并以熱能形式散失，很小一部分以地震波能量（ES）形式輻射出來，被臺站記錄到。盡管地震波能量（ES）占比很小，但仍是定量化判別地震大小的重要手段，也是地震學(xué)研究的重要參數(shù)之一［22－23］。古登堡和里克特［24］根據(jù)震級與地震能量的關(guān)系得到經(jīng)驗公式：

值得注意的是，利用震級與地震能量之間的經(jīng)驗關(guān)系來估計地震能量具有一定的局限性，僅僅是對地震能量的粗略估計。震級是針對單一頻段地震波的測定結(jié)果，例如測定短周期體波震級一般使用周期是1 s左右的體波信號，面波震級一般是使用20 s左右周期的面波信號，而地震能量的測定則應(yīng)考慮所有頻段的地震波能量。

2.1 MW的求解

地震矩最早是1966年由日本學(xué)者安蕓敬一（Ketti Aki）首次提出［25］，它既可以通過波長遠(yuǎn)大于震源尺度的地震波遠(yuǎn)場位移譜測定，也可以用近場地震波、地質(zhì)與大地測量等資料測定。我們假設(shè)地震過程中應(yīng)變能W等于地震波能量ES，根據(jù)Anderson等［26］的研究，地震矩和輻射能量之間存在一定的比例關(guān)系，可以從地震的長周期頻段中近似得到。Kanamori等［27］和Orowan等［28］利用這種比例關(guān)系提出了一個簡單的震源模型，得到了輻射能量ES和地震矩M0之間的關(guān)系。在地殼與地幔中，應(yīng)力降Δσ約為2～6 MPa，可得到地震能量與地震矩關(guān)系式：

對μ和Δσ都取平均值進(jìn)行計算，可近似得到ES=M02×104 ，針對大地震，我們可以測得斷層面積、斷層長度以及地震的平均位錯量等靜態(tài)震源參數(shù)，進(jìn)而測得地震矩M0。公式如下：

式中：μ為地殼與上地幔間存在介質(zhì)的剪切模量，約為（3～6）×104 MPa;D為斷層面的平均位錯量;A為斷層面面積。

地震矩M0是根據(jù)地震波形計算出來的。為計算地震矩，需要進(jìn)行傅里葉變換，將位移波形從時間域轉(zhuǎn)換到頻率域。從圖2中可以看出，近場位移脈沖的頻譜在低頻時表現(xiàn)為水平的Ω0，等于陰影部分的面積。隨著頻率增大，位移頻譜持續(xù)下降，角頻率fc與脈沖寬度τ成反比［29］。

式中：M0單位為N·m，由于矩震級是由地震矩計算出來的，所以不會出現(xiàn)震級飽和現(xiàn)象。地震矩M0是一個靜態(tài)物理量，它是由地震波振幅低頻分量的大小決定的，反映震源處的破裂強(qiáng)度。斷層面積越大，激發(fā)的長周期地震波的能量越大。所以地震矩與斷層長度、斷層寬度、震源斷裂平均位錯等靜態(tài)構(gòu)造效應(yīng)密切相關(guān)。

矩震級根據(jù)不同的地震波類型和適用范圍又劃分為多種，包括MWb、MWC、MWW、Mwp和Mdt等標(biāo)度（表2）。

式中：Mdt是事件的震級;Aij為事件j在第i個臺站記錄到的遠(yuǎn)震P波的最大位移，震中距為Δij;Nj是參與計算Mj的臺站數(shù)量;Tj為震源持續(xù)時間;α、β、γ、δ均為參數(shù)項。將該方法應(yīng)用于2004—2014年間發(fā)生在日本周邊的地震，得到的地震震級與美國地質(zhì)調(diào)查局最終確定的矩震級（MWW，MWC）基本相當(dāng)（標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.2）。在時間效率上，該方法速度快于基于全球地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)的W－phase反演震級方法，與基于區(qū)域地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)的W－phase反演震級方法相當(dāng)。由于遠(yuǎn)場直達(dá)P波最大位移正比于最大地震矩變化率（maximum moment rate），因此在假定地震震源持續(xù)時間函數(shù)為規(guī)則三角形或長方形的情況下，遠(yuǎn)場P波最大位移與破裂持續(xù)時間的乘積給出了地震的總地震矩（M0）（圖3）。通過地震矩，就得到了矩震級。該方法操作簡單，不涉及反演，能實現(xiàn)自動、快速（6～13 min）地獲得穩(wěn)定的震級估計。因此將新震級標(biāo)度Mdt與W－phase反演結(jié)果相互驗證、綜合利用，將能更好地實現(xiàn)快速準(zhǔn)確地測定大震震級。

此方法主要利用兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：（1）全球臺站的數(shù)據(jù)計算P波在垂向位移的最大幅值；（2）區(qū)域密集臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)，用反投影方法來計算地震的震源持續(xù)時間;（3）將兩者通過理論或經(jīng)驗公式結(jié)合，得出震級。

