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什么是地震强度?Comments>>

发表于 2008-05-15 14:08 | Tags 标签:, , ,

当前对于地震强度的表述方法,主要有两类:震级和烈度。

震级是表示地震本身大小的量度指标,目前比较常用的是里氏震级(Richter magnitude scale)和矩震级(Moment magnitude scale)。目前国家地震局将512日的汶川地震判定为7.8级,美国地质局已将此次地震修订为7.9级,这里使用的就是里氏震级。
 
什么是里氏震级?
里氏震级是由美国的查尔斯·弗兰西斯·里克特(Charles Francis Richter)和本诺·古登堡(Beno Gutenberg)在1935年提出的一种震级标度,以发生地震时产生的水平位移作为判断标准。也就是说,在三种地震波(纵波,横波,面波)中,对地表破坏性最大的面波作为主要判断依据。在里氏震级的定义中,对一个100公里外发生的地震,如果伍德-安德森地震仪记录到地震波的最大振幅为1厘米,则震级为4
 
里氏震级是怎样划分的?
根据里氏震级的定义,在震中100公里外,地震仪监测到最大振幅为1微米(千分之一毫米)的地震波,地震便是0级;10微米的地震是1级地震,1毫米的地震就是3级地震。以此类推,里氏震级每上升1级,地震仪记录的地震波振幅增大10倍。
里克特为了让震级更具有通用性,尝试使用地震释放出的能量而不是振幅来修订震级的定义——毕竟人们希望用更为直观的概念来描述地震的强度,而地震能量意味着地震造成的损失。
 
大地震的能量有多强?
随地震波而来是地底积蓄已久的能量。因为里氏震级并不像摄氏度这样是等分性的指标(即里氏震级不是线性单位而是对数单位),因此每两级地震所释放的能量也相差巨大。根据里克特在1953年提出的公式计算,每一级地震释放的能量都是次一级地震的31.7倍。这意味着,里氏震级每高出0.1级,就会多释放出0.412倍的能量。举例来说,7.9级地震释放的能量是7.8级地震的1.412倍。
 
一般认为,8级地震将会释放42000000000000000004.2乘以1018次方)焦耳的能量,这相当于十亿吨TNT炸药爆炸的能量。按照到目前为止人类投入战争的最大当量的长崎原子弹来计算的话,相当于同时爆炸了47600颗以上。这次汶川大地震如果是7.8级的话,相当于在那一瞬间,23800颗长崎原子弹在地下十几二十公里处同时爆炸;如果是7.9级,则是33700颗以上。这是一场可怕的灾难,所带来的巨大影响和重大损失是很难估计的。
 
需要说明的是,地震波传递的能量并不是地震释放出的所有能量,正如如同最强的一阵风并不是整个风暴全部能量一样。
 
怎样直观判断地震大概震级?
一般来说,我们把地震按强烈程度分为超微震、弱震、有感地震、中强震、强震和大地震六类。
 
超微震:一般将小于1级的地震称为超微震,人们察觉不到。
 
弱震:大于、等于1级,小于3级的称为弱震或微震。如果震源不是很浅,这种地震人们一般也不易觉察,只有地震监测机构的地震仪上才能记录下来。
 
有感地震:大于、等于3级,小于4.5级的称为有感地震。这种地震人们能够感觉到,但一般不会造成破坏。
 
中强震:大于、等于4.5级,小于6级的称为中强震。中强震是可造成破坏的地震。
 
强震:大于、等于6级,小于7级的称为强震,是可造成较大破坏的地震。
 
大地震:大于、等于7级的地震,其中8级以及8级以上的称为巨大地震,会造成严重的破坏。
 
什么是矩震级?
因为里氏震级是一个指数单位,在地震强到一定程度上的时候,将不会更精确地反应地震强度和震级之间的对应关系,也就是出现了所谓的“震级饱和“问题。实际上,8.2级以上的地震就存在这样的问题了。于是,从反映地震断层错动角度出发,人们提出了一种新的震级标度:矩震级。这是对断层错动引起的地震强度的直接测量,对于特大地震只能用矩震级来进行衡量了。目前,里氏震级和矩震级往往相结合使用。希望我们没有机会只能用矩震级来衡量某次地震的强度。
 
