地方震尾波震级的初步研究

地方震尾波由地壳横向不均匀性而产生的反向散射波组成。从这一观点出发,根据尾波随掠过时间的衰减特性,结合地震矩对数和地方震里克特地震级的线性关系,导出利用任一掠过时间的震尾来计算的尾波震级Mc公式。它的简化形式可以和持续时间震级的表达式近似一致。尾波震级可作为持续时间震级的一种广义形式,它是直接从震源地震矩导出的震级标度,从而为解释持续时间震级物理基础提供了可能的途径。应用于丹江地震台的资料,得到丹江口及邻区的尾波品质因子和介质函数以及地震矩对数和震级的期望关系,同时得到实用于该台的持续时间震级和简化尾波震级公式。     

面波的尾波衰减经验关系和震级

从南京地震台ＤＫ－１中长周期地震纪录,取得地震面波的尾波地动双振幅Ａ随尾波推移时间τ（自图Ｐ波起算）的衰减关系,并以Ｍｓ（ＰＥＫ）震级标度为基准,定义面波的尾波震级Ｍｓｃ＝０．８８１ｇＡＨ＋１．５１ｌｇτＨ＋０．７３＝０．８６１ｇＡｚ＋１．４７ｌｇτｚ＋０．７６,尾波的多点测量改善了Ｍｓｃ的精度,震级标准差Ｓ＝０．１２。     

利用钻孔体应变同震应变波测定大震震级

利用钻孔体应变仪记录的全球大震,导出同震应变波参考震级m、双振幅A、应变波推移时间τ(在短周期地震仪上测量的P波起算)的关系式m=3.0+1.40lgτ+lgA,并取得以M震级为基准的尾波应变震级标度MD=4.08+1.04lgτ+0.74lgA,尾波的多点测量改善了7.0级以上大震MD的精度,与M比较的震级标准差为0.12,MD的震级标准差为0.10,该方法测量全球大震不存在震级"饱和"问题。     

陕西地区近地震的尾波特征

按照K·AKi提出的地震尾波理论,以陕西省区域台网短周期地震仪记录的小地震尾波资料为基础计算表明:不论震中距有多么不同,这些地震的尾波震幅衰减曲线都几乎是相互平行的,而且尾波振幅只与台站周围一定范围内地表地质条件有关。最后引进阿拉斯加两次大地震的尾波振幅衰减与其已知的地震矩经验公式,算出陕西地区一批小地震的地震矩,并用地震矩和震级资料求出地震矩～震级的经验关系,对这种关系式与其它地区的结果进行了讨论。     

讨论区域地震定量的另一种方法—尾波震级标度 Mc

本文根据 K.Aki 提出的地方震尾波散射理论,建立了适用于云南地区测定近震震级的尾波震级标度 M_c 的理论公式:M_c=4.88+(1/1.10)lgU(f_p)~(-1)+0.78lg(△/α+t_(Du))+0.04(△/α+t_(Du))~(7/12)用云南短周期区域台网的11个 VGK 地震仪器纪录的110个近震尾波观测资料,计算了尾波震级 M_c,为了比较,同时也计算了持续时间震级 M_D。结果表明,在 M_L<5.0级的范围内,M_c 与 M_L 无系统差,平均标准误差比 M_L 和 M_D 小,由通常的0.20～0.26下降到0.10～0.15左右。最后给出三种震级标度的水平向换算关系为:M_L=1.11M_c-0.377;M_L=1.10M_D-0.379;M_D=1.009M_c+0.002。根据尾波散射理论建立的尾波震级标度 M_c 由于它不仅与振幅 A(t)震中距△有关,而且与震源参数、介质特征和仪器系统响应也作为相对独立变量考虑,因而有更明确的理论和物理基础。     

近震地震波衰减时间与震级的关系

本文从应用的角度出发,分析讨论了地震波衰减时间τ与震级和震中距△之间的关系,给出了特定条件下的尾波震级公式 M_τ=1.83+2.384logτ+0.001△在此基础上加以推广,得到了适合于在一定区域(台网)内普遍使用的尾波震级公式 M_τ=0.342+2.363logτ-0.445logV+0.001△,并之标准化 M_τ=2.363logτ-R。文章最后还将尾波震级M_τ与近震震级M_(?)进行比较,给出了换算公式。     

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。     

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.     

