劉瑞豐

引言

地震發(fā)生后，人們首先關(guān)注的問(wèn)題之一就是這次地震有多大？

震級(jí)是表示地震大小的一個(gè)量，是地震的基本參數(shù)之一。根據(jù)震級(jí)可以近似地得到其他震源參數(shù)，如地震能量、地震矩、震源破裂時(shí)間、斷層長(zhǎng)度、斷層面積等。對(duì)于淺源地震來(lái)說(shuō)，震級(jí)越大，地震所造成的災(zāi)害越嚴(yán)重，所以震級(jí)還是開(kāi)展地震應(yīng)急、地震救援與災(zāi)害損失評(píng)估的重要參數(shù)。因此，震級(jí)具有科學(xué)性和社會(huì)性雙重屬性。無(wú)論是從科學(xué)研究的角度，還是從社會(huì)需求的角度，快速、準(zhǔn)確地測(cè)定出地震的大小都是一件意義重大的基礎(chǔ)性工作。

1935年，美國(guó)著名地震學(xué)家里克特（C.F.Richter）提出了震級(jí)的概念，發(fā)明了測(cè)量地震大小的方法，第一次把地震大小變成了可測(cè)量、可相互比較的量，使地震學(xué)成為一門定量的科學(xué)（圖1）。為了紀(jì)念里克特在震級(jí)測(cè)定領(lǐng)域做出的突出貢獻(xiàn)，普及地震知識(shí)，他的生日4月26日被美國(guó)設(shè)成“里克特震級(jí)標(biāo)度日”（RichterScaleDay）。

圖1 里克特（1900—1985）

震級(jí)的巧妙之處

地震是一種發(fā)生在地球深部的自然現(xiàn)象，震源深度從幾千米到七百多千米；地震的大小又相差懸殊，可小到人們不能感覺(jué)，也可大到震撼山岳，山河改觀。地震的震源非常復(fù)雜，不同類型的地震輻射地震波的差異很大，地震產(chǎn)生的地面震動(dòng)的幅度和頻率范圍都很大。而用于觀測(cè)地震的地震臺(tái)站分布在地表，要準(zhǔn)確測(cè)定地震的大小，并不是一件容易的事。

地震實(shí)際上是震源在很短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量能量，其中一部分能量以地震波的形式向外傳播。因此，地震學(xué)家認(rèn)識(shí)到以地震能量來(lái)規(guī)定地震的大小最為合適。然而，在模擬記錄時(shí)代，要測(cè)定地震能量難度非常大。如何準(zhǔn)確地測(cè)定地震的大?。窟@是一個(gè)長(zhǎng)期困擾地震學(xué)家的問(wèn)題。從1875年近代地震儀器發(fā)明以來(lái)，一直到震級(jí)概念的提出，整整用了60年的時(shí)間。

全球的地震臺(tái)網(wǎng)每年記錄到的地震有500萬(wàn)次，只不過(guò)絕大多數(shù)地震人們感覺(jué)不到，只有靈敏的地震儀器可以記錄到這些地震。因此，地震學(xué)家意識(shí)到雖然地震是一種復(fù)雜的自然現(xiàn)象，但也需要采用一種便于實(shí)際操作的方法測(cè)定地震的大小，以滿足地震臺(tái)網(wǎng)每天分析處理大量地震的實(shí)際需求。

任何一種波都具有多種頻率成分，但對(duì)于某一特定的波來(lái)講，在其頻譜中卻有一個(gè)或幾個(gè)起主導(dǎo)作用的“優(yōu)勢(shì)頻率”或“優(yōu)勢(shì)周期”。對(duì)于光波來(lái)講，不同的優(yōu)勢(shì)頻率決定了不同的顏色；對(duì)于聲波來(lái)講，不同的優(yōu)勢(shì)頻率決定了不同的音調(diào)；而對(duì)于地震波來(lái)講，不同的震相及其優(yōu)勢(shì)頻率決定了地震的類型。因此，通過(guò)對(duì)地震波形分析，對(duì)地震進(jìn)行分類。