2.2 Me的求解

能量震級Me與一個明確的震源物理參數(shù)有關(guān)，即輻射的地震能量ES。地震輻射的能量以地震波的形式集中在震源頻譜的角頻率附近，這使得Me比MW更適合用來描述地震的破壞潛力［32－34］。MW是與震源譜的低頻漸近線有關(guān)，描述了地震源的整體構(gòu)造效應(yīng)，而Me則是在震源頻譜的更大頻率范圍內(nèi)計算的，與地震工程研究中感興趣的頻率更有關(guān)系。

彈性波釋放的能量與地面運動速度的平方成正比，假設(shè)地震的震源為點源，震源周圍為均勻球面，就可以用遠(yuǎn)震P波的垂直向記錄測定地震能量［35］。其公式為：

式中：α、β和ρ分別是P波速度、S波速度和震源處介質(zhì)密度；f1、f2分別代表積分截取頻率的最小值和最大值，代表地震矩率的導(dǎo)數(shù)（地震矩的二次導(dǎo)數(shù)）；f為頻率。經(jīng)過喬伊和博特萊特等的研究，確定了新的ES－MS的經(jīng)驗關(guān)系為［36－37］：

隨著數(shù)字地震學(xué)的發(fā)展，地震資料的觀測精度不斷提高，方法不斷更新，一方面可以利用寬頻帶地震記錄直接計算出地震能量，另一方面通過震源機(jī)制的校正和傳播效應(yīng)的修正可以建立新的理論公式。美國國家地震信息中心（National Earthquake Information Center，簡寫為NEIC）利用Boatwright和Choy在1986年提出的方法，測定全球范圍內(nèi)MW>5.5中強(qiáng)地震的輻射能量，進(jìn)而測得能量震級M［36］e。但其程序需要對震源機(jī)制進(jìn)行校正，因而測定能量震級的時間較長。德國國家地球科學(xué)研究中心（Helmholtz－Zentrum Potsdam－Deutsches Geo Forschungs Zentrum，簡寫為GFZ）也在積極探索能量震級的測定方法，Di Giacomo等［38－39］提出一個新的程序，建立了新的輻射能量計算公式，使用發(fā)震后短時間內(nèi)震中距20°～98°范圍內(nèi)的遠(yuǎn)震P波來計算能量震級Me?？紤]地震波從震源到接收器傳播過程中所經(jīng)歷的頻率衰減，通過應(yīng)用不同頻率的頻譜振幅衰減函數(shù)，來實現(xiàn)對傳播路徑效應(yīng)的修正。該程序避免了時間窗口飽和的問題，并通過研究證明輻射圖樣對輻射能量的測定結(jié)果影響較小，不需要根據(jù)震源機(jī)制解對結(jié)果進(jìn)行修正，因此在時效性上有了明顯提高。

地震以地震波形式輻射的能量主要集中在震源譜的拐角頻率附近，因此能量震級Me更適合描述地震的潛在破壞性。對于地震災(zāi)害與風(fēng)險評估，人們更關(guān)注的是地震輻射能量ES的大小，特別是其高頻成分的地震輻射能量。從斷裂動力學(xué)、運動學(xué)以及地震所造成災(zāi)害的角度來說，地震能量與應(yīng)力降、震源破裂速度密切相關(guān)，因此聯(lián)合測定MW和Me對于量化和評估地震或海嘯造成的災(zāi)害評估具有十分重要的意義［40］。

2.3 基于高頻GPS觀測的地震震級

隨著應(yīng)急地震學(xué)的發(fā)展，開發(fā)可靠的地震預(yù)警（Earthquake Early Warning，EEW）方法，量化地面運動和地震源參數(shù)之間的關(guān)系顯得尤為關(guān)鍵。在時間域中，典型的地面運動指標(biāo)包括地面加速度峰值、有效地面加速度峰值、地面速度峰值和地面位移峰值（分別為PGA、EPGA、PGV和PGD）。頻率域中的指標(biāo)包括主要周期［41］以及頻譜加速度、速度和位移［42］。不同震級和距離范圍的地震引起的地面運動記錄被合成為一系列參數(shù)，而后這些參數(shù)被應(yīng)用于地震學(xué)的研究中［43］。

在傳統(tǒng)的震級測定中，地震儀的傳感器是慣性框架下產(chǎn)生的直接觀測值，因此對微弱地震動信號敏感。但當(dāng)大地震發(fā)生時，基于慣性原理設(shè)計的地震儀難以記錄地面強(qiáng)震動，測得的地震動值常出現(xiàn)限幅現(xiàn)象。而全球定位系統(tǒng)（GPS）的位置和位移均是在地球參考框架下計算得出的，不會受到基線偏移的影響，可以直接測量地表強(qiáng)震動位移。盡管GPS測量的噪聲基底限制了其對于地震事件的敏感度，但在一定范圍內(nèi)地面位移峰值與震級還是有著良好的相關(guān)性，并且GPS觀測記錄不會出現(xiàn)震級飽和現(xiàn)象，可以用來測定大震震級。實時GPS觀測比使用P波初動的地震預(yù)警方法耗時長，但得到的震級更為準(zhǔn)確，可以及時評估震害和海嘯預(yù)警。Crowell等［44］提出了如下的峰值地動位移統(tǒng)計關(guān)系，描述了不同震級在近、中、遠(yuǎn)場的地震動衰減關(guān)系。其公式為：

