趙仲和

（中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045）

（作者電子信箱，趙仲和：zhzhao＠seis．a(chǎn)c．cn）

1935年，里克特［1］提出用 “震級（magnitude）”描述地震的大?。╯ize），并建立近震震級ML標(biāo)度和定義零級地震。經(jīng)過70多年的發(fā)展和演化，原來的ML標(biāo)度已經(jīng)變樣（見附錄），新的震級標(biāo)度不斷涌現(xiàn)［2］。現(xiàn)今，對于地震工作者而言，如何測好、用好震級這個地震基本參數(shù)，還真不是一個簡單的問題。本文就有關(guān)震級標(biāo)度的一些 “熱點”問題，提些個人看法，不當(dāng)之處，還望指正。

1 關(guān)于震級的國家標(biāo)準(zhǔn)

我國建立了測定震級的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB17740—1999《地震震級的規(guī)定》），美國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布了震級測定 “政策”（USGS Earthquake Magnitude Policy（2002年1月18日 起施行），http：∥earthquake．usgs．gov／aboutus／docs／020204mag＿policy．php），都主要是為了在大地震發(fā)生之后能夠及時地向社會公眾提供單一的、不會造成困惑的震級估計值，是地震監(jiān)測社會功能的體現(xiàn)。我國震級國家標(biāo)準(zhǔn)的實施收到了良好的社會效果。這是必要的，也是必須堅持的。但國家標(biāo)準(zhǔn)也要與時俱進(jìn)，在保持相對穩(wěn)定的前提下，針對實施中出現(xiàn)的問題和地震觀測技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行必要的修改。在全世界都已接受矩震級的今天，作為國家首選震級，不宜固守以傳統(tǒng)的面波震級為基礎(chǔ)的震級標(biāo)度。為此，應(yīng)及早進(jìn)行準(zhǔn)備，建立我國有權(quán)威性的地震矩和矩震級測量規(guī)范并開展相應(yīng)的研究工作。

2 關(guān)于多種震級標(biāo)度

由于地震過程的復(fù)雜性，只用單一震級不足以定量描述地震的大小。猶如傳統(tǒng)的近震震級ML、體波震級mb和面波震級MS各有其局限性一樣，其實，矩震級MW也有其局限性。多種震級標(biāo)度能提供更多關(guān)于震源的信息，設(shè)想使用單一震級取代其他震級是不實際的。表1列出了一些震例，對這些地震，近年來在國內(nèi)主要刊物上發(fā)表了用CAP（剪切－粘貼法）［3－4］方法測定 MW（和 震源深度）的結(jié)果。表1還列出了中國地震臺網(wǎng)中心和美國地質(zhì)調(diào)查局國家地震信息中心震中初步報告（USGS／NEIC PDE）的震級（和震源深度）測定結(jié)果。我們看到不同震級標(biāo)度震級值的差別，也看到同為矩震級MW，使用不同的數(shù)據(jù)和方法所得結(jié)果的差別。這些震級值的差別包含了與震源復(fù)雜過程有關(guān)的因素，但也包含了測定值本身的誤差。如果不能把測定值的誤差控制在一個小的范圍內(nèi)，便無法利用這種差別來認(rèn)識地震的本質(zhì)特性。

表1 近年來在國內(nèi)主要刊物上發(fā)表的用CAP方法測定MW的部分地震的不同類型震級和震源深度值

3 關(guān)于 “全覆蓋”震級

單靠一種震級標(biāo)度不能實現(xiàn)震級可能范圍的全覆蓋。在震級的高端，傳統(tǒng)震級有飽和問題，基于點源假定的矩震級也有飽和問題，只是飽和震級更高些。在震級的低端，盡管人們在努力降低能夠可靠測定MW的震級下限，但在地震臺網(wǎng)監(jiān)測能力強(qiáng)的地區(qū)，完整性震級MC仍低于MW的震級下限。因此，在區(qū)域地震活動性的統(tǒng)計分析中ML震級標(biāo)度仍是首選。例如我國南北帶［10］、龍門山斷裂 地 區(qū)［11］、美 國 南 加 利 福 尼 亞［12－13］地震目錄完整性分析都是使用ML。但也有用MS的，例如對新疆部分地區(qū)的小地震目錄完整性分析［14］，該文中分析的震級下限低至MS～0級，這不會是直接測定的MS，而是從其他震級標(biāo)度，例如ML轉(zhuǎn)換而來的?？梢姡瑔慰恐苯訙y定的任何一種震級都不能達(dá)到震級范圍的全覆蓋。

4 關(guān)于震級的換算

震級標(biāo)度關(guān)系，即不同震級標(biāo)度的換算關(guān)系，是一種統(tǒng)計意義上的換算關(guān)系，適用于大量地震的震級標(biāo)度轉(zhuǎn)換，從而擴(kuò)展一種震級標(biāo)度的震級覆蓋范圍，有助于進(jìn)行地震活動性的統(tǒng)計分析。例如，在瑞士，通過建立ML與MW的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將MW地震目錄的震級下限擴(kuò)展到1級［15］。Goertz－Allmann等［15］分析了3種利用地震波譜測定小地震標(biāo)量地震矩的結(jié)果，建立了ML＜2、2≤ML≤4和ML＞4的3段轉(zhuǎn)換關(guān)系。但是，應(yīng)該指出，對于任何地震個體，轉(zhuǎn)換后的震級值已經(jīng)不能以轉(zhuǎn)換后震級標(biāo)度的本來意義反映地震個體的特性。例如，矩震級和能量震級反映的是地震震源的不同特性，矩震級反映的是震源的靜態(tài)特性，而能量震級反映的是震源輻射地震波過程的動態(tài)特性。又比如，mb／MS是鑒別地下核爆炸的重要判據(jù)，如果MS是用換算關(guān)系從mb變來的，那就沒有任何鑒別意義了。