1.近震：對(duì)于1000km以內(nèi)的近震，P波和S波周期較小，一般在0.01～2s。用短周期地震儀器記錄S波最大振幅的周期一般在0.8～1.2s之間，其優(yōu)勢(shì)周期為1.0s左右；

2.淺源地震：對(duì)于1000km以外的淺源地震，地震波頻帶較寬，P波周期一般在4～6s，S波周期一般在6～10s，面波周期大多在10～25s。用長(zhǎng)周期地震儀器記錄面波最大振幅的周期一般在18～22s之間，其優(yōu)勢(shì)周期為20s左右；

3.中深源地震：P波初動(dòng)尖銳，面波不發(fā)育，與相同震級(jí)和震中距的淺源地震相比，地震持續(xù)時(shí)間短。

震級(jí)的巧妙之處就在于采用“單一頻率”的多種震級(jí)標(biāo)度，表示不同類型地震的大小。用簡(jiǎn)單的方法，解決了地震定量這一難題。常用的傳統(tǒng)震級(jí)有3種，包括地方性震級(jí)ML、面波震級(jí)MS和體波震級(jí)mB。這3種震級(jí)都有各自的適用范圍。ML適合表示近震的大??；MS適合表示淺源遠(yuǎn)震的大?。籱B適合表示不同震源深度地震的大小，尤其是適合表示中源地震、深源地震和地下核爆炸的大小。使用這3種震級(jí)就可以表示所有類型地震的大小。

全球震級(jí)測(cè)定的發(fā)展

自從1935年“震級(jí)”的概念被提出后，就在世界各國(guó)得到了普遍的應(yīng)用，各國(guó)和國(guó)際地震機(jī)構(gòu)，根據(jù)自己的研究成果和觀測(cè)數(shù)據(jù)，建立了適合于不同區(qū)域的經(jīng)驗(yàn)公式。根據(jù)震級(jí)的測(cè)定方法劃分，震級(jí)可以分為傳統(tǒng)震級(jí)和現(xiàn)代震級(jí)兩大類。

（一）傳統(tǒng)震級(jí)

傳統(tǒng)震級(jí)（TraditionalMagnitude）是用“單一頻率”地震波（P波、S波或面波）的振幅A和周期T測(cè)定的震級(jí)。常用的有地方性震級(jí)ML、面波震級(jí)MS和體波震級(jí)mB。

1.地方性震級(jí)ML

1925年，美國(guó)地震學(xué)家伍德（H.O.Wood）和安德森（J.M.Anderson）設(shè)計(jì)了著名的伍德-安德森短周期地震儀器，其常數(shù)：擺的固有周期為0.8s，阻尼常數(shù)為0.8，放大率2800倍。

始建于1921年的美國(guó)南加州地震臺(tái)網(wǎng)，發(fā)展到1935年共有12個(gè)地震臺(tái)，全部配置伍德-安德森短周期地震儀器，記錄了幾百個(gè)地震，地震的大小變化范圍很大，從幾乎是無(wú)感地震直至大地震。1935年，里克特在編輯美國(guó)南加州的地震目錄時(shí)發(fā)現(xiàn)，南加州的地震都比較淺，震源深度一般都小于15km，且不同臺(tái)站記錄同一地震的波形幅度差別很大。他同時(shí)注意到這樣一個(gè)事實(shí)：地震波的振幅隨距離的衰減是有規(guī)律的，可用來(lái)測(cè)定地震大小。于是，里克特提出了第一個(gè)震級(jí)標(biāo)度——地方性震級(jí)ML。

2.面波震級(jí)MS

作為一種短周期地震儀，伍德-安德森地震儀可以較好地記錄近震短周期地震波。然而，在地震波的傳播過(guò)程中，由于高頻地震波的衰減要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低頻地震波，當(dāng)?shù)卣饍x距離震中較遠(yuǎn)時(shí)，這種地震儀的記錄能力變得有限，用地方性震級(jí)ML就無(wú)法測(cè)定全球范圍遠(yuǎn)震的大小。

在遠(yuǎn)震的長(zhǎng)周期地震儀器的記錄圖上，最大的振幅是面波，對(duì)于震中距Δ>2000km的淺源地震，面波水平向振幅最大值的周期一般都在20s左右。1945年，古登堡（B.Gutenberg）將測(cè)定地方性震級(jí)ML的方法推廣到遠(yuǎn)震，提出了面波震級(jí)MS，彌補(bǔ)了地方性震級(jí)的局限性。