地震的震级

简要介绍了地方性震级Mi、体波震级mb、面波震级Ms和矩震级Mw的定义及其测定方法,分析了它们的优点和缺点,并对震级饱和效应及其产生的原因作了介绍和解释。文章指出,矩震级是一个表征地震绝对大小的量,它与地震震源的物理过程直接关联,不会饱和;与传统上使用的其他震级标度相比,矩震级具有明显的优点,是当今国际地震学界推荐优先使用的震级标度。     

矩震级及其计算

简要叙述地震震级概念的提出及其历史发展。文中指出,矩震级M_W是目前量度地震大小最理想的物理量。与传统上使用的其他震级标度相比,矩震级不会饱和,对于所有地震,无论大小、深浅,无论使用远场、近场地震波资料,大地测量和地质资料中的何种资料,均可测量矩震级,并能与熟知的震级标度如面波震级M_S相衔接。矩震级是一个均匀的震级标度,适于震级范围很宽的统计。矩震级是国际地震学界选定的首选震级,负责向公众发布地震信息的部门优先采用的发布的震级。文中介绍了计算矩震级所用的公式,详细解说了具体的计算步骤,分析了由于采用的计算矩震级公式的不同,采取的具体的数值计算步骤的不同引起的问题以及解决这些问题的相关的规定。     

尾波持续时间比τH/τV 在强震短临预报中的应用

本文根据Aki等人提出的尾波理论,导出了地方震尾波水平分量与垂直分量的持续时间比的具体表达式: τ_H/τ_V=I_H/I_V(Q_H/Q_V)~(1/4)·B_H/B_V。该式表明,τ_H/τ_V的变化主要反映了震源体一定范围内,由于介质的各向异性而引起的尾波在不同方向上的激发及衰减能力的差异。本文还讨论了地震前τ_H/τ_V短临异常的物理机制,认为异常的产生与孕震期间介质内裂隙的出现和闭合有关。1986年门源6.4级地震和1975年海城7.3级地震前,τ_H/τ_V都有不同程度的短期低值异常及临震高值突跳。门源地震前后门源台记录的直达S波的最大振幅比A_(mH)/A_(mv)也有与尾波持续时间比类似的异常。最后通过对一些震例的分析,初步得到震级与异常时间的关系为M=0.657lnT+3.44。     

库尔勒5.8级和库车6.0级地震地方震尾波持续时间比的初步研究

选用地方震尾波长度两水平分量的算术平均值与垂直分量之比τ_H/τ_ v作为参量,分析处理了库尔勒1978年4月22日5.8级地震前后库尔勒地震台65型地震仪所记录的104个地方震,以及库车1979半3月29日6.0级地震前后新源地震台维开克型地震仪所记录的128个地方震。取地震前几分钟噪声水平的两倍(毫米数)作为噪声带确定尾波的结止时间。所取地方震震中距Δ小于200公里,震级区间取0.7≤M_L≤4.5。结果表明,在库尔勒5.8级地震前一个多月库尔勒台的τ_H/τ_V出现了一定的低值变化,而在库车6.0级地震前利用新源台求出的τ_H/τ_V变化不太明显,略有异常显示。     

山西数字台网震级测定方法研究

震级是表示地震本身大小的一个量度,也是地震的基本参数之一。利用山西数字测震台网2009-2016年ML≥3.5以上宽频带数字地震资料,对近震震级ML、面波震级MS、宽频带面波震级Ms(BB)和矩震级Mw的震级测定方法进行讨论研究和对比,认为新震级标度能发挥宽频带数字地震资料的优越性,有利于资料的交换利用及对外发布。     

中国海域及邻区基于BP神经网络的矩震级转换模型

海域地震对我国海洋资源开发和沿海地区的经济建设形成严重威胁,开展相关地震活动性研究的重要前提是编译我国海域及邻区的地震目录。我国常用的震级标度为面波震级(MS),而国际上最新的地震活动模型多采用矩震级(MW),因此在应用这些模型时需要拟合面波震级与矩震级之间的转换关系。本文以中国海域及邻区为研究区,收集了1988—2020年中国地震台网的面波震级和全球矩心矩张量(GCMT)项目的矩震级数据,从中提取年份、深度、经度、纬度、面波震级作为影响因子,以实际记录的矩震级值作为标记,训练BP神经网络建立以GCMT的矩震级为目标的震级转换模型。同时,使用最小二乘回归和正交回归建立线性模型作为对比。结果显示,最小二乘回归和正交回归的平均绝对误差和均方根误差比BP神经网络高40%左右。此外,BP神经网络的残差绝对值更小、分布更集中。     

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...     

