关于震级标度的讨论＊

赵仲和

（中国地震台网中心，北京 100045）

（作者电子信箱，赵仲和：zhzhao＠seis．ac．cn）

1935年，里克特［1］提出用 “震级（magnitude）”描述地震的大小（size），并建立近震震级ML标度和定义零级地震。经过70多年的发展和演化，原来的ML标度已经变样（见附录），新的震级标度不断涌现［2］。现今，对于地震工作者而言，如何测好、用好震级这个地震基本参数，还真不是一个简单的问题。本文就有关震级标度的一些 “热点”问题，提些个人看法，不当之处，还望指正。

1 关于震级的国家标准

我国建立了测定震级的国家标准（GB17740—1999《地震震级的规定》），美国地质调查局发布了震级测定 “政策”（USGS Earthquake Magnitude Policy（2002年1月18日 起施行），http：∥earthquake．usgs．gov／aboutus／docs／020204mag＿policy．php），都主要是为了在大地震发生之后能够及时地向社会公众提供单一的、不会造成困惑的震级估计值，是地震监测社会功能的体现。我国震级国家标准的实施收到了良好的社会效果。这是必要的，也是必须坚持的。但国家标准也要与时俱进，在保持相对稳定的前提下，针对实施中出现的问题和地震观测技术的发展进行必要的修改。在全世界都已接受矩震级的今天，作为国家首选震级，不宜固守以传统的面波震级为基础的震级标度。为此，应及早进行准备，建立我国有权威性的地震矩和矩震级测量规范并开展相应的研究工作。

2 关于多种震级标度

由于地震过程的复杂性，只用单一震级不足以定量描述地震的大小。犹如传统的近震震级ML、体波震级mb和面波震级MS各有其局限性一样，其实，矩震级MW也有其局限性。多种震级标度能提供更多关于震源的信息，设想使用单一震级取代其他震级是不实际的。表1列出了一些震例，对这些地震，近年来在国内主要刊物上发表了用CAP（剪切－粘贴法）［3－4］方法测定 MW（和 震源深度）的结果。表1还列出了中国地震台网中心和美国地质调查局国家地震信息中心震中初步报告（USGS／NEIC PDE）的震级（和震源深度）测定结果。我们看到不同震级标度震级值的差别，也看到同为矩震级MW，使用不同的数据和方法所得结果的差别。这些震级值的差别包含了与震源复杂过程有关的因素，但也包含了测定值本身的误差。如果不能把测定值的误差控制在一个小的范围内，便无法利用这种差别来认识地震的本质特性。

表1 近年来在国内主要刊物上发表的用CAP方法测定MW的部分地震的不同类型震级和震源深度值

3 关于 “全覆盖”震级

单靠一种震级标度不能实现震级可能范围的全覆盖。在震级的高端，传统震级有饱和问题，基于点源假定的矩震级也有饱和问题，只是饱和震级更高些。在震级的低端，尽管人们在努力降低能够可靠测定MW的震级下限，但在地震台网监测能力强的地区，完整性震级MC仍低于MW的震级下限。因此，在区域地震活动性的统计分析中ML震级标度仍是首选。例如我国南北带［10］、龙门山断裂 地 区［11］、美 国 南 加 利 福 尼 亚［12－13］地震目录完整性分析都是使用ML。但也有用MS的，例如对新疆部分地区的小地震目录完整性分析［14］，该文中分析的震级下限低至MS～0级，这不会是直接测定的MS，而是从其他震级标度，例如ML转换而来的。可见，单靠直接测定的任何一种震级都不能达到震级范围的全覆盖。

4 关于震级的换算

震级标度关系，即不同震级标度的换算关系，是一种统计意义上的换算关系，适用于大量地震的震级标度转换，从而扩展一种震级标度的震级覆盖范围，有助于进行地震活动性的统计分析。例如，在瑞士，通过建立ML与MW的转换关系，将MW地震目录的震级下限扩展到1级［15］。Goertz－Allmann等［15］分析了3种利用地震波谱测定小地震标量地震矩的结果，建立了ML＜2、2≤ML≤4和ML＞4的3段转换关系。但是，应该指出，对于任何地震个体，转换后的震级值已经不能以转换后震级标度的本来意义反映地震个体的特性。例如，矩震级和能量震级反映的是地震震源的不同特性，矩震级反映的是震源的静态特性，而能量震级反映的是震源辐射地震波过程的动态特性。又比如，mb／MS是鉴别地下核爆炸的重要判据，如果MS是用换算关系从mb变来的，那就没有任何鉴别意义了。