3.體波震級(jí)mB

面波震級(jí)MS可以表示遠(yuǎn)距離淺源地震的大小，但對(duì)于面波不發(fā)育的中源地震、深源地震和地下核爆炸，則無(wú)法直接測(cè)定面波震級(jí)。1945年，古登堡提出了體波震級(jí)標(biāo)度mB，完善了對(duì)遠(yuǎn)距離地震大小的量度。對(duì)于不同震源深度的遠(yuǎn)震和地下核爆炸，都能測(cè)定體波震級(jí)。

地方性震級(jí)、面波震級(jí)和體波震級(jí)構(gòu)成了傳統(tǒng)震級(jí)體系的基本框架，用這3種震級(jí)就可以表示所有類型地震的大小。在此基礎(chǔ)上，各國(guó)的地震學(xué)家根據(jù)實(shí)際工作需求，又提出了其他震級(jí)，這些震級(jí)都是與上述3種基本震級(jí)對(duì)接的震級(jí)。如：持續(xù)時(shí)間震級(jí)Md是與ML對(duì)接的震級(jí)；日本震級(jí)MJ是與MS對(duì)接的震級(jí)，與古登堡的面波震級(jí)做過(guò)很好的校準(zhǔn)。

2001年國(guó)際地震學(xué)與地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會(huì)（IASPEI）成立一個(gè)由來(lái)自德、中、美、英、韓等國(guó)的12名專家組成 的 震 級(jí) 測(cè) 定 工 作 組（WorkingGrouponMagnitudeMeasurements），負(fù)責(zé)制定《IASPEI震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，德國(guó)的鮑曼（P.Bormann）教授任工作組組長(zhǎng)，我國(guó)劉瑞豐研究員是該工作組的主要成員。

鑒于寬頻帶數(shù)字地震儀在震級(jí)測(cè)定方面的優(yōu)勢(shì)，早在1996年，劉瑞豐就開(kāi)展了基于速度平坦型寬頻帶地震儀器的震級(jí)測(cè)定研究工作，提出了基于寬頻帶數(shù)字地震資料的面波震級(jí)測(cè)定方法，該研究結(jié)果被IASPEI震級(jí)工作組采納，這就是《IASPEI震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》中的寬頻帶面波震級(jí)MS（BB）和寬頻帶體波震級(jí)mB（BB）。2005年10月，在智利圣地亞哥召開(kāi)的IASPEI會(huì)議上，IASPEI地震觀測(cè)和解釋委員會(huì)（CoSOI）通過(guò)了震級(jí)工作組提交的《IASPEI震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》，并由IASPEI將新標(biāo)準(zhǔn)推薦給各個(gè)國(guó)家使用。隨后，在鮑曼和劉瑞豐的組織下，《IASPEI震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》首次在中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)應(yīng)用，得到了非常有意義的結(jié)果，對(duì)其他國(guó)家采用《IASPEI震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》起到了有益的參考作用。

總之，傳統(tǒng)震級(jí)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)定方法簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是任何一種震級(jí)都有其固有的局限性，一種震級(jí)只能表示一種類型地震的大小，并具有“震級(jí)飽和”現(xiàn)象。

（二）現(xiàn)代震級(jí)

現(xiàn)代震級(jí)（ModernMagnitude）是用斷層破裂面的面積S、斷層平均位錯(cuò)量D、震源輻射地震波能量ES等震源物理參數(shù)測(cè)定的震級(jí)，包括矩震級(jí)Mw和能量震級(jí)Me?，F(xiàn)代震級(jí)測(cè)定方法相對(duì)復(fù)雜，任何一種震級(jí)都能表示所有類型地震的大小，不存在“震級(jí)飽和”的現(xiàn)象。