再论地震大小的度量

本文是针对迄今为止中国在地震大小的度量方面存在的主要问题撰写的。 在阐明地震大小物理含义的基础上, 首先指出由震源辐射能量E_R出发所定义的传统震级标度M_L, m_b(m_B), M_S都存在着“以偏概全”, “震级饱和”和M_L震级标度的“局限性”, 以及不同标度的震级之间不可相互换算等问题。 而由在地震破裂的整个过程中震源区“等效力”所做的功出发导出的地震矩M₀是对地震大小最科学的度量。 为继续应用“震级”这一术语来描述地震的大小, 由M₀所定义的矩震级标度M_W不仅克服了传统震级标度存在的各种问题, 而且适用对不同大小、 不同震中距、 不同震源深度地震大小的度量。 因此近20年已被国际地震学界普遍采用。 最后强调推进地震大小的度量与国际接轨是推进中国地震科技现代化必须解决的重要基础性工作, 不仅有利于国际地震科技交流合作, 而且有助于增强防震减灾工作的科学性。     

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:     

长春地震台用最大振幅和持续时间联合确定的矩震级公式

根据《中国地震台网观测报告》,选取1983—1986年期间的109次地震(5.5≤Ms≤8.5;10°≤Δ≤105°)资料。在宽频带中周期SK地震图上,量取两个水平向尾波振幅减少到S波最大值三分之一处的持续时间,再取它与震中距和最大地动位移的乘积。取对数作为地震矩Mo然后与Ms进行线性拟合,并应用最小二乘法分别计算出我国和NEIS的矩震级公式。从统计结果看,我国和NEIS的矩震级公式的标准偏差分别的0.2400和0.3046。其相关系数均达0.83以上。利用最大振幅和持续时间联合确定的矩震级公式实用性强,能解决巨大震级的饱和问题;同时,对面波限幅的地震解决了计算震级的困难。     

震源参数之间的定量关系

本文根据建立在平均二维破裂模式基础上的地震定标律,导出了地震矩 M0与各常用震级之间（1gM0-MS,ML,mb）,各种震级之间（Ms-ML,Ms-mb,ML-mb）,各震源参数之间（断层长度IgL,断层面积 lgS,平均错距 lgD-Ms,拐角频率 1gfc-ML）的各种常用的关系式.利用这些关系式,由一个震级值就可以估算出一系列震源参数.本文还求出了平均破裂速度 Vr=2.65km/s,总破裂时间 T（s）=0.5L（km）,平均位错速度 D（t）=11.4m/s.用矩震级 Mw 度量地震的大小,有四个优点:（1）地震矩反映了形变规模的大小,因此是度量地震大小的最佳物理量.（2）它是一个绝对力学标度,对任何大小地震都有意义,可测量,且不产生饱和问题.（3）它和我们已熟悉的震级标度可衔接.（4）它是一个均匀的震级标度,适用于宽尺度的地震统计.因此,Mw 是一种值得推广的震级标度.      

震级新国标实施前后中强浅源地震速报震级差异的分析对比

目前震级新国标拟在中国地震震级测定中开始使用。 为系统评估震级新国标对中强浅源地震的速报震级影响, 基于2001—2017年中国大陆发布的5级以上浅源地震速报目录, 本文系统分析了新国标宽频带面波震级与原速报震级的差异, 并与国外面波震级结果以及国、 内外矩震级的结果进行了对比研究。 结果表明: 采用新国标, 国内、 外面波震级对6级以上地震测定结果基本一致, 但5、 6级以上地震的频次分别为原来的80%、 60%左右, 而6.5级以上地震频次差异不大。 国内、 外矩震级测定结果比较一致, 由于国际上目前采用矩震级发布, 而矩震级与面波震级之间存在系统偏差, 因此, 为保持与国际结果一致, 应加快矩震级在地震速报中的应用, 这可能会导致6、 7级地震频次进一步降低。 由于速报震级在实际工作中既有可能采用面波震级, 也有可能采用矩震级, 或两者的结合; 因此, 速报震级仅用于地震信息发布、 地震应急、 科普宣传等社会应用, 如果使用震级进行科学研究、 地震活动性统计等专业应用研究, 最好统一使用一种标度, 即面波震级或矩震级。