好像还有个地震烈度?
是的。地震对地表和建筑物等破坏强弱的程度,称为地震烈度。一次地震只有一个震级,但同一次地震对不同地区的破坏程度不同,地震烈度也不一样。一般来说,越远则烈度越小。这就像是在一枚炮弹爆炸时,离它的距离不同,受到的影响也不同。
 
影响烈度的因素有震级、距震源的远近、地面状况和地层构造等。一次地震只有一个震级,而在不同的地方会表现出不同的烈度。烈度一般分为12度,它是根据人们的感觉和地震时地表产生的变动,还有对建筑物的影响来确定的。我国19767月发生的唐山大地震,震中烈度达到了11度;天津市地震烈度为8度;而到了北京市,烈度已经降到6度了。
 
一般情况下仅就烈度和震源、震级间的关系来说,震级越大、震源越浅,烈度也越大。
 
地震烈度是如何划分的?
我国把烈度划分为12度,采用罗马数字表示。不同烈度的地震,其影响和破坏力大有区别。
 
I度:无感——仅仪器能记录到;
 
II度:微有感——个别敏感的人在完全静止中有感;
 
III度:少有感——室内少数人在静止中有感,悬挂物轻微摆动;
 
IV度:多有感——室内大多数人,室外少数人有感,悬挂物摆动,不稳器皿作响;
 
V度:惊醒——室外大多数人有感,家畜不宁,门窗作响,墙壁表面出现裂纹
 
VI度:惊慌——人站立不稳,家畜外逃,器皿翻落,简陋棚舍损坏,陡坎滑坡;
 
VII度:房屋损坏——房屋轻微损坏,牌坊,烟囱损坏,地表出现裂缝及喷沙冒水;
 
VIII度:建筑物破坏——房屋多有损坏,少数破坏路基塌方,地下管道破裂;
 
IX度:建筑物普遍破坏——房屋大多数破坏,少数倾倒,牌坊,烟囱等崩塌,铁轨弯曲;
 
X度:建筑物普遍摧毁——房屋倾倒,道路毁坏,山石大量崩塌,水面大浪扑岸;
 
XI度:毁灭——房屋大量倒塌,路基堤岸大段崩毁,地表产生很大变化;
 
XII度:山川易景——一切建筑物普遍毁坏,地形剧烈变化动植物遭毁灭;
 
早期的烈度表完全以地震造成的宏观后果为依据来划分烈度等级。但宏观烈度表不论制订得如何完善,终究用的是定性的判据,不能排除观察者的主观因素。为此人们一直在寻找一种物理标准来评定烈度,这种物理标准既要同震害现象密切相关,又要便于用仪器测定。首先被研究的物理量是地震时的地面加速度峰值。因为一般认为地震引起的破坏是地震惯性的力量造成的,而这种力量(不可称作惯性力)又决定于地面加速度。这样就给烈度的每一等级附加上地面加速度峰值。结果表明,烈度每增加一度,加速度大约增加一倍。后来加入烈度表的物理量还有地面速度峰值。中国现行的烈度表已经加入了加速度和速度两项物理量数据。 
 
本文在写作和发表过程中,得到桔子帮小帮主和麦烧等松鼠的大力帮助,在此谨以致谢。
本文发表于网易探索频道,略有结构调整。
 
PS:美国地质局的一个网页上给出的数据是8级震的能量为0.22E+17,这里是出处。不知哪位能给予解释,谢谢。
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19 Responses to “什么是地震强度?”

  1. rivercoming说道:

    在震中100公里外,地震仪监测到最大振幅为1微米(千分之一毫米)的地震波,地震便是0级;10微米的地震是1级地震,1毫米的地震就是3级地震。以此类推,里氏震级每上升1级,地震仪记录的地震波振幅增大10倍。

    7.8级,100km以外应该就是几十m了,成都离震中不到100km,why?

