地震位置和深度测定

地震波

　　原标题：地震预警“短板”尚难克服 震级、方位咋测出？

    新闻背景

　　上周五，新疆和田地区皮山县发生6.5级地震，和田、喀什、阿克苏等南疆地区震感强烈。

　　在地震后的几分钟之内，我们就能通过各种媒体得知地震的震级以及位置、震源深度等参数。这些数据都是从哪里来的？为什么不同的机构得到的数据会有不同？

　　地震波——来自地下的信使

　　当一个地震发生后，人们最迫切想知道的就是它发生的位置和大小，这也是指导随后救灾行动的重要数据。大地剧烈地颤动，颤动的原因就是地震波，它不仅带来巨大的破坏，也带来了地震的信息。我们用地震仪记录下来地震波的样式，通过一系列的处理，就能知道地震的位置和大小。

　　地震波有好几种类型，分别为P波、S波和面波，分别有不同的速度。其中P波最快，S波次之，面波最慢。地震可以同时激发P波和S波，但由于二者速度不同，到达某一个地震台的时间也就不同，P波先到达，而S波后到达。P波和S波在地壳中传播速度是已知的，二者到达地震台的时间之差也可以测量得到，通过比对地震走势曲线就能得到台站和震中的距离，那么地震肯定发生在以台站为中心、距离为半径的圆上。三个台站记录到地震波以后，就可以在地图上画三个圆，三个圆的交点就是地震发生的位置了。

　　震源深度也是根据地震波的时差确定的。我们知道，波在两种不同介质的界面会发生反射或折射，其路径就会改变。以P波为例，地震激发的P波向着四面八方传播，一部分就会很快到达地表，发生反射再次进入地下，称为反射波。另外一部分一直在地下传播，称为直达波。由于地球的密度从地表到深处是逐渐升高的，会导致地震波折射，行走的路径发生弯曲。最终反射波和直达波都会到达同一个台站并被记录下。但是，由于二者的路径不同，到达台站的时间也不相同，直达波先到达，反射波后到达。根据时间差，通过计算，就可以知道地震发生的深度了。

　　需要说明的是，在实际地震定位，尤其是精确定位的过程中，并不是简单地测量时差或比对图表，更牵涉到大量的模拟计算，要用到很多个台站的地震波数据，当然也少不了人的经验。

　　震级测量方法有几种

　　在2013年的芦山地震后，中国地震台网最终公布的震级是7.0级，而美国地质调查局公布的震级是6.6级。这就让很多人感到疑惑，为什么中国和美国的震级相差了0.4级？要解答这些疑问，就得从震级类型和测量方法说起了。

　　目前震级有很多种，比较常见的有近震震级、体波震级、面波震级以及矩震级等。

　　面波震级的测定方法是直接测量地震波。地震台站的仪器在地震以后可以迅速记录下地震波，其形态就是一段连续的线，呈高高低低的锯齿状。一般这条曲线沿中轴线大致对称，我们把偏离中轴线的最大值称为振幅，它能够反映地震的强度。通过测量振幅的大小，并用公式计算，得到地震的震级。体波震级、近震震级的计算方法类似。

　　而矩震级则是通过对地震波进行拟合得到震级的大小。简单来说，就是在实验室内对地震仪记录到的地震波进行模拟计算，得到发生地震的断层的长度、断层面的面积以及平均滑动距离等，计算得到地震矩，进而就知道地震震级了。

　　地震激发的地震波可以看作是从震源向周围逐步扩散的，距离震中越近的台站越早记录到地震，通过计算得到近震震级或体波震级，就可以知道地震的震级和位置。但这种方法得到的震级有一个缺点，当地震大于6级时，会有明显的“饱和”，就是测量值比实际值要小。这就需要其他方法测定了，比如面波震级，就会准确不少，不过它需要的台站就稍多，时间较长。当震级达到8.5级左右的时候，面波震级也饱和了，这时候矩震级就是最合适的震级了。矩震级的缺点是计算量大，时间较长，半小时到数小时不等，面波震级只需要几分钟就可以。

