論宏觀震中及其快速估定方法1

鄢家全 李金臣 俞言祥 潘 華 郝玉芹

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

論宏觀震中及其快速估定方法1

鄢家全 李金臣 俞言祥 潘 華 郝玉芹

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

宏觀震中與微觀震中不僅是概念上的差別，在實際觀測結果中也存在不容忽視的差距。宏觀震中還可代表震源區和地震波能量輻射的中心。宏觀震中在抗震救災、震害預測、地震地質和工程地震研究等方面，具有無可替代的重要作用。在災害性地震發生后，可由余震分布來快速估定重災區范圍和宏觀震中，將有助于提高抗震救災效率。

宏觀震中 極震區 微觀震中 初始破裂

引言

眾所周知，地震有宏觀震中與微觀震中之分。宏觀震中是指極震區（或震源區）的幾何中心；而微觀震中則是震源初始破裂位置。因震源區的破裂過程具有多樣性，只有從震源區中心開始的對稱破裂型地震，其宏觀震中與微觀震中才較一致。隨著震級的增大，地震的震源區范圍也越大，宏觀震中與微觀震中的差距也可能更加顯著。比如2001年11月14日發生在昆侖山口的8.1級地震，震源區長約440km，宏觀震中（35.75°N， 93.37°E）與微觀震中（35.97°N，90.59°E）之差距達240km；又比如2008年5月12日發生在四川龍門山的8.0級地震，震源區長約320km，宏觀震中在北川附近（31.7°N，104.20°E）與微觀震中（31.0°N，103.4°E）的差距達110km。這么大的差別，在實際應用中將如何對待？再者，由于確定宏觀震中的極震區是地面震動最強烈和破壞最重的地區，若能盡快地圈定大地震的極震區，將有助于提高抗震救災的效率。

本文擬從宏觀震中的由來及意義、宏觀震中與微觀震中的差異、宏觀震中的用途，以及快速估定宏觀震中的方法等方面進行討論，以便更好地服務于防震減災事業。

1 宏觀震中的由來及意義

早在三個多世紀之前，人們為了了解地震，就到現場去進行調查，首先看到的是，地震動影響場的范圍是很有限的，地震動的強弱程度各處不同，經過仔細調查，還可以找出一塊范圍不大而震動最強的地區，謂之為極震區（Meizoseismal area）。地震的強弱程度，從極震區向外擴展，距離越大，震動越弱，終至消逝。人們又逐步將在地震現場接觸到的各種宏觀現象進行比較分析，歸納出評判地震動影響強弱程度的等級標度。這個等級標度就稱之為地震烈度（Seismic intensity），度數大者為強，度數小者為弱。在一次地震的烈度分布圖中，相鄰兩度之間的分界線為等震線，等震線以極震區為中心，由強而弱，一環扣一環，逐步擴大。因極震區是地震動最強的地區，又總在地震動影響場的中心，所以又稱之為震中區，其幾何中心則稱之為震中。為了與儀器觀測地震波測定的震源區初始破裂相區別，將上述由宏觀地震資料所得極震區的幾何中心稱為宏觀震中（李善邦，1981）。

在地震學的發展進程中，宏觀震中的概念已廣為人知，不僅是近、現代經過現場科學調查的地震，逐個給出了宏觀震中參數；對于數千年來的歷史地震，也根據其記載資料的詳簡程度或極震區范圍大小，給出了不同精度的宏觀震中參數。震中分布圖也采用宏觀震中參數（國家地震局震害防御司，1995）。現今，宏觀震中的概念已深入社會各界，其意義可歸述如下：

（1）宏觀震中代表了地震動和地震影響最強烈地區的中心。對于大地震，尤其是特大地震，宏觀震中也是重災區的中心。

（2）宏觀震中代表了震源區的中心。因極震區與震源體在地面的投影范圍有關，極震區又稱為震源區或震中區。

（3）宏觀震中可視為地震波能量輻射的中心。將地震視作為震源區內應變能的積累與快速釋放過程，地震波向四周傳播并逐漸衰減，形成地震影響場。凡是用震中距離來描述地震動衰減規律的，都是按宏觀震中計算其震中距。

2 宏觀震中與微觀震中之差距

使用過正規地震目錄的讀者都清楚，宏觀震中與微觀震中之間是存在差距的。尤其是災害性大地震，這種差異就更加令人難忘。為了展示其差距，根據最新版本的《中國近代地震目錄》（國家地震局震害防御司，1999）和《中國地震年鑒》（中國地震年鑒編輯部，1991—2006）所記載的有關參數和等震線分布圖，將我國境內1912年以來MS≥7級地震的情況列于表1。表1中還列出了宏觀震中所在極震區的烈度值，同時也列出了微觀震中所在的烈度區，以及二者相差的距離等。