5 关于震级标度的校准

通常，4．5级以上地震的MW是稳健的震级标度，因此，有理由用测得好的MW震级来校准（标定）ML震级标度。通过校准，即修正原来的ML量规函数，使测得的ML震级更接近于MW震级。这种校准不同于震级换算，对于单个地震的震级测定仍然是独立的。关于用MW标度来校准ML标度，有Ristau等［16］对加拿大西海岸外地震的ML标度的校准，以及其后在其他地区的类似工作。Wu等［17］利用台湾地区震源深度＜35km的56个哈佛CMT震级在4．7～6．2的地震作为校准地震，建立ML的新量规函数，使ML更接近于MW。

6 关于改善震级的测定

不管是哪一种震级标度，把震级值测好是首要的。为此，似应考虑以下方面。

6．1 震级值的稳健性

对于传统的近震震级ML、体波震级mb和面波震级MS，为增强震级值的稳健性，建议采用如美国国家地震信息中心（NEIC）使用的 “25%截尾平均”取代我们现行的多台简单平均，从而消除个别台站的震级 “离群”测量值对结果的影响；对于地震矩的测量，其实也是多台平均，也应有抛台规则（例如，抛掉波形拟合相关系数低于90%的台站）。对多台平均的方位分布也要有要求，类似地震定位那样，参与确定震级的台站相对于震中的空隙角（gap）应尽量小于90°。

6．2 震级值的精度（precision）

要改善测定震级值的精度，引入震级的台站校正值是必要的。目前，在我们的震级测定中，不论是国家台网，还是区域台网，都不采用台站震级校正值。Wu等［17］对台湾地区的台站再次测定震级ML的台站校正值，从而提高了测定精度，值得我们借鉴。在许多地区开展了区域地震波衰减和台站场地响应的研究，这些结果可用于震级量规函数的修定和台站校正值的测定。

6．3 震级值的准确度

对于测量值，不但要看其精度，还要看其准确度。例如，关于震源参数、介质衰减和台站响应的联合反演，由于涉及的待定参数太多，而且彼此并不真正相互独立，因此，得到的地震矩和由此导出的矩震级尽管可以认为精度高，但准确度不一定高。例如，Drouet等［18］在进行震源、衰减参数和场地响应联合反演时计算了被测定参数的相关矩阵，发现衰减参数和震源参数之间存在相关性。因此，需要有可用于作为标准的校准地震来对结果进行校准。可以将测得好的矩张量解得到的矩震级作为校准用震级，来校准其他测定矩震级的方法。例如，Mayeda等［19］使用通过矩张量反演得到可靠矩震级的地震事件作为校准事件，建立起稳定的基于尾波的矩震级。

7 结语

文中引用的参考文献只是大量关于震级研究成果中的一小部分，仅仅用来说明文中提出的一些看法。为了对震级测定中存在的问题进行深入研究，还需要进行更广泛的调研和分析。

附录：世界上一些地区的ML新量规函数

世界上不少地区建立了自己的ML量规函数，其中有一些仍以震中距Δ作为自变量，但也出现了一些以震源距R作为自变量的ML量规函数公式。附录表1中列举了部分以R为自变量的ML量规函数，资料取自《新地震观测实践手册》［20］第584页表2，感兴趣的读者可从那里找到这些公式的出处。可以看到，不同地区有其自己的特点。如美国西部大盆地以震中距90km为界将量规函数分成了两段；希腊则按震级在ML3．7以上和3．7以下使用不同的公式；在中欧，不同作者给出了不同的量规函数，1984年发表的量规函数中有周期T，而2001年发表的量规函数中则没有出现周期T。

附录表1 以震源距R为自变量的一些ML量规函数［20］，表中Δ为震中距，T为周期

（作者电子信箱，赵仲和：zhzhao＠seis．ac．cn）

［1］Richter C F．An instrumental earthquake magnitude scale．Bull．Seism．Soc．Amer．，1935，25（1）：1－32

［2］陈运泰，刘瑞丰．地震的震级．地震地磁观测与研究，2004，25（6）：1－11

［3］Zhao L S，Helmberger D V．Source estimation from broadband regional seismograms．Bull．Seism．Soc．Amer．，1994，84（1）：91－104

［4］Zhu L，Helmberger D V．Advancement in source estimation techniques using broadband regional seismograms．Bull．Seism．Soc．Amer．，1996，86（5）：1634－1641

［5］http：∥www．csndmc．ac．cn／newweb／；http：／／www．ceic．ac．cn

［6］黄建平，倪四道，傅容珊，等．综合近震及远震波形反演2006文安地震（MW5．1）的震源机制解．地球物理学报，2009，52（1）：120－130

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［9］洪德全，王行舟，韩立波，等．用CAP方法研究安庆4．8级地震震源机制．中国地震，2011，27（2）：207－214

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［20］彼得．鲍曼主编．新地震观测实践手册．中国地震局监测预报司译．北京：地震出版社，2006