　　我国对外公布的震级主要是面波震级，而国外的地震监测机构公布的震级大都是矩震级。对于芦山地震，中国地震台网公布是面波震级，7.0级，而美国地质调查局公布是矩震级，6.6级。其实，美国地质调查局测定的芦山地震的面波震级是6.9级，和中国地震台网的测定值差别不大。

　　一个地震真的需要这么多测量方法吗？答案是需要的。各种震级其实是从不同侧面来描述地震。矩震级是一个描述绝对地震大小的力学量，不存在饱和现象，对大小地震都合适。而面波震级是直接通过测量地震波的振幅来计算，表述了地震导致的地面运动的特征。

　　不断变动修订的震级

　　还以2013年的芦山地震为例，中国地震台网第一次公布的震级是5.9级，随后更改为7.0级，那么，震级为什么会变化呢？

　　对于一个地震，中国地震台网要通过微博发布两次。第一次是速报，即地震以后一到数分钟内发布的自动结果，没有人的参与，从地震波数据记录、震级计算到发布全程由计算机自动完成。随后在人的干预下完成第二次计算，发布正式结果，此后的报道就以正式结果为准。而美国地质调查局震级修改的次数要更多，主要是因为他们会依次发布多种震级，比如近震震级、体波震级、面波震级，最后是矩震级，矩震级也可能会多次修改。

　　比如前不久发生的日本小笠原群岛地震，美国初始测定震级是8.5级，随后修改为7.8级。而4月25日的尼泊尔地震，美国最初发布震级7.5级，随后修改为矩震级7.9级，又修改为矩震级7.8级；由于发生在国外，中国地震台网只发布了最终测定结果，面波震级8.1级。2008年的汶川地震，中国地震台网对外发布的震级也经历了7.6级、7.8级和8.0级的变化，美国地质调查局也做了7.5级、7.8级和7.9级的多次更改。

　　地震震级修改的原因有很多，除了上面提到的地震波传播规律的变化外，还有资料丰富程度和处理时间的影响。要比较准确地测定出地震的震级，肯定是用到的资料越多越好。但地震刚发生时，由于地震波传播范围有限，记录的台站也就有限，利用有限的资料测定的震级不确定性肯定较大。随着越来越多的台站记录到地震波，地震学家就能从中挑出高质量的数据计算出震级，就要对原来的震级做出修订了。有时候这个周期可能会比较长，比如日本在“3·11”大地震5天后，才最终修订震级为矩震级9.0级。

　　延伸阅读

　　地震预警“短板”尚难克服

　　地震预警是在地震发生后，打地震波的时间差。P波快，但破坏性小，S波慢但破坏性大，如果在P波到来的时候就能准确地计算出地震的大小和位置，并发出警报，让人们做好防灾准备，就能减轻随后S波到来时造成的损失。

　　但目前地震预警系统并不完善，有着几乎不可克服的短板。

　　地震预警最大短板是它有“盲区”，即在震中及周围是预警不了的。地震发生以后，在非常理想的情况下，预警系统能够在10秒内准确处理并发出预警。但在这10秒内，破坏性强的S波其实已经波及地面20公里的范围了，也就是说这20公里是完全来不及做出对地震的应急反应的，这个范围就是预警盲区。再考虑到消息发布渠道的延迟、人们的反应等，实际盲区要远大于20公里。所以，地震预警在破坏最严重的地区恰恰发挥不了作用，而在能发挥作用的地方破坏反而较轻。

　　当地震特别大的时候，预警的意义才比较显著。比如汶川地震，断层破裂将近300公里，破裂从映秀开始，在40秒后才达到120公里外的北川。那么，如果能够准确预警，就能够为北川争取约30秒的反应时间，可能会有上万人活下来。相应的，芦山地震的断层破裂长度仅为30公里，预警的意义就不明显。

　　第二个短板是对地震震级的准确判读。在短时间内准确判断地震的震级是比较困难的，往往要偏小好多。比如预警技术发达的日本，在“3·11”大地震的时候最初震级的测定仅为4级，与9.0级的大地震相差甚远。

　　另外，如何判断接收到的信号是否为地震也非常重要。日本就曾经在2013年8月误报一次7.8级的大地震，实际上是信号不稳定造成的。（贾斌）