5 關(guān)于震級標(biāo)度的校準(zhǔn)

通常，4．5級以上地震的MW是穩(wěn)健的震級標(biāo)度，因此，有理由用測得好的MW震級來校準(zhǔn)（標(biāo)定）ML震級標(biāo)度。通過校準(zhǔn)，即修正原來的ML量規(guī)函數(shù)，使測得的ML震級更接近于MW震級。這種校準(zhǔn)不同于震級換算，對于單個地震的震級測定仍然是獨立的。關(guān)于用MW標(biāo)度來校準(zhǔn)ML標(biāo)度，有Ristau等［16］對加拿大西海岸外地震的ML標(biāo)度的校準(zhǔn)，以及其后在其他地區(qū)的類似工作。Wu等［17］利用臺灣地區(qū)震源深度＜35km的56個哈佛CMT震級在4．7～6．2的地震作為校準(zhǔn)地震，建立ML的新量規(guī)函數(shù)，使ML更接近于MW。

6 關(guān)于改善震級的測定

不管是哪一種震級標(biāo)度，把震級值測好是首要的。為此，似應(yīng)考慮以下方面。

6．1 震級值的穩(wěn)健性

對于傳統(tǒng)的近震震級ML、體波震級mb和面波震級MS，為增強(qiáng)震級值的穩(wěn)健性，建議采用如美國國家地震信息中心（NEIC）使用的 “25%截尾平均”取代我們現(xiàn)行的多臺簡單平均，從而消除個別臺站的震級 “離群”測量值對結(jié)果的影響；對于地震矩的測量，其實也是多臺平均，也應(yīng)有拋臺規(guī)則（例如，拋掉波形擬合相關(guān)系數(shù)低于90%的臺站）。對多臺平均的方位分布也要有要求，類似地震定位那樣，參與確定震級的臺站相對于震中的空隙角（gap）應(yīng)盡量小于90°。

6．2 震級值的精度（precision）

要改善測定震級值的精度，引入震級的臺站校正值是必要的。目前，在我們的震級測定中，不論是國家臺網(wǎng)，還是區(qū)域臺網(wǎng)，都不采用臺站震級校正值。Wu等［17］對臺灣地區(qū)的臺站再次測定震級ML的臺站校正值，從而提高了測定精度，值得我們借鑒。在許多地區(qū)開展了區(qū)域地震波衰減和臺站場地響應(yīng)的研究，這些結(jié)果可用于震級量規(guī)函數(shù)的修定和臺站校正值的測定。

6．3 震級值的準(zhǔn)確度

對于測量值，不但要看其精度，還要看其準(zhǔn)確度。例如，關(guān)于震源參數(shù)、介質(zhì)衰減和臺站響應(yīng)的聯(lián)合反演，由于涉及的待定參數(shù)太多，而且彼此并不真正相互獨立，因此，得到的地震矩和由此導(dǎo)出的矩震級盡管可以認(rèn)為精度高，但準(zhǔn)確度不一定高。例如，Drouet等［18］在進(jìn)行震源、衰減參數(shù)和場地響應(yīng)聯(lián)合反演時計算了被測定參數(shù)的相關(guān)矩陣，發(fā)現(xiàn)衰減參數(shù)和震源參數(shù)之間存在相關(guān)性。因此，需要有可用于作為標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)地震來對結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)?？梢詫y得好的矩張量解得到的矩震級作為校準(zhǔn)用震級，來校準(zhǔn)其他測定矩震級的方法。例如，Mayeda等［19］使用通過矩張量反演得到可靠矩震級的地震事件作為校準(zhǔn)事件，建立起穩(wěn)定的基于尾波的矩震級。

7 結(jié)語

文中引用的參考文獻(xiàn)只是大量關(guān)于震級研究成果中的一小部分，僅僅用來說明文中提出的一些看法。為了對震級測定中存在的問題進(jìn)行深入研究，還需要進(jìn)行更廣泛的調(diào)研和分析。

附錄：世界上一些地區(qū)的ML新量規(guī)函數(shù)

世界上不少地區(qū)建立了自己的ML量規(guī)函數(shù)，其中有一些仍以震中距Δ作為自變量，但也出現(xiàn)了一些以震源距R作為自變量的ML量規(guī)函數(shù)公式。附錄表1中列舉了部分以R為自變量的ML量規(guī)函數(shù)，資料取自《新地震觀測實踐手冊》［20］第584頁表2，感興趣的讀者可從那里找到這些公式的出處。可以看到，不同地區(qū)有其自己的特點。如美國西部大盆地以震中距90km為界將量規(guī)函數(shù)分成了兩段；希臘則按震級在ML3．7以上和3．7以下使用不同的公式；在中歐，不同作者給出了不同的量規(guī)函數(shù)，1984年發(fā)表的量規(guī)函數(shù)中有周期T，而2001年發(fā)表的量規(guī)函數(shù)中則沒有出現(xiàn)周期T。

附錄表1 以震源距R為自變量的一些ML量規(guī)函數(shù)［20］，表中Δ為震中距，T為周期

（作者電子信箱，趙仲和：zhzhao＠seis．a(chǎn)c．cn）

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