    • 猛犸说道:

      嗯,是这样的:在里氏震级的评定中,是以地震波的最大振幅为依据的;而波的振幅在传递过程中并不会变化,但地震波携带的能量将会在传递过程中逐渐损耗。

      好吧……我承认我其实没有看明白楼上提的问题。^_^b

      • xiaopiniu说道:

        地震波的振幅在传播过程中会衰减,其中频率越高,衰减越快。
        地震波的振幅还与地震震源的类型有关。不同的震源机制会辐射出不通的地震波形,各个方向的振幅并不相同。不同类型的地震波,辐射花样也不同。

        具体到地震动的强度,还与震源破裂过程,地质构造和场地效应等因素相关。

    • kongcuo说道:

      猛犸,写的挺好。
      补充一点:
      0级地震是100km外用伍德安德森地震仪测量得到1um的地动位移,实际上地动仪的放大倍数是2080倍,也就是说,真实的地动位移是1um/2080,我一开始学地震学,算震级也就是算出来相差3个量级,就是因为没有考虑放大倍数。
      而且USGS给出的我看到的是Mw(参考http://lh3.ggpht.com/kongcuopic/SClbcmjva3I/AAAAAAAABwY/vpdHD4V76mE/neic_ryan_cmt[1].gif?imgmax=512),一般来说近震用里氏震级,远震国外用Mw,中国用Ms面波震级。

      • 猛犸说道:

        谢谢空错的肯定。 ^_^

        不知最近有没有时间,能在MSN群里帮我解下惑……有几个问题还不明白,嘿嘿。

        • kongcuo说道:

          别客气,我懂得很少,我不是做天然地震的,所以一写就范错误。你要有啥需要讨论的,我们一起探讨。

      • kongcuo说道:

        对不起,刚才写了个错别字,一不小心把猛犸的留言也删了。我们一起讨论,对我也是学习思考的过程。我不做天然地震,所以老说错。松鼠会太强大了,我以后一定要查够资料再发贴。

      • xiaopiniu说道:

        里氏震级Ml是一般用于近震,受当地介质结构影响较大,通用性也较差。
        现在较通用的震级为面波震级Ms,矩震级Mw。
        其中矩震级Mw的物理含义最为清楚,也不存在震级饱和问题,已逐渐成为广泛使用和认可的震级。

  2. [...] 【地震与疫情】震灾之后防大疫 (BoBo,医学院博士生) 【地震基础知识】什么是地震强度 (猛犸;科普作者) 【专业解析】转贴:地震局都做了什么 [...]

  3. xiaopiniu说道:

    不好意思,错别字太多,改不了,只能重发下。

    关于震级有几点要明确一下:
    1.通俗地说,地震级是用来描述地震的“大小”。但地震的“大小”可以通过很多方面来衡量,也可以说,地震的“大小”很难有一个统一的标准来衡量。
    2.历史上,出现过十几种震级,他们的定义和标度方法各不相同,反映了地震不同“方面”的大小。如面波震级Ms,体波震级Mb,能量震级Me,矩震级Mw,甚至还有海啸震级Mt等等。
    3.这些震级几乎都有同一个缺陷:根据它们的定义和测定方法,很难赋予它们清晰明确的物理意义,也很难将它们与具体的物理量直接联系。

    关于8级地震的能量:
    USGS的页面说得很清楚啊:
    历史上,通过经验公式,将面波震级Ms转化为能量震级Me。
    现在,可以直接由速度地震仪获得辐射能量Es,再转换为能量震级Me。
    如果不能获得能量震级,可由标量地震矩M0转换为能量震级Me。其中标量地震矩物理含义清晰,能反应整个震源的情况。
    文中的地震能量Es又能量震级Me换算而来。而能量震级Me可从面波震级Ms和矩震级Mw(或标量地震矩M0)换算而来。

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  7. 无名小卒说道:

    路过......

  8. [...] 智利地震为8.8级指的是里氏震级。 [...]

  9. 织梦仿站说道:

    文章不错,看过要留个足迹,
    支持一下。

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