地震震級何其多！ML、Mb、mB、Ms、Mw如何區分？
之前的文章介紹過地震的形成，
地震是如何發生的？頁岩氣開採可以誘發地震嗎？震級如何？
也提到地震的#震級#問題。地震震級都是用數字表示，比如5級，6級等，有時候又加上里氏兩個字，比如里氏6級，有時候又在數字前面加上英文比如里氏ML6。5級，MS6級等，這些表述有什麼不同？
里氏震級（近震震級ML）
震級的概念於1935年由美國學者里克特（Richter）提出，當時，他準備對加州的地震進行編錄，為此需要對地震的規模進行定量標註以顯示其
強度
。他仿照日本學者1931年的方法，將地震的
地面最大震動幅度
與
震中距
投在一張圖上，由於不同地震的最大地面運動幅度相差過大，投圖不便，為此，他將地面最大運動幅度
採用對數
進行投圖（圖1），結果發現地震波運動幅度隨震中距增加衰減，而且可以
擬合成一條線（擬合公式：ML=log(A)-log(Ag)；其中A是特定地震儀記錄的最大振幅，Ag是根據距離進行的修正振幅）。
也就是說，可以用一個
數字(ML)
描述一次地震的
強度
，這就是最早的地震震級，也就是
里氏震級
。
他借用天文學者對
恆星亮度的描述
方法分為
不同的級別
。規定：把距離地震震源
100公里
的
伍德-安德森地震儀
記錄到的最大地震波
振幅1/1000毫米
（1微米）為0級地震。該儀器記錄地震波的
週期是0.8s
，放大倍數是2080。
該儀器記錄地震波的週期是0。8s，放大倍數是2080，利用這些引數不同震級的真正地面最大振幅可以估算，如
7級地震100公里
震中處的最大振幅為：
（1/1000）*10
7
/2080=
4.8mm
。
圖1 里氏震級標定示意圖
該震級使用相對簡單，只要確定地震震中距和地震波最大振幅；另外，當時的
伍德-安德森地震儀
的記錄週期為
0。8s，與大多數建築物自然週期1s很接近，是建築物對地震響應的有利監測手段。因此，該震級標定的方法得到廣泛應用。
該震級源於美國南加州地區，
主要適用於
淺震和600公里震中距
範圍，用
ML
表示即
區域性或者近震（Local）震級。
里氏震級的拓展：Ms、Mb、mB、
近震震級對於
大於600公里的遠震及深源地震
則並不合適。為此，
古登堡及里克特之後提出：1）採用
週期20s的面波
，特別是瑞利波的振幅，標定
遠震
即
MS
；2）
考慮到
面波隨深度呈指數衰減
，不利於
深震
的標度，為此，他們又利用
不同週期的
體波振幅
標定
深震震級
，如
5-10s週期的mB
以及
短週期的1s
地震縱波最大振幅的
mb
。
上面幾種震級標度都是沿用里氏震級的方法，
即地震發生後
地震波
的最大
振幅。
只是利用了
不同
週期及
地震波型別，兼顧了淺震、深震；近震、遠震，互為補充，因此，仍然
統稱為里氏震級，以下標的方式加以區分即ML、Mb、mB、Ms。
里氏震級的侷限性也很明顯，它是地震發生後，
不同頻率
的地震波
穿過
不同地質條件
，到達
距離不等
的臺站後由
不同型號
的地震儀記錄的地震波最大振幅。這些
不同和不等
都需要進行矯正，存在一定的誤差。最關鍵的是它
只是地震的外在表現
，並
沒有刻畫地震的物理過程
，即地震的本質-
斷層錯動
。
矩震級（Mw ）
矩震級
則克服了里氏震級的缺陷，它著眼於發生地震的
斷層規模及岩石強度
，從而與地震的物理過程聯絡起來。斷層規模由斷層面的面積（A）和斷層位移（d）衡量。一般而言，斷層的規模越大，其積累的能量越多，潛在的震級也越大；岩石強度由剛性模量（
）衡量，其實就是岩石的
抗剪下強度。
強度越大則可能積累的能量越大，潛在的震級也越大。這三個引數相乘得到地震矩
M0
，即
M0
=
Ad。
延用對數的方式，求得矩震級（Mw ）：
Mw = 2/3 log M
0
- 10。7
里氏震級的飽和問題
里氏震級還有一個缺陷就是震級飽和問題，即震級達到一定級別後出現飽和。類似用一把最大稱重只有60公斤的秤，60公斤以下而言是準確的，但是，超過60公斤則都是60公斤。因此，里氏震級不適合大的震級標定，而矩震級則不存在這個問題。比如，
1964
年的美國阿拉斯加地震，矩震級
Mw
達
9。1
，但
Ms
僅
8。4
，
mB
只有
6。2；
2011
年的日本東北地震，矩震級
Mw
達
9。0
，但
Ms
僅
8。3
，體
mB
則只有
7。2
。震級低報一級，其能量低估了30多倍，那是要命的！目前，國際上一般採用矩震級。
之所以里氏震級出現飽和，是因為它並沒有考慮物理過程，只考慮地震波振幅。而
地震波存在不同的頻率和週期
，它們傳播並不是均質的。特別是大的地震，
長週期（低頻）地震波比短週期（高頻）傳播更有效
，這意味著里氏地震震級增加到一個臨界點後，
短週期波消失
，從而造成了里氏震級的飽和。地震波週期越短震級飽和越快，如週期0。8s區域性震級
M
L
、1s的體波震級（
mb
）比5-10s的體波（
mB
）、20s的面波震級（
M
S
）更快飽和，而矩震級（Mw）則不存在震級飽和問題（如圖2中
M
L
在7級飽和，mB8級，
M
S
8。5級
）。
圖2 震級飽和問題
為什麼有時候震級會調整？
之前在地震波型別
地動山搖與地震波型別遙相呼應
介紹時，談到地震波的速度依次是體波的P波，S波，然後是面波的L波和R波。所以，一般快速給出的震級是透過體波的P波，也就是圖2的mb或者mB，然後才透過面波即圖2的MS，最難給出，也是相對準確的是圖2中Mw即矩震級。在飽和震級前，它們之間差別不大，但是飽和震級之後，則這些震級差異不小，因此，需要調整，一般以最後的矩震級為準。