lg（PGD）=A+BMW+CMWlgR （21）

式中：A、B和C是回歸系數(shù)；R是震源距離。PGD（峰值地動位移的簡稱）是未經(jīng)濾波的GPS地震圖上的動態(tài)位移峰值，單位為cm。利用高頻GPS記錄的峰值地動位移（PGD）來測定地震震級的方法可以為地震學(xué)提供新的思路，它對低頻信號更敏感，不會限幅，能夠更真實的記錄地震的位移。

3 討論和結(jié)論

3.1 震級飽和

利用觀測到的地震波振幅確定震級時，由于不同震級標(biāo)度測定的是特定頻段的地震波振幅，當(dāng)震級大到一定的級別時，測得的最大振幅不再增加，致使測得的地震震級不再隨地震的增大而增大的現(xiàn)象，稱為震級飽和（magnitude saturation）。

傳統(tǒng)的震級標(biāo)度，如地方性震級ML、體波震級mb、長周期體波震級mB及面波震級MS等，不一定能反映出大地震的真實規(guī)模，因為它們來自對大地震的研究，由相對較短的周期振幅（約1～20 s）得出的，超過一定限度就會飽和（ML：～6.2，mb：～5.5，MS：～8.2;見圖4）。對于大地震，單一頻帶的振幅不能代表整個斷層的特征［9，12］，地震破裂過程涉及一個廣泛的周期（或頻率）范圍，至少從0.1 s到1 h，振幅范圍很寬，大約從1 μm到30 m［12］。較大的地震在較長的周期（較低的頻率）范圍內(nèi)會釋放出更多的能量。

一般來講，在較低的頻率范圍，地震越大，地震矩隨之增大。對8級以下地震，不同震級對應(yīng)的振幅值反映了地震矩M0。隨著地震震級的增加，越來越難測得真實的地震矩。如圖5所示，只有當(dāng)使用頻率低至0.05 Hz的地震信號時，才可能正確測定8級地震的真實大小。

根據(jù)源模型預(yù)測的P波頻譜，假設(shè)恒定的應(yīng)力降為3 MPa，低頻的振幅等于地震矩M0，圓圈表示角頻率fc

3.2 震級求解的時效性

近些年來，無論是2008年汶川大地震還是2011年日本東北大地震等破壞性大震，都體現(xiàn)出震級和烈度評估不準(zhǔn)而導(dǎo)致公民的生命和財產(chǎn)遭受了巨大損失。因此，加強(qiáng)建筑物抗震強(qiáng)度，重視應(yīng)急地震學(xué)研究迫在眉睫。應(yīng)急地震學(xué)的重點研究內(nèi)容之一就是利用波形信息快速確定震級等震源參數(shù)［46］?；跍?zhǔn)確地震震級，結(jié)合震災(zāi)區(qū)的強(qiáng)地面震動記錄，就可以快速確定地震的破裂過程，科學(xué)評估各地區(qū)可能的受災(zāi)程度［47－48］，為抗震減災(zāi)提供精準(zhǔn)指導(dǎo)。所以震級測定的時效性，顯得尤為重要。

傳統(tǒng)的地方性震級ML、面波震級MS、體波震級mb等在震后數(shù)分鐘內(nèi)由中國地震臺網(wǎng)中心測定得到，根據(jù)不同情況進(jìn)行速報：對于M＜4.5的淺源地震，一般選用地方性ML震級進(jìn)行發(fā)布;對于M≥4.5的淺源地震，一般選擇面波震級MS進(jìn)行發(fā)布;對于中深源地震，一般選擇短周期體波震級mb進(jìn)行發(fā)布。借助于數(shù)字地震儀的進(jìn)步，寬頻帶面波震級MS（BB）和寬頻帶體波震級mB（BB）可以在原始的速度寬頻帶記錄儀上直接測定，這給我國地震速報工作提供了很大幫助。而矩震級MW和能量震級Me由于需要計算地震矩M0和地震能量ES，測定方法較為復(fù)雜，在震后快速測定過程中往往存在因觀測數(shù)據(jù)不足而存在不穩(wěn)定性。因此，針對大震，采用MWW和Mdt等多種震級標(biāo)度相互驗證，可更精準(zhǔn)有效地判定大震震級，為大震應(yīng)急救援與海嘯預(yù)警提供基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)。

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（本文編輯：張向紅）

收稿日期：2022-10-20

第一作者簡介：劉同輝（1998-），男，碩士研究生，主要從事震級和地震地質(zhì)研究方面的工作。E－mail：liuth15588133296@163.com。

通信作者：王 墩，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事觀測地震學(xué)、地震地質(zhì)及大震實時減災(zāi)方面研究。E－mail：wangdun@cug.edu.cn。