改进震级标度的方法讨论

一、引言自1935年里克特首次发表震级公式以来[1],关于震级标度的改进、发展的研究已经经历了将近半个世纪。怎样使得震级标度能符合计量学的“实用、合理、精确”三项要求,这是一个值得认真探讨的问题。当前存在有多种震级标度,对同一地震所测定的结果彼此相差     

震级问题的概况综述

震级是地震大小的尺度,是地震的一个主要参数,也是地震学里研究得最多的一个参数。目前世界上所用的震级很不统一,测定的偏差也大,这对地震的研究带了很多麻烦。随着地震学的发展,震级问题的矛盾越来越突出。近十几年来,它已成为国际地震学家注意的一个重要问题,专门成立震级委员会来研究它。近年来,我国地震学界对震级问题的研究也很重视,已将它列为重点科研项目之一,组织力量进行研究。本文简介三个问题,一是较为常用的震级标度;二是震级标度存在的问题;三是改进震级标度的途径。     

山西台网新国家标准震级标度与传统震级标度测定地方性震级的对比分析

选用2018年山西数字地震台网的观测资料,分别对新国家标准震级标度与传统震级标度测定的地方性震级进行了对比分析。结果表明,新国标ML震级与传统ML震级一致性较高,震级偏差在0.1之内。新国家标准震级标度很好地继承和衔接了传统震级标度,使用分区量规函数测定的ML单台震级偏差和平均标准偏差值均较小,新震级标度测定的近震震级更加准确。     

不同震级标度转换关系研究概述

简述了中国学者近年来在地震震级转换关系方面的研究成果与进展,比较了中国台网测定的各种震级与国外主要地震机构测定的地震标度之间的差别与各震级间的转换关系。在前人研究的基础上,统一给出了矩震级与各种震级标度之间的对应关系：在国外震级标度中,6.5≤M≤7.6时,mB≈MW;5.2≤M≤8.0时,mS≈MW;4.2≤M≤7.0时,mL≈MW;4.0≤M≤6.0时,mb≈MW。在上述震级区间,MW与mB、mb、ML和MS的偏差≤0.2。经过推导,我国常规震级标度与矩震级的之间的对应关系为：4.5≤M≤5.8时,mb≈MW;4.5≤M≤7.5时,mB≈MW;4.5≤M≤7.0时,ML≈MW;MS≈MW;MS7=MW。在上述震级区间,MW与mB、MS的偏差≤0.2,与MS7偏差为0;与ML偏差为0.22。上述结论可为地震预测及相关领域的研究提供参考。     

中国地震台网震级的对比

采用线性回归和正交回归方法,利用中国地震台网1983-2004年的观测资料,对中国地震局地球物理研究所测定的地方性震级ML、面波震级MS与MS7、长周期体波震级mB、短周期体波震级mb进行对比,给出了它们之间的经验关系式.研究结果表明:①由于不同的震级标度反映了地震波在不同周期范围内辐射地震波能量的大小,因此对于不同大小的地震,使用不同的震级标度更能客观地描述地震的大小.当震中距小于1 000 km时,用地方性震级ML可以较好地测定近震的震级.当地震的震级M＜4.5时,各种震级标度之间相差不大.当4.5＜M＜6.0时,mB＞MS,MS标度低估了较小地震的震级,因此用mB可以较好地测定较小地震的震级.当M＞6.0时,MS＞mB＞mb,mB与mb标度均低估了较大地震的震级,用MS可以较好地测定出较大地震(6.0＜M＜8.5)的震级.当M＞8.5时,MS出现饱和现象,不能正确地反映大地震的大小;②在我国境内,当震中距＜1 000 km时,ML与区域面波震级MS基本一致,在实际应用中无需对它们进行震级的换算;③虽然MS与MS7同为面波震级,但由于所使用的仪器和计算公式不同,MS比MS7系统地偏高0.2～0.3级;④对于长周期体波震级mB和短周期体波震级mb,虽然使用的计算公式相同,但由于使用的地震波周期不同,对于mB=4.0左右的地震,mB与mb几乎相等,而对于mB≥4.5的地震,则mB＞mb.     

