1.6 震级与烈度

对地震大小、强度（强弱程度）的描述或量测可以通过两种基本方式：其一是基于地震震级；其二是基于破坏烈度。

1.6.1 地震震级

震级是用来衡量地震释放能量大小的定量指标，从这个意义上来说，一次地震只有一个震级，其释放出来的能量越大，则震级越高。由于一次地震释放的能量很难直接进行精确计算，所以普遍采用仪器（地震仪）观测来确定地震震级的大小。下面介绍两种最常用的震级定义。

（1）里氏（地方）震级M_L。

1935年，美国加州理工学院的CharlesRichter教授首先引入里氏震级的概念来衡量加利福尼亚州南部当地的浅源地震的大小。其震级M_L的计算公式为

M_L=lgA-lgA₀

（1 13）

式中 A———距离震中100km处、标准伍德 安德森（Wood-Anderson）地震仪记录到的

最大水平地动位移（最大振幅），μm（1μm=10^-6m）；

lgA₀———起算函数，由当地经验确定。

标准伍德 安德森地震仪是指固有周期0.8s、阻尼系数0.8，静态放大倍数为2800的地震仪。

（2）面波震级M_S。

由于上述用于测定里氏震级的标准地震仪是一种短周期地震仪，因此只适合于记录浅源近震的短周期地震动分量。因此，Gutenberg在1936年根据里氏震级的定义提出了面波震级的概念，并定义为

M_S=lgA_S-lgA₀

（1 14）

式中 A_S———记录到的面波最大水平地面位移，μm，一般取两水平分量矢量和的最

大值；

lgA₀———起算函数，由经验确定。

面波震级适用于浅源远震（⊿＞1000km）。我国规定的面波震级的计算公式为

M_S=lg㊣㊣|ATS㊣㊣|+σ（⊿）+C

（1 15）

式中 T———A_S对应的面波周期，一般为20s；

σ（⊿）———起算函数，为震中距⊿的函数；

C———台站校正值。

我国地震部门为统一起见，规定一律使用面波震级M_S来表示地震大小。根据我国资料，M_L与M_S的换算公式为

M_S=1.13M_L-1.08

（1 16）

同一次地震中，不同地方的地震台站测定的震级往往并不一样，差异常达0.5，甚至超过1.0。通常，小于2级的地震人们没有感觉，只有仪器能够测出来，称为微震；2～4级的地震，人能感觉到，称有感地震；5级以上的地震就引起不同程度的破坏，称为破坏性地震；7级以上的地震称为强烈地震。

震级是表征地震释放能量大小的物理量，至今，震级M与释放能量E（J）之间的经验关系已有不少，最常用的是Gutenberg和Richter的经验公式：

lgE=4.8+1.5M

（1 17）

上式表明，震级每增加一级，能量增大约32倍（10^1.5）。1.6.2 地震烈度

地震烈度（intensity）一词的使用非常广泛，而且很早，已有170余年的历史，早于震级和加速度等地震动参数的使用。我国国标《中国地震烈度表》（GB/T17742—2008）将地震烈度定义为：地震引起的地面振动及其影响的强弱程度。从上述定义可以看出，地震烈度与地震震级是完全不同的两个概念，震级反映地震自身释放能量的大小，而烈度反映地震中某个地方地面振动的强弱程度。因而，一次地震只有一个震级，却在不同的地方表现出不同的烈度。理论上，由于震中离震源最近，所以一次地震中震中的烈度最大，而随着震中距的增大，地震烈度逐渐衰减。如5.12汶川地震，震中烈度高达Ⅺ度，而约700km外的西安则只有Ⅴ～Ⅵ度。同时，震级与烈度也不是完全没有关系，显然，震级越大，烈度相应也会越高。此外，既然烈度一词的出现要早于震级和加速度等地震动参数，那么人们又依据什么来评定地震中某地的烈度?即依据什么来评判某地地面振动的强弱程度并划分等级?要回答这个问题，我们再回到前面对地震烈度的定义。定义中的“强弱程度”除指“地面振动”外，还包括“及其影响”，这里的影响就是指地震发生后我们所能体会或观察到的各种宏观现象，如地震中人的感觉、物体的反应，地震后建筑物的破坏以及地表断裂、崩塌滑坡等自然状态的改变。如此，对于地震烈度概念的完整理解如下：地震烈度是指依据地震宏观现象对一次地震中某地地面振动强弱程度划分的等级。因此，地震烈度即是地面振动强度的评判，也可反映某地震后宏观地震灾害的程度，用于指导抗震减灾及灾后重建工作。

衡量烈度大小所采用的标准是地震烈度表。目前世界上除日本外普遍采用的是划分为12度的烈度表。有影响的主要烈度表有：①中国地震烈度表（GB/T17742—2008）；②修正的麦卡利地震烈度表（modified Mercalliintensityscale，简称MM烈度表）；③苏联地球物理所烈度表（GEOFIAN）；④欧洲地震烈度表（EMS1992）；⑤日本气象厅烈度表（JMA）。前4种烈度表都划分为12度，它们的内容相仿，大体相当；日本气象厅烈度表把烈度划分为8度（0～Ⅶ）。所有的烈度表均以人的感觉、物体的反应、建筑物破坏和地表现象等地震宏观现象为评定指标，虽然有的附加有地震动参数指标，但在实际烈度评定中一般是不用的。

我国颁布实施的国家标准《中国地震烈度表》（GB/T17742—2008）将地震烈度划分为12个级别，采用宏观现象作为评定指标，同时附有对应的水平地震动参数，见表1 2。评定烈度时，Ⅰ～Ⅴ度以地面上人的感觉为主；Ⅵ～Ⅹ度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考；Ⅺ～Ⅻ度以地表现象为主。

表1 2

中国地震烈度表（GB/T17742—2008）

续表

注 表中给出的“峰值加速度”和“峰值速度”是参考值，括弧内给出的是变动范围。

一般情况下，随着距离的增加，地震波能量逐渐耗散，烈度不断衰减。一次地震中，烈度相等的各点的连线称为等震线图或地震烈度分布图。由于受震源特性和发震断层影响，等震线大多近似于椭圆形，长轴一般沿断裂走向延伸，烈度在长、短轴方向内的衰减速度是不同的（图1 17）。烈度衰减规律受很多因素的影响，有时局部场地条件可能形成烈度异常区，比如在高烈度区内，局部地方烈度比附近区域低1～2度；而在低烈度区，也可出现某些地方比附近的烈度高1～2度的情况。

理论上，一次地震中震中烈度最大，震中烈度主要决定于地震震级和震源深度。但考虑到具有较大影响或产生较大震害的地震其震源深度一般在10～20km左右，差别不大，因此可将震中烈度仅表示为震级的函数。根据我国1900年以来的地震统计资料，震中烈度I₀与震级M有下列近似关系：

M=0.66I₀+0.98

（1 18）

世界上最早的震中烈度与地震震级关系是由美国的Gutenberg和Richter于1956年提出的，他们通过对美国南加州历史地震资料的研究，提出了如下关系式：

M=23I₀+1.0

（1 19）

图1 17 甘肃岷县—漳县6.6级地震烈度分布图（据中国地震局）

可以看出，两式的差别很小，基本一致。而且采用图1 17所示的地震的震级和震中烈度进行验算可以发现，计算值与实际情况吻合较好。