需要說明的是，表1中最后一行給出的2008年5月12日四川龍門山（即汶川）8.0級地震情況，其宏觀震中系作者根據汶川地震災害區地震烈度分布圖（國家汶川地震專家委員會，2008）中Ⅹ度區的中心測定的（31.6°N，104.2°E）。雖然在該烈度分布圖中繪有 2個Ⅺ度區，似乎有2個宏觀震中，且有李志強等（2008）認為存在一組宏觀震中。但作者考慮到與數千年歷史地震震中保持一致性，參照經過仔細調查的地震處理辦法，1次大地震只定 1個宏觀震中。如1976年5月發生在云南龍陵地區的7.3級和7.4級地震，盡管都繪有2個極震區（陳立德等，1979），在1983年版的《中國地震目錄》和1999年版的《中國近代地震目錄》中，也是1次地震定1個宏觀震中。再有1668年山東郯城級地震、1920年寧夏海原8.5級地震、1927年甘肅古浪8級地震和1931年新疆富蘊8級地震等，在其震源區內都存在不同活動性的斷層分段，卻都是1次地震定1個宏觀震中。因此，對于2008年5月12日四川龍門山8.0級地震，只定1個宏觀震中為妥。

表1 中國境內MS≥7級地震宏觀震中與微觀震中之差異Table 1 Difference between the macro- and the micro-epicenter of MS≥7 earthquakes in China

由表 1所列數據說明，在31次MS7—8.6級地震中，只有個別地震（如 1975年2月5日遼寧海城地震和1996年2月3日云南麗江地震）的微觀震中在極震區內，絕大多數地震的微觀震中都不在極震區內，有的甚至比極震區低3度。微觀震中同宏觀震中的差距，少則數公里，多則數十公里至上百公里。另一方面，震級較大的地震，微觀震中與宏觀震中的差距也越明顯；對于7級左右的地震，近年來微觀震中與宏觀震中的差距有減小的趨勢。

這種微觀震中與宏觀震中的顯著差距，不僅僅存在于7級以上的大地震參數中，7級以下的地震也同樣存在。比如1969年7月26日發生在廣東陽江的6.4級地震，1983年版的《中國地震目錄》（P659—661）和 1999年版的《中國近代地震目錄》（P222—223）均記載了同樣的參數：極震區烈度為Ⅷ度；宏觀震中為 21°45′N，111°45′E；微觀震中為 22°10′N，111°48′E。而且微觀震中的精度標為Ⅰ類（誤差≤10km），微觀震中卻落在該地震烈度分布圖的Ⅵ度區之外的陽春附近，與宏觀震中的差距達60余公里。其差距之顯著，已遠超過震源區范圍，同樣令使用者十分關注。

3 宏觀震中的用途

宏觀震中與微觀震中的概念及意義不同，在地理位置上又存在差距，在其使用中應充分考慮這種差別。在闡述其用途之前，先分析存在差別的主要緣由，以便區別對待之。

正如本文引言所提及，由于震源區破裂過程的多樣性，導致微觀震中與宏觀震中之間存在差距。地震震源區的破裂過程，尤其特大地震的震源區破裂過程，絕非瞬間完成，而是從初始破裂起，以小于等于地震橫波的速度向外擴展，直至整個震源區的破裂。比如2004年底發生在印尼蘇門達臘近海的9.1級地震，震源區的斷裂帶約1200km×200km，破裂錯動過程用了近10分鐘（日本地震學會地震預測研討委員會，2009）。在孕育大地震的巨大震源體區內，決定初始破裂的本構關系具有為人難以預料的空間不均勻性。所以，只有個別從震源區中心開始的對稱破裂型地震，微觀震中與宏觀震中才比較一致。比如1975年2月5日發生在遼寧海城的7.3級地震，震源區發育有北西西和北北東走向的共軛構造，前震和主震的初始破裂都在震源區中心的共軛點附近，其微觀震中與宏觀震中相距很近（表 1）。1976年7月28日發生在河北唐山的 7.8級地震，震源區破裂過程為雙側非對稱型，往北東方向擴展了70km，往南西方向擴展了45km（張之立等，1980），其微觀震中與宏觀震中之間呈現出差距（表1）。2001年11月14日發生在昆侖山口西的8.1級地震，震源區破裂過程也是雙側非對稱型，往西擴展了90km，往東卻擴展了350km（許力生等，2004），其微觀震中與宏觀震中之間差距顯著（表1）。2008年5月12日發生在四川龍門山的8.0級地震，初始破裂位于汶川縣映秀鎮附近，沿北東向經北川直至青川附近擴展，震源區地震斷層長度超過300km，南段以逆沖為主，北段以右旋走滑為主（陳運泰等，2008），其微觀震中與宏觀震中的差距達110km（表 1）。

