关于地震震级和地震波
2008-05-19 09:15:46.0
国家地震局最近把汶川地震的震级修正为8级,修正理由是参照了全球地震台网在内的更多台站资料。辉山兰狐认为,除此而外,还可能同断裂带的长度长达300多公里、地震持续时间在两分钟左右(根据新闻报道)和极震区的分布面积大有关。这些因素反映了地震释放出的能量比里氏法确定的震级高出许多,里氏法主要以地震波的最大波幅为依据来确定震级,但该法不能反映地震持续时间长所释放出的地震能。地震波的最大震幅相同,但地震持续时间不同,释放出的能量是有差别的,地震持续时间越长,释放出的能量也越多。汶川地震的持续时间很长,这也是很罕见的,这次地震反映出了里氏震级确定方法的局限性。
最近有报道说,日本人发现汶川地震的低频(长波)地震波绕地球走了两圈还能检测到,进而推测汶川地震的震级为8级以上,辉山兰狐对此论很不以为然,因为地震震级的确定有一定的规范方法,从来不以某一频率的地震波是否衰减作为依据。由于地质构造的复杂性,地震波通常有很宽的频谱,其中低频(长波)分量衰减的缓慢,这是一般的常识,所以某一长波地震波分量可能在传播中衰减的很缓慢也不算希奇,却不能因此说明地震的震级大。作为学术研究,可以探讨任何频段的地震波传播特性,但非要耸人听闻地宣传,由于地震波绕地球走了两圈还能检测到,地震震级就超过了8级,那就很不严肃了,若非新闻记者的炒作,那就是发现者的偏颇。
地震台都配备有以拾震器为基础仪器的测震仪器,用来记录地震波,并进而对地震波进行分析。当地震台记录下某次地震的地震波图象后,通常用最大震幅来推测震级,这就是里氏地震震级确定法。这里要说明的是,拾震器记录的不是单一频率的地震波,而是各种频率地震波的综合波形,所谓最大震幅也是各种频率地震波的叠加结果。因为地震震级的确定所反映的是地震释放的能量,所以要求地震记录仪器不能对特定频率有放大效应,为此地震工作者通常用调整拾震器的自振频率和阻尼的方法来解决。这是全世界地震工作者通用的震级确定原则,没有人会愚蠢地使用特定频谱来确定地震震级。这次汶川地震国内测定的震级和美国测定的震级是一致的,而唐山地震时,国内外的测定结果相差了0.2级,这都很正常。因为,上述用最大震幅来推测震级的方法是比较粗略的,所以,没有专业人员会对测定结果相差零点一、二而求全责备,都认为是很正常的现象。
地震持续的时间通常不会超过3分钟,所以地震发生后,地震台会迅速地确定出震级、发震时刻、震中位置和震源深度。
单个地震台根据地震波确定震中位置,不使用通常的几何或三角测量方式,而是根据纵波和横波的传播时间差来确定。因为纵波的传播速度快,将第一时间到达,所以称呼为P波,P是第一位(primacy)的缩写。其次横波到达,所以称呼为S波,S是第二位(second)的缩写。当测量到P波和S波的时间差后,很容易按照地震波“走时表”确定出震中位置。为了进一步确定震中的精确位置,通常用三、四个地震台的测定结果互相交切修正,这就得使用几何方法了,多台交切的结果不但能精确测量到震中位置,而且还可以确定震源深度。作为科普文字,这里就不对交切修正的方法予以详述了,有兴趣的朋友可以读有关地球物理方面的著作或科普读物。这样测得的震中位置叫仪器震中,也叫微观震中,可准确反映出地震时地壳断裂的起点。震中确定了,根据地震台和震中的距离很容易测算出发震时刻。仪器震中不同于宏观观测震中,宏观震中应是微观震中在地表的投影位置,那里的破坏应是最严重的。对于汶川这样的大地震来说,极震区的范围很大,大面积地貌在地震后有了重大改变,所以想精确确定宏观震中位置很困难,比如按建设部的说法,微观震中在汶川县城下,但汶川县城的房屋破坏程度不是最严重的,按宏观观测不能说那里是震中,这样一来,哪里应是震中就会出现争论,为此现在都使用仪器震中。建设部最近发表关于地震区建筑物抗震问题的谈话中,明确说自己所使用的震中概念是仪器震中,谈话概念很清晰。
地震是自然现象,地震测量是一种专业技术,没有任何神秘色彩,地震台虽然无法像气象台作天气预报那样预报地震的发震时刻和震中位置,但对于地震参数的测定技术还是很成熟的。利用精密地震仪器,不但可以测定地球任何位置发生的强烈地震的参数,甚至可以测定地下核爆炸引发的震动,不是有人计算出汶川地震大体相当于400颗(一说252颗)小型核弹爆炸的能量吗?若400颗小型核弹爆炸相当于一次8级地震,则按地震震级的通用公式可以推算出7级地震相当于12颗小型核弹爆炸的能量,一颗小型核弹的爆炸相当于6.5级地震的能量,一颗数百万吨TNT级别的核弹头爆炸能量相当于一次7级左右的地震。这种推算不精确,也不可能很精确,只能作为一种类比而了解大自然的力量是多么强大。
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