1.矩震級(jí)Mw

1977年，日本地震學(xué)家金森博雄提出了更能直接反映地震過(guò)程物理性質(zhì)的矩震級(jí)Mw標(biāo)度。矩震級(jí)Mw的引入，使歷史上的一些大地震露出了真實(shí)面目。比如1957年3月9日阿留申群島地震的面波震級(jí)MS為8.1，現(xiàn)修訂矩震級(jí)Mw為9.1；1960年5月22日智利地震的面波震級(jí)MS為8.5，現(xiàn)修訂矩震級(jí)Mw為9.5；1964年3月28日美國(guó)阿拉斯加地震的面波震級(jí)MS為8.4，現(xiàn)修訂矩震級(jí)Mw為9.2，等等。

2.能量震級(jí)Me

1995年，喬伊和博特賴特提出了能量震級(jí)標(biāo)度（ChoyandBoatwright，1995）。能量震級(jí)（Energymagnitude）與震源物理參數(shù)，即輻射的地震能量（ES）有關(guān)，用Me表示，實(shí)質(zhì)上就是用地震能量來(lái)表示地震的大小。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，Mw和Me都是與面波震級(jí)MS對(duì)接的震級(jí)，當(dāng)面波震級(jí)MS沒(méi)有達(dá)到震級(jí)飽和時(shí)，Mw、Me與MS基本一致，當(dāng)面波震級(jí)MS達(dá)到震級(jí)飽和時(shí)，Mw、Me是MS的延續(xù)。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，震級(jí)標(biāo)度已經(jīng)形成了一個(gè)完整的體系。從圖2可以看出不同震級(jí)之間的傳承關(guān)系，就像一個(gè)家族的家譜一樣，后面的震級(jí)都可以溯源到1935年的地方性震級(jí)ML，“零級(jí)地震”也是用ML來(lái)確定。

我國(guó)震級(jí)測(cè)定的發(fā)展

中華人民共和國(guó)成立以后，我國(guó)根據(jù)1956年制訂的《1956—1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃》要求，結(jié)合1957年國(guó)際地球物理年（IGY）的工作，于1957年3月后陸續(xù)建設(shè)了昆明、成都、蘭州、南京、佘山、大連等國(guó)家基準(zhǔn)臺(tái)和海拉爾、天水、南昌、桂林、紅山、合肥、洛陽(yáng)等國(guó)家基本臺(tái)，為我國(guó)的震級(jí)測(cè)定工作打下了基礎(chǔ)。

（一）震級(jí)標(biāo)度的引進(jìn)與發(fā)展

20世紀(jì)50年代中期，鑒于我國(guó)地震臺(tái)上安裝的并非是與里克特地方性震級(jí)ML對(duì)應(yīng)的伍德－安德森短周期地震儀器，因此不能原封不動(dòng)地將地方性震級(jí)ML照搬至我國(guó)。1959年，李善邦（圖3）根據(jù)我國(guó)使用的短周期儀器和中長(zhǎng)周期儀器的特性，將里克特在美國(guó)南加州建立的地方性震級(jí)標(biāo)度ML引進(jìn)到中國(guó)，并建立了與中國(guó)短周期儀器特性和中長(zhǎng)周期儀器特性相對(duì)應(yīng)的地方性震級(jí)量規(guī)函數(shù)R1（Δ）和R2（Δ），建立了我國(guó)地方性震級(jí)ML標(biāo)度，用于測(cè)定1000km以內(nèi)淺源地震的大小，但無(wú)法測(cè)定遠(yuǎn)震的大小。

圖3 李善邦（1902—1980）

1971年，郭履燦先生根據(jù)古登堡提出的面波震級(jí)標(biāo)度，利用1956—1962年北京地震臺(tái)和國(guó)外6個(gè)地震臺(tái)記錄的143個(gè)地震資料，提出了北京地震臺(tái)的面波震級(jí)MS計(jì)算公式。1966年1月后，我國(guó)的地震報(bào)告開(kāi)始采用北京地震臺(tái)的面波震級(jí)公式。