另一方面，觀測精度也是導致宏觀震中與微觀震中之間出現差距的原因。宏觀震中的精度決定于極震區或最內等震線的準確程度及范圍大小。多數情況下，凡有2條以上完整等震線的地震，其宏觀震中的精度在幾公里到十幾公里。微觀震中的精度則取決于觀測數據的質量、地球速度模型的逼真程度和測定方法。早期的觀測數據少，質量有限，所定震中的精度也不高。我國從上世紀70年代起大力發展區域地震臺網，90年代后逐漸更新擴建為實時傳輸的數字地震臺網，觀測數據的質量大為提高，地球速度模型和測定方法也有改進，所得震中的精度有顯著提高。需要指出的是，地震目錄中有關微觀震中的精度分類，是依據交切圖的分散情況或修定震中計算程序中的均方差三倍來分的（顧功敘，1983）。目前最好情況下的震中定位精度可達1km左右（黃媛等，2008；朱艾瀾等，2008）。但在上世紀60年代之前的定位精度就要差很多了。因此，在有詳細調查資料的情況下，宏觀震中更容易為人們所認可。比如1966年3月8日發生在河北邢臺的6.8級地震和1967年3月27日發生在河北河間的6.3級地震，在1983年版的《中國地震目錄》（P555、P619）和 1999年版的《中國近代地震目錄》（P177、P205）中，都只列有宏觀震中參數，卻未列微觀震中參數。

鑒于以上所述，可對宏觀震中的用途概括如下：

（1）抗震救災需要宏觀震中。在災害性地震發生后，盡快地圈定宏觀震中和極震區范圍，是合理布署抗震救災工作的必要條件。僅有微觀震中是不夠的。

（2）震害預測需要宏觀震中。震害預測的基礎是對區域未來地震危險性的估計，即地震危險區劃分結果。這種危險區實質上是指未來可能發生地震的宏觀震中集合范圍，而絕非其微觀震中（初始破裂）范圍。

（3）地震地質研究需要宏觀震中。這不僅是對那些發震構造直接出露地表的大地震需要，對于發震構造不直接出露地表的中強地震也需要。如前面提到的1969年7月26日發生在廣東陽江的6.4級地震，就是按宏觀震中所在陽邊海灣研究其地質構造特性，無人按60km外的微觀震中去研究。

（4）工程地震研究需要宏觀震中。目前，在工程地震研究運用的地震危險性分析模型中，其潛在震源區是指未來可能發生地震的宏觀震中集合范圍；地震動衰減關系也是用宏觀震中確定的震中距來表述的。

（5）面向社會的震中分布圖需用宏觀震中。宏觀震中的概念已深入人心。在歷次出版發行的《中國地震震中分布圖》中，凡是有宏觀震中的地震，都選用宏觀震中參數；只有發生在邊遠地區或海域內沒有宏觀震中的地震，以及儀器記錄到的中小地震，才使用微觀震中參數。這不僅盡可能地表述了地震影響破壞的中心區，也保持了數千年來地震資料運用的一致性。

當然，現代地震學觀測技術可以在大地震發生后數分鐘內初定出微觀震中來，地震快報還是要使用微觀震中的，而且，在研究震源破裂過程時，也必然要用微觀震中參數。

4 快速估定方法

按傳統的辦法，需要經過數天艱苦細致的現場調查工作，才可能確定極震區和宏觀震中。為了滿足震后抗震救災的需求，尤其像2008年5月12日四川龍門山特大地震那樣，造成大面積通訊和交通中斷的情況下，更需要探索其快速估定重災區和宏觀震中的方法。胥廣銀等（2008）已探討過基于發震構造和震源機制結果，快速確定破壞范圍與極震區的方法。本文擬以余震分布反映的震源區范圍來估定極震區和宏觀震中。通常認為，主震釋放震源區內的絕大部分應變能，余震則繼續釋放其剩余的應變能。余震的空間分布范圍，可以大致反映震源區范圍。而隨著震源區的應力調整與破裂擴展，大震后的余震分布也有向外擴展的現象。因此，只有震后1—3天內的余震分布更接近主震的震源區范圍。比如1976年河北唐山7.8級地震后，第1天余震區的總長度達110km，約為最大長軸的76%；第2天達130km，約為最大長軸的90%；以后的擴展速度遞減（國家地震局《一九七六年唐山地震》編寫組，1982）。為了揭示震后不同時間段內余震分布同主震極震區的關系，下面以1976年唐山7.8級地震和2008年龍門山8.0級地震的余震分布為例（圖1、圖2），予以探討。圖中還標示了Ⅹ度和Ⅸ區度范圍。