1900-1948年中国Mem>6.5地震的均一震级目录

由于不同时期各观测系统所用震级标度、仪器性能和测量方法的不同,各种中国地震目录中所列震级值常不一致。本文在收集和整理1900——1948年间,中国地震的仪器观测资料的基础上,采用统一的震级标度修定震级,以期给出该时期的均一震级目录。为此,采用古登堡-里克特1945年面波震级公式和1956年体波震级公式,作为基本震级标度,并将1962年的莫斯科-布拉格公式用于较短周期面波的面波震级测定,以作补充。统计表明,在这段时期内,两者之间是比较一致的。 根据这种标度,重新核算了《全球地震活动性及有关现象》一书的手稿资料,并用所有能收集到的台站振幅、周期资料计算了震级;建立了徐家汇台的量规函数和应用观测到P波的最大距离估计震级的计算公式;统计出各种震级目录中的震级值对古登堡-里克特震级标度的归算关系。从而得到了1900——1948年间中国地震的修订震级。文中列出6.5级以上的中国地震目录。 修订后的震级与国内外已有目录的统计对比结果表明,修订后的震级与阿部的全球大震目录中我国地震的震级相近,而与1983年编《中国地震目录》(未计入直接引用徐明同震级的部分)所列震级平均偏差虽小,但离散较大。 本文根据修订后的震级目录,探讨了《全球地震活动性及有关现象》一书中震级的含意,结果与盖勒-金森的结      

1900—1948年中国M≥6.5地震的均一震级目录

由于不同时期各观测系统所用震级标度、仪器性能和测量方法的不同,各种中国地震目录中所列震级值常不一致。本文在收集和整理1900—1948年间,中国地震的仪器观测资料的基础上,采用统一的震级标度修定震级,以期给出该时期的均一震级目录。为此,采用古登堡-里克特1945年面波震级公式和1956年体波震级公式,作为基本震级标度,并将1962年的莫斯科-布拉格公式用于较短周期面波的面波震级测定,以作补充。统计表明,在这段时期内,两者之间是比较一致的。 根据这种标度,重新核算了《全球地震活动性及有关现象》一书的手稿资料,并用所有能收集到的台站振幅、周期资料计算了震级;建立了徐家汇台的量规函数和应用观测到P波的最大距离估计震级的计算公式;统计出各种震级目录中的震级值对古登堡-里克特震级标度的归算关系。从而得到了1900—1948年间中国地震的修订震级。文中列出6.5级以上的中国地震目录。 修订后的震级与国内外已有目录的统计对比结果表明,修订后的震级与阿部的全球大震目录中我国地震的震级相近,而与1983年编《中国地震目录》(未计入直接引用徐明同震级的部分)所列震级平均偏差虽小,但离散较大。 本文根据修订后的震级目录,探讨了《全球地震活动性及有关现象》一书中震级的含意,结果与盖勒-金森的结     

震级的标度

本文简要地介绍了自1935年里克特提出原始震级标度以来,震级标度向近距离、远距离和深震的推广,由此原始震级标度分化为 M_L,M_s 和 m_b 的震级标度。阐明了震级标度标准化的过程与结果,并简略介绍了均匀震级系统的原理。最后讨论了 Duda and Nuttli 提出的“单色震级”的观点,以及持续时间震级和矩震级的前景。     

内蒙古测震台网新震级标度试用

针对数字地震记录频带宽、动态范围大的特点,IASPEI震级工作组提出新的震级标度及测定方法,本文选取内蒙古测震台网2010—2015年4级以上地震,按照新震级标度测定地方性震级M_L、宽频带面波震级M_S(BB)、矩震级M_W,与传统震级M_S进行对比研究,为震级测定的连续性提供可靠依据。     