1985年以后，我國(guó)763長(zhǎng)周期地震臺(tái)網(wǎng)建成并投入使用，該儀器的參數(shù)與美國(guó)的世界標(biāo)準(zhǔn)地震臺(tái)網(wǎng)（WWSSN）長(zhǎng)周期儀器（LP）保持一致。1988年，陳培善先生提出了選用垂直向瑞利面波的最大振幅和周期測(cè)定MS7的方法，使得我國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定的MS7與美國(guó)國(guó)家地震信息中心（NEIC）測(cè)定的MSZ一致，沒(méi)有系統(tǒng)差。為便于比較，在地震觀測(cè)報(bào)告中除了給出MS以外，也給出MS7。

1996年，劉瑞豐根據(jù)IASPEI推薦的面波震級(jí)公式，提出了用速度平坦型數(shù)字地震資料測(cè)定面波震級(jí)的方法，并使用全球地震臺(tái)網(wǎng)（GSN）的資料，測(cè)定了一些6.1～6.7級(jí)地震的面波震級(jí)，得到了很好的效果。

（二）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的建立與發(fā)展

震級(jí)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)是我國(guó)防震減災(zāi)各項(xiàng)工作的基礎(chǔ)，不僅要考慮地震臺(tái)網(wǎng)在震級(jí)測(cè)定的每一個(gè)具體環(huán)節(jié)，也要考慮到科學(xué)研究、地震預(yù)報(bào)、地震應(yīng)急、地震災(zāi)害評(píng)估和科普宣傳等方面的應(yīng)用需求。經(jīng)過(guò)幾十年的努力，我國(guó)已經(jīng)完成了兩代震級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

1.1999年的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

為了規(guī)范震級(jí)的社會(huì)應(yīng)用，1999年在許紹燮院士的帶領(lǐng)下,由中國(guó)地震局地球物理研究所等單位的專家編制的國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《地震震級(jí)的規(guī)定》（GB17740—1999）正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了面波震級(jí)MS的測(cè)定方法，并制定了震級(jí)在地震信息發(fā)布、新聞報(bào)道、地震預(yù)報(bào)發(fā)布、防震減災(zāi)、地震震級(jí)認(rèn)定等方面的使用規(guī)定。

震級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的頒布，使全社會(huì)統(tǒng)一了震級(jí)的測(cè)定方法和使用規(guī)定，對(duì)推進(jìn)我國(guó)地震科學(xué)事業(yè)和防震減災(zāi)工作的發(fā)展，具有重要的意義和深遠(yuǎn)的影響。

2.2017年的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，我國(guó)的地震觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的歷史性突破，到2007年底，我國(guó)正式運(yùn)行的所有地震臺(tái)站實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。為了滿足數(shù)字化地震臺(tái)站震級(jí)測(cè)定需求，2012年中國(guó)地震局成立工作組，劉瑞豐任組長(zhǎng)，啟動(dòng)對(duì)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地震震級(jí)的規(guī)定》的修訂工作。編寫組開(kāi)展了大量的研究工作，召開(kāi)了20多次專題研討會(huì)和論證會(huì)，并征求了國(guó)際地震學(xué)與地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會(huì)（IASPEI）震級(jí)專家組、國(guó)際地震中心（ISC）等國(guó)際機(jī)構(gòu)和全球著名地震學(xué)專家的意見(jiàn)，同時(shí)廣泛征求國(guó)家相關(guān)部委、高等院校、科研機(jī)構(gòu)的意見(jiàn)，于2016年1月完成標(biāo)準(zhǔn)的編寫工作。

2017年5月12日，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布“中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2017年第11號(hào)”公告，發(fā)布了強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地震震級(jí)的規(guī)定》（GB17740—2017）。同1999年的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相比，2017年的新標(biāo)準(zhǔn)具有以下主要特點(diǎn)：

（1）測(cè)定方法更科學(xué)

新標(biāo)準(zhǔn)充分汲取了國(guó)內(nèi)外最新研究成果，與《IASPEI震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》相銜接，規(guī)定了地方性震級(jí)ML、短周期體波震級(jí)mb、寬頻帶體波震級(jí)mB（BB）、面波震級(jí)MS、寬頻帶面波震級(jí)MS（BB）、矩震級(jí)Mw6種震級(jí)的測(cè)定方法，能夠充分發(fā)揮寬頻帶數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，震級(jí)的測(cè)定方法更科學(xué)。

