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1、地震震级,里氏震级系统,近震震级标度ML 面波震级标度MS 体波震级标度mB和mb,近震震级标度ML,C. F. Richter于1935年通过美国南加利福尼亚地区地震研究 ，使用的仪器是伍德安德森标准地震仪进行记录（周期0.8s，阻尼0.8，放大倍数为2800倍） ML = log Amax - log A0,零级地震的规定,伍德安德森标准地震仪在震中距等于100km处,如果记录的两水平分向最大振幅的算术平均值是1m，那么此次地震的震级为零级。,古登堡面波震级,1945年，Gutonberg提出的面波震级标度MS为（20s面波震级公式 ） MS = log AHmax+1.656log +
2、1.818. 15o130 o,体波震级,mB = lg (A/T)max + Q(, h)+C 5 s左右的地震体波 mb = lg (A/T)max + Q(, h)+C 1 s左右的地震体波,莫斯科布拉格公式,1967年苏黎世召开的IASPEI大会上被推荐给世界各国使用 MS = log （A/T）+1.66log + 3.3 20 o160 o,我国使用的ML公式,ML = log +R（）+S（） R（）是量归函数，它的物理意义是补偿地震波随距离的衰减 S（）为台站校正值，对于不同的台站和不同的仪器，其值不同，规定以北京白家疃地震台的基式地震记录为ML的标准，即S=0，其它地震台站和
3、仪器要另求S值。,我国使用的MS 公式,1966年1月以后，中国的地震报告采用了北京白家疃地震台为基准的面波震级公式MS = log（A/T）+PEK（）+C（）+D PEK（）=1.66log + 3.5 1130 R（）是量归函数C（）是台站台基校正值D是震源校正值,数字地震记录的含义,数字地震记录的单位通常是“数字数”。怎样理解这些数字数，它们所代表的意义是什么?它们和地动位移、速度或加速度的关系是什么? 这正是我们所关心的问题。,数字地震记录的含义,如果U(t)是地面运动，Y(t)是地震记录，G(t)是系统函数，这一过程可以用下式表示Y(t)=U(t)*G(t)U（t):位移、速度、加
4、速度Y（t):位移、速度、加速度、电压、电流、数字数等,G(t),Y(t),U(t),数字地震记录的含义,在传统的地震观测中，最主要的存储方式是记录曲线，无论是照相记录，熏烟记录还是笔绘记录，本质上都是将地面运动经过一系列步骤，变成另外一种形式的记录，一个巧合是，在传统的位移型地震记录中，输入的地动位移具有长度的量纲，地震记录也具有长度的量纲，因此人们可以通过一个及其简单的度量放大倍数，将地震记录直观地理解为地面位移，所以在模拟记录中，输入和输出是同一物理量。,数字地震记录的含义,在数字地震记录中，一般输入是地动位移速度、速度或加速度，而输出确是无量纲的数字数。所以数字记录只是一种数字，它的单
5、位是“数字数(counts)”。而研究的问题一般都是实际的物理量，如位移、速度、加速度等，仪器的传递函数将所记录的数字数和实际的物理量相联系。也就是说这种无量纲的数字数是相对某一传递函数而言，虽然单独看这些数字数没有实际物理意义，但与仪器的传递函数一起考虑这些记录的数字数却完全可以代表实际的物理量。,数字地震记录的含义,在数字地震学中，我们仍旧使用位移型、速度型和加速度的说法，它的含义主要是指仪器的频率特性。 如果位移的传递函数在频率域中是平坦的，那么就说仪器是位移型的；如果速度的传递函数在频率域中是平坦的，那么就说仪器是速度型的；如果加速度的传递函数在频率域中是平坦的，那么就说仪器是加速度型
6、的。,传递函数,在频率域内G(s)=Y(s)/U(s),传递函数,如果Gd(s)是相对于位移的传递函数，GV(s)是相对于速度的传递函数，Ga(s)是相对于加速度的传递函数，则三者之间有如下的关系GV(s)= Gd(s)/sGa(s)= GV(s)/s,利用速度平坦形数字地震资料测定面波震级,MS = log（Vmax/2）+1.66log + 3.5 1130 其中 Vmax的单位为m/s，的单位为度。,数字地震仪的幅频特性,数字地震仪相频特性,模拟记录的幅频特性,地震矩,地震矩是震源的等效双力偶中的一个力偶的力偶矩，是继地震能量后的第二个关于震源定量的特征量，一个描述地震大小的绝对力学量，
7、单位为Nm(牛米)。其表达式为Mo= D A 其中， 是介质的剪切模量; D是破裂的平均位错量; A是破裂面的面积。地震矩是反映震源区不可恢复的非弹性形变的量度。,矩震级,矩震级标度的定义为现在越来越多的数字地震记录台网中心利用宽频带数字地震观测资料测定地震矩和矩震级。数字记录不但可以测定强震和远震的矩震级，也可以测定小震和区域地方震的矩震级。,矩震级标度有以下优点,它反映了形变规模的大小，是目前量度地震大小最好的物理量 它是一个绝对力学标度，不产生饱和问题。对大震、小震、微震甚至极微震、深震均可测量。 能够与我们熟悉的震级标度衔接起来，对于破坏性地震，Mw MS 它是一个均匀震级标度，适于震
8、级尺度范围很宽的统计,矩震级是一个绝对的力学标度，没有饱和现象。 如果使用矩震级，历史上曾发生的一些巨大地震的震级都发生了变化。如：1906年美国旧金山8.3级地震，Mw9.7; 1960年智利8.3级地震，Mw9.5; 1964年阿拉斯加8.4级地震，Mw9.2。,持续时间震级,1975年，Herrmann提出的持续时间震级的计算公式为MD = a0 + a1log D + a2 其中，D是持续时间，单位是s; 是震中距，单位是km; a0、a1和 a2是在一定范围内（ML4.5）是常数，a0与地震仪器的放大倍数或灵敏度有关，一般在0.51.0之间; a1与地震仪器的频带宽度有关，约等于2.