IASPEI新震级标度与传统震级标度的对比

通过对世界上主要地震台网中心几十年来震级测定结果的对比分析,针对数字地震记录频带宽、动态范围大的特点,国际地震学与地球内部物理学协会（IASPEI）震级工作组于2003年提出了新的震级标度和测定方法,新的震级标度包括地方性震级ML、面波震级Msc（20）和Ms（BB）、体波震级mb和mB、区域Lg震级mb（Lg）和矩震级MW,本文介绍了这些新震级及其测定方法,并将这些震级与我国传统震级mb、mB、MS7、Ms在计算公式、振幅量取、周期范围和震中距范围几个方面进行了详细的比较。     

震级标度的不一致与震源的复杂性

矩震级标度是从地震矩换算过来的,换算关系中地震应力降与剪切模量估算的不准确会对矩震级标度产生影响.本文利用1976年1月~2006年12月发生在东经75°~135°,北纬15°~55°的M≥5地震的矩震级与面波震级,探讨了应力降与剪切模量的比值Δσ/μ在中国及邻区以及在不同震级下的分布特征.中国大陆及邻区的Δσ/μ值分布较分散,不同地区的Δσ/μ值明显不同,且绝大部分值大于矩震级和地震矩换算关系中使用的全球平均值.对于同一地区不同震级的地震,其Δσ/μ值也不一样,震级大,Δσ/μ值通常也大.研究认为剪切模量和地震应力降的估计对矩震级标度的影响不能忽略.     

比较地震学的研究对象、内容及方法

本文类比其他科学分支比较研究的方法,提出一新的学科分支——“比较地震学”,旨在与相邻科学中近年来所出现的新观点、新理论、新方法、新技术进行比较研究,寻求解决当前地震学所面临问题的新途径和新方法,并打算将这些比较研究的对象、内容与方法系统化,得出具有规律性的认识,促进地震学的发展。本文列举了在震级标度研究中与天文、地学、物理学参量进行比较研究的实例,提出了改进震级标度的途径,并讨论了在研究大陆和板内地震趋势、地幔对流与地震成因等方面的应用。     

震级的绝对标度及统一震级问题

本文分析了震级混乱的主要原因是震级没有一个绝对标度论述了建立地震震级绝对标度的必要性与可能性。捉出一种建立震级绝对标度的办法:即利用地震矩张量M_(αβ)的第二坐标不变量I_2的绝对值开根(|I_2|)~(1/2)=M_0。这样建立的绝对标度有以下优点1、物理意义清楚,本质上反映了破裂的规模,在位错情形M_0=G△uS,2、不依赖于观测地区,仪器、和台基,它是一个绝对的力学量。3、不存在饱和问题,对极大的地震和极小地震甚至岩石样品中的微破裂都有定义。4、对深震亦有定义。5、由于它是一个绝对力学量,所以可以把全世界测定的震级统一起来,并且可以检验各家测定震级的优劣。6、若用M_w=2/3logM_0-10.7作为震级系统的定义,则这样定义的矩震级系统能和过去使用的Ms和M_L衔接起来,因此也便于使用过去的资料:     

即将通用的矩震级标度Mw──远震震级测定工作综述

本文从地震观测数据的利用角度出发，讨论世界范围内远震震级的测定问题。笔者认为，现震级标度存在的弊病是：震级饱和，测值偏差大，过分依赖频率的变动以及需要各种校正等。体波震级的问题大于面波；周期较短的震相问题大于周期较长的震相问题。矩震级标度将逐渐取代依据变幻不定的各种地震波的观用的各种标度。对于远震，长周期地震仪记录的面波震级Ｍｓ将得以发展，成为矩震级的一种辅助标度。本文最后提出了矩震级标度实行后，历史地震震级和区域地震震级如何与之衔接的初步设想。     