（2）測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確

新標(biāo)準(zhǔn)將矩震級(jí)Mw、寬頻帶面波震級(jí)MS（BB）和寬頻帶體波震級(jí)mB（BB）作為地震臺(tái)網(wǎng)重點(diǎn)測(cè)定的震級(jí)。其中，矩震級(jí)因其能夠避免“震級(jí)飽和”現(xiàn)象，成為世界上大多數(shù)地震臺(tái)網(wǎng)和地震機(jī)構(gòu)優(yōu)先使用的震級(jí)。MS（BB）適用的面波周期范圍是3s

（3）測(cè)定速度更快捷

在新的震級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，mB（BB）與MS（BB）都是寬頻帶震級(jí)，在原始速度型寬頻帶記錄上直接測(cè)定，不需要進(jìn)行濾波、仿真等處理，便于計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)定，能夠在地震速報(bào)中發(fā)揮作用，能夠更好地滿足地震應(yīng)急的需求。

（4）發(fā)布規(guī)則更合理

新標(biāo)準(zhǔn)將矩震級(jí)Mw作為對(duì)外發(fā)布的首選震級(jí)，這樣就與國(guó)際主要地震機(jī)構(gòu)發(fā)布的震級(jí)相一致。對(duì)于不能及時(shí)測(cè)定矩震級(jí)Mw的地震，新標(biāo)準(zhǔn)采用了“震級(jí)優(yōu)選”方法確定對(duì)外發(fā)布的震級(jí)，確保在第一時(shí)間將地震參數(shù)快速向社會(huì)發(fā)布，以滿足地震應(yīng)急、地震預(yù)報(bào)和新聞報(bào)道等實(shí)際需求。對(duì)外發(fā)布的震級(jí)與國(guó)際上主要地震機(jī)構(gòu)發(fā)布的震級(jí)相一致，沒(méi)有系統(tǒng)偏差。

如何正確使用震級(jí)

人們通常認(rèn)為，一次地震只有一個(gè)震級(jí)。有人會(huì)經(jīng)常提到這樣的問(wèn)題：為何要使用多種震級(jí)？為何不能統(tǒng)一震級(jí)？多種震級(jí)該如何使用？

（一）為何采用多種震級(jí)

多種震級(jí)之所以能夠長(zhǎng)期并存，必然有其科學(xué)性和必要性。采用多種震級(jí)的主要原因是：傳統(tǒng)震級(jí)是用“單一頻率”地震波測(cè)定的震級(jí)，由于震源的復(fù)雜性，不同類型的地震輻射地震波的優(yōu)勢(shì)周期不同，因此任何一種“單一頻率”的震級(jí)都不能表示所有類型地震的大小，為了表示不同類型地震的大小，只能用不同的震級(jí)表示不同類型地震的大小。

大千世界，五彩繽紛。自然界存在各種各樣的顏色，而對(duì)于某一具體的自然景觀，顏色就會(huì)相對(duì)單一，例如沙漠是黃色，海洋是藍(lán)色，雪山是白色，等等。如果研究某一具體的自然景觀，就可以用單一顏色表示其特征，而用單一色彩去看整個(gè)世界，五彩繽紛的色彩就會(huì)消失，看到的將是一個(gè)顏色失真的世界。因此，顏色是不能統(tǒng)一的?！凹t綠藍(lán)”被稱為三原色光，三原色光模式又稱“RGB顏色模型”（RGBcolormodel），將紅綠藍(lán)三原色以不同的比例相加，就可以產(chǎn)生多種多樣的顏色。

同樣的道理，不同類型地震輻射地震波的優(yōu)勢(shì)頻率不同。對(duì)于某一種類型地震，其優(yōu)勢(shì)頻率相對(duì)單一，用“單一頻率”的震級(jí)就可以表示這類地震的大小。但如果用“單一頻率”的震級(jí)表示所有地震的大小，必然造成原震級(jí)信息的失真。因此，為了表示不同類型地震的大小，只能采用不同的震級(jí)。地方性震級(jí)、面波震級(jí)和體波震級(jí)作為三種基本震級(jí)，就可以表示所有類型地震的大小。

（二）為何不能統(tǒng)一震級(jí)