9、0，一般在1.72.6之间; a2很小，当8.6的地震，但用地震矩Mo求年频度关系时，竟有MS大于8.6和级以上的地震，于是便提出MS震级饱和问题。 最早出现震级饱和的是短周期体波震级mb，其次是近震震级ML、中长周期体波震级mB，最后是面波震级MS，而矩震级无饱和现象。,震级饱和现象,Accordingly, these different magnitude scales saturate differently, the earlier, the shorter the dominating periods are: mb around 6.5, ML around 7, mB at a
10、bout 8 and MS at about 8.5 while Mw does not saturate. This is in good agreement with the general conclusions drawn on the basis of seismic source spectra.,各种震级的饱和震级,Relations between magnitude scales (Reprint from Tectonophysics, 93, No。3/4 Kanamori, 1983）,ISC模拟记录与数字记录震级的对比,据国际地震中心(ISC)表明：利用数字地震资料测
11、定的震级比用模拟资料测定的震级一般偏小在0.1级以内，但最大不超过0.2级。,IASPEI关于震级的讨论(1),Nowadays, more and more stations acquire digital broadband data. An important issue is to assure compatibility of old and modern magnitude estimates and thus the long-term homogeneity of earthquake catalogues.,IASPEI关于震级的讨论(2),This requires, th
12、at digital broadband records must be filtered prior to the measurement of periods and amplitudes so as to reproduce perfectly the more or less standardized response characteristics on the basis of which the classical magnitude scales had been defined (e.g. the Wood-Anderson response required for ML
13、determination; see Uhrhammer and Collins, 1990) or their determination been practiced for decades (as in the case of mb; see below).,IASPEI关于震级的讨论(3),Discussions aimed at elaborating standard procedures for magnitude determinations from digital data are currently underway in a special IASPEI working
14、 group. Its recommendations are expected to be issued in 2003.,IASPEI震级工作组,Peter Bormann (coursegfz-potsdam.de) James W Dewey Jim Dewey (deweyusgs.gov) Soren Gregersen (srgkms.dk) Won-Young Kim (wykimldeo.columbia.edu) Klaus Klinge (klingeszgrf.bgr.de) BrucePresgrave (CARACARAneisb.cr.usgs.gov) Bob
15、Uhrhammer (bobseismo.berkelev.edu) Liu Ruifeng(liurfeq-) Karl Veith (Karl.V) Jens Havskov (jensifjf.uib.no) Alexander Gusev (gusevemsd.iks.ru) Petr Firbas (Petr.FirbasCTBTO.ORG),IASPEI关于震级的讨论(4),Accordingly, the general form of all magnitude scales based on measurements of ground displacement amplitudes A and periods T is:M = log(A/T)max + , h) + Cr + Cs.,处在研究阶段的震级,持续时间震级MD 矩震级MW 幔震级Mm 能量震级Me 短周期P波震级 宽频带P波震级 短周期PKP震级 Lg波震级 大地震震级 海啸震级Mt,震级概念遭到的批评,震级缺乏物理量纲，与震源的关系模糊 对于大地震有震级饱和现象 任何震级都只涉及一个单一的周期单色性 系统偏差：中国使用的面波震级与ISC、NEIC相比平均偏高0.2级,