湟源地震台新旧震级对比分析

采用新旧震级标度,利用中国地震台网2015年至2017年的观测资料,选取湟源地震台测定的国内5.0级和国外6.0级以上且震中距小于100°的161个地震事件为研究对象,利用JOPENS-6.0和JOPENS-5.2地震分析软件测定新震级标度下短周期体波震级m_(bn)、宽频带体波震级m_(B(BB))、宽频带面波震级M_(S(BB)),与旧震级标度下短周期体波震级m_b、宽频带体波震级m_B、仿真763面波震级M_(S7)进行对比分析。分析结果表明:m_(bn)与m_b基本一致;m_(B(BB))与m_B基本一致;M_(S(BB))比M_(S7)系统偏高0.2个震级单位。     

内蒙古测震台网震级对比研究

利用内蒙古测震台网2010~2015年4级以上地震事件的数字化波形记录,按照新震级标度规范重新测定地方性震级(ML)、面波震级(Ms)、宽频带面波震级(Ms(BB)),对其测定结果与中国地震台网中心测定结果进行对比分析,结果表明,3种不同震级的测定结果与中国地震台网中心测定结果基本一致,能真实反应地震的大小,可以适用于地震速报等工作中。     

中国大陆地区的均一震级系统

用 SK 地震仪台网的资料,用联合确定地震震级、量规函数和台基校正值的方法,做出了中国大陆地区的均一震级系统,得到了 PZ、PH、SH、SV 四个震相从2.5——100新的量规函数,以及我国21个基准台的台基校正值.用这四个量规函数加上台基校正,求得的单台震级的标准误差为0.21——0.23级.6级左右的地震一般都有16个以上台记录到,这时求得的台网平均震级的误差可在0.05级左右.由于体波震级强烈地依赖于仪器类型,所以,我们求得的体波震级 msk与 mb 或 mB 有系统差.我们采取了使 msk与 Ms 接近的原则.提出了位移谱震级的概念:认为按某一震源参考球的平均值,具有相同强度的 P 波(或 S波)位移谱的地震,则震级相等.这种震级标度有以下优点:(1)它是绝对力学标度,可以把世界上各台网的震级统一起来;(2)物理意义明确,能反映地震大小.对任何大小地震都有定义,无饱和问题,对慢地震也有定义;(3)能和以前使用的震级衔接起来;(4)对位移计地震仪来说,测量方便,误差小.      

关于震级标度的讨论

就震级标度的一些议题提出看法,包括震级的国家标准、多种震级标度的存在、“全覆盖”震级、不同震级标度的换算、震级的校准等.文中还对改善震级测定工作提出了建议.     

地震震级测定值的国际偏离

地震标度就是为了定出地震的大小。随着工作的不断深入和发展,震级标度的方法也在不断增加,各种震级的不一致问题随之产生。 1981年11月9日北京时间02时,河北省耿庄桥发生一次地震,河北省地震局红山地震台给出M_D=5.1,地球所给出M_s=5.8,美国NEIS给出M_b=5.4、M_s=5.3,苏联MOS     

关于1920年海原大地震震级高估的讨论

1920年海原大地震作为史料记载以来中国大陆震级最高、伤亡最多的极具破坏性的地震之一,开启了我国用现代地震学方法研究大地震的新篇章,在我国地震研究史上具有里程碑的意义。最新研究结果表明,1920年海原大地震的矩震级为M_W(7.9±0.2),与文献和大众广泛接受的M8(1/2)的数值相差较大。本文通过对震级标度及其演化历史的总结和梳理,阐述了仪器记录早期阶段基于地震波波形振幅和频率的震级标定存在系统偏差的问题,这与仪器限制、台站稀疏、标定不统一等因素有关,也使得1920年海原大地震和同时期世界上其它一些重要大地震的震级不同程度被高估。在各种震级标度中,矩震级M_W与地震破裂面积和位移等物理参数关联,是地震震级的最佳标定方法。震级作为表述地震大小和能量的重要参数,被广泛地用于评估断层未来的地震潜势;震级的偏差对地震活动时空分布样式的研究会产生重要影响,并造成基于历史地震资料的地震危险性评价和灾害评估等产品的可信度降低。因此,本文倡导对历史地震震级进行检验和修订,并建议1920年海原大地震的震级采用矩震级M_W(7.9±0.2)表...