1945年，古登堡曾經(jīng)做過(guò)傳統(tǒng)震級(jí)統(tǒng)一工作，將地方性震級(jí)ML、面波震級(jí)MS和中長(zhǎng)周期體波震級(jí)mB統(tǒng)一用m表示，當(dāng)時(shí)他認(rèn)為這3種震級(jí)是等價(jià)的，并稱之為“統(tǒng)一震級(jí)”，但研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此，只有6.5級(jí)左右地震mB與MS才基本一致。對(duì)于其他的地震，不同震級(jí)之間都有差別，有時(shí)差別較大。古登堡通過(guò)大量的研究工作得到的結(jié)論是：不可能使用一種震級(jí)表示所有不同類型地震的大小，“統(tǒng)一震級(jí)”是不可能做到的。

1945年以后，地震學(xué)家曾相信通過(guò)震級(jí)之間相互“換算”，可以做到“一個(gè)地震只能有一個(gè)震級(jí)”。到了20世紀(jì)70年代，通過(guò)大量的工作人們終于發(fā)現(xiàn)這種統(tǒng)一不可能實(shí)現(xiàn)。舉例來(lái)說(shuō)，地方性震級(jí)ML和面波震級(jí)MS是最常用的2個(gè)震級(jí)，測(cè)定ML所使用的S波的優(yōu)勢(shì)頻率f為1.0Hz（周期T為1.0s），測(cè)定MS所使用的面波的優(yōu)勢(shì)頻率為0.05Hz（周期T為20s）。在做地震活動(dòng)性統(tǒng)計(jì)時(shí)，因小震沒(méi)有MS，有人為了統(tǒng)一震級(jí)，按經(jīng)驗(yàn)公式將ML轉(zhuǎn)換成MS，這在形式上似乎統(tǒng)一，但得到的卻是失真的結(jié)果。

作為對(duì)“統(tǒng)一震級(jí)”努力的終結(jié)，德國(guó)的杜達(dá)教授建議將地震分為“藍(lán)地震”（以高頻為主的小震）和“紅地震”（以長(zhǎng)周期為主的大震），這個(gè)分類標(biāo)志著人類對(duì)地震認(rèn)識(shí)的一次重要進(jìn)步。20世紀(jì)80年代，這種分類方式得到了地震學(xué)家的普遍認(rèn)同。寬頻帶數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)與迅速發(fā)展，使得地震學(xué)家對(duì)地震的描述由“單色”變成“彩色”。

為了規(guī)范全球的地震監(jiān)測(cè)工作，世界數(shù)據(jù)中心（WDC）于1979年邀請(qǐng)?zhí)K格蘭愛(ài)丁堡地質(zhì)研究所威爾莫教授編寫 了《地 震 觀 測(cè) 實(shí) 踐 手 冊(cè)》（ManualofSeismologicalObservatoryPractice，MSOP），在該手冊(cè)中明確指出：“從一種震級(jí)轉(zhuǎn)換成另一種震級(jí)，必然造成原震級(jí)信息的損失”。從此以后，全球的地震監(jiān)測(cè)遵循以下規(guī)則：不同震級(jí)標(biāo)度之間一律不允許相互轉(zhuǎn)換。

（三）多種震級(jí)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

在地震臺(tái)網(wǎng)的日常工作中，多種震級(jí)標(biāo)度會(huì)長(zhǎng)期并存、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。傳統(tǒng)震級(jí)的測(cè)定方法簡(jiǎn)單，地方性震級(jí)ML、面波震級(jí)MS、寬頻帶面波震級(jí)MS（BB）、短周期體波震級(jí)mb、寬頻帶體波震級(jí)mB（BB）都是重要的地震參數(shù)，適合地震臺(tái)網(wǎng)每天分析大量地震的日常工作需要。

矩震級(jí)Mw和能量震級(jí)Me的測(cè)定方法相對(duì)復(fù)雜，適用于所有類型的地震，但有時(shí)在很短的時(shí)間內(nèi)不能測(cè)定出準(zhǔn)確的結(jié)果。近年來(lái)，隨著數(shù)字地震學(xué)的發(fā)展，很多地震臺(tái)網(wǎng)都可以測(cè)定矩震級(jí)Mw，能量震級(jí)Me的測(cè)定工作尚屬起步階段。

在地震臺(tái)網(wǎng)的日常工作中，對(duì)于5.0級(jí)以上地震可以快速測(cè)定矩震級(jí)Mw，而對(duì)于5.0級(jí)以下地震，由于臺(tái)站記錄地震信號(hào)的信噪比較低，再加上地球介質(zhì)的速度模型不夠精細(xì)，使得測(cè)定Mw的結(jié)果偏差較大。因此在地震速報(bào)時(shí)仍需要用傳統(tǒng)震級(jí)對(duì)外發(fā)布。

（四）“震級(jí)優(yōu)選”方法

在地震活動(dòng)性分析、地震預(yù)報(bào)等很多實(shí)際工作中，需要大量的地震資料，有大地震，也有小地震，有淺源地震，也有中源地震和深源地震。地震目錄中包含多種震級(jí)，如何在多個(gè)震級(jí)中確定一個(gè)震級(jí)？這是很多人普遍關(guān)心的問(wèn)題。

“一個(gè)地震只用一個(gè)震級(jí)，并不是所有地震只用一種震級(jí)”。國(guó)際上普遍采用“震級(jí)優(yōu)選”的方法從多個(gè)震級(jí)中優(yōu)選出一個(gè)震級(jí)，優(yōu)選的方法為：

1.矩震級(jí)作為首選；

2.如果不能及時(shí)測(cè)定矩震級(jí)，則按面波震級(jí)、體波震級(jí)、地方性震級(jí)的順序選擇一個(gè)震級(jí)。

矩震級(jí)是與面波震級(jí)對(duì)接的震級(jí)，如果沒(méi)有矩震級(jí)則選擇面波震級(jí)；如果一個(gè)地震有垂直向面波震級(jí)和水平向面波震級(jí)兩種面波震級(jí)，則選擇垂直向面波震級(jí)；如果也沒(méi)有面波震級(jí)，有體波震級(jí)，說(shuō)明是中深源地震，則選擇體波震級(jí)；如果沒(méi)有面波震級(jí)，也沒(méi)有體波震級(jí)，說(shuō)明是一個(gè)較小的地震，只能選擇地方性震級(jí)。

在新的震級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，采用“震級(jí)優(yōu)選”方法確定對(duì)外發(fā)布的震級(jí)，對(duì)外發(fā)布的震級(jí)用“M”表示，稱為“地震震級(jí)”或“震級(jí)”，而不必說(shuō)明震級(jí)的類型。

未來(lái)展望

地震能量ES和地震矩M0是目前衡量地震大小最好的兩個(gè)物理量，分別表示震源的不同特征：地震能量ES反映震源動(dòng)態(tài)特征，在工程地震學(xué)研究中具有重要意義；地震矩M0反映震源靜態(tài)特征，在構(gòu)造動(dòng)力學(xué)研究中具有重要意義。

由地震矩M0可以得到矩震級(jí)Mw，由地震能量ES可以得到能量震級(jí)Me。目前，全球越來(lái)越多的地震臺(tái)網(wǎng)已把矩震級(jí)Mw作為日常測(cè)定和對(duì)外發(fā)布的首選震級(jí)。但由于測(cè)定難度大，測(cè)定能量震級(jí)Me的地震臺(tái)網(wǎng)還不多。劉瑞豐工作團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“地震能量和能量震級(jí)測(cè)定的軟件系統(tǒng)”，測(cè)定了2014年以來(lái)全球5.5級(jí)以上地震的地震能量ES和能量震級(jí)Me。

在未來(lái)的發(fā)展中，我們不但要測(cè)定天然地震，也要關(guān)注地下核爆炸、爆炸事故、礦山爆破等非天然地震。對(duì)于此類非天然地震事件，測(cè)定輻射能量ES和能量震級(jí)Me則具有了另外一層更重要的意義——由輻射能量ES可以直接測(cè)定出爆炸當(dāng)量Y——從而更好地為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)家安全和突發(fā)事件應(yīng)急提供更精準(zhǔn)的服務(wù)。