圖1 1976年唐山7.8級地震后不同時間段的余震震中分布圖Fig. 1 Aftershock distribution of 1976 Tangshan MS7.8 earthquake in accordance with different time periods

圖2 2008年龍門山8.0級地震后不同時間段的余震震中分布圖Fig. 2 Aftershock distribution of 2008 Wenchuan MS8.0 earthquake in accordance with different time periods

由圖1和圖2所示的結果說明，若以大震后24小時的余震分布范圍來代表主震的震源區范圍，則震源區范圍比極震區要大許多，與其Ⅸ度區的范圍大致相當，且宏觀震中也大體在余震分布區的中心地帶；大震后2小時的余震震中數目有限，但都在宏觀震中和極震區附近；大震后4小時或8小時的余震震中分布已較為顯著地體現出震源區的范圍來。

需要注意的是：①大地震后的余震非常之多，以至于在區域地震臺站的記錄圖中難以分清各次地震的震相來，只有少數余震能測定其參數；②大地震數小時后，余震頻次減少，記錄圖的分辨率提高，余震參數的測定效率也就高了；③因地震速報參數測定中所使用的觀測數據質量和地震波速度模型精度都有限，余震震中分布較離散，甚至有一定的系統誤差是在所難免。通過后期的數據校核和測定方法的改進，可以進一步提高主震和余震的定位精度（黃媛等2008；朱艾瀾等，2008）。

在1975年海城7.3級地震的現場工作中，作者曾用臨時臺網各臺站最先記錄到余震的最小震源距與最大震源距，求取公共范圍作為余震震源區的初估值。這種方法雖然較粗，但簡便易行，不必等有足夠數量的余震震中參數，就能快捷地估定余震震源區的大致范圍。

5 結論

根據本文前述內容，可以得出如下結論：

（1）宏觀震中是地震動和地震影響最強烈地區的中心，也代表了震源區和地震波能量輻射的中心。

（2）宏觀震中與微觀震中不僅是概念上的差別，在實際觀測結果的地震目錄中也存在不能忽視的差距。

（3）宏觀震中在抗震救災、震害預測、地震地質和工程地震研究中的重要作用，是無可替代的。

（4）在造成大面積通訊和交通中斷的災害性地震發生后，可根據余震分布來快速估定重災區范圍和宏觀震中，將有助于提高抗震救災工作的效率。

陳立德，趙維城等，1979. 一九七六年龍陵地震. 北京：地震出版社，P81—85.

陳運泰，許力生等，2008. 5月 12日汶川特大地震震源特性分析報告. http://www.csi.ac.cn/Sichuan/chenyuntai.pdf.

顧功敘，1983. 中國地震目錄. 北京：科學出版社.

國家地震局震害防御司，1995. 中國歷史強震目錄. 北京：地震出版社.

國家地震局震害防御司，1999. 中國近代地震目錄. 北京：科學技術出版社.

國家汶川地震專家委員會，2008. 汶川地震災區地震-地質災害圖集. 北京：中國地圖出版社.

國家地震局《一九七六年唐山地震》編寫組，1982. 一九七六年唐山地震. 北京：地震出版社，53—55.

黃媛，吳建平等，2008. 汶川8.0級大地震及其余震震序列重新定位研究. 中國科學D輯：地球科學，38（10）：1242—1249.

李善邦，1981. 中國地震. 北京：地震出版社，P6—8，138—139.

李志強，袁一凡等，2008. 對汶川地震宏觀震中和極震區的認識. 地震地質，30（3），768—777.

日本地震學會地震預測研討委員會，2009. 地震預測的科學（一）.世界地震譯叢，（1）：66—67.

許力生，陳運泰，2004. 從全球長周期波形資料反演2001年11月14日昆侖山口地震時空破裂過程. 中國科學D輯：地球科學，34（3）：256—264.

胥廣銀，高孟潭，俞言祥，2008. 破壞性地震破壞范圍的快速估計. 國際地震態，（7）：20—23.

張之立，李欽祖等，1980. 唐山地震的破裂過程及其力學分析. 地震學報，2（2）：111—129.

朱艾嫻，徐錫偉等，2008. 汶川MS8.0地震部分余震重新定位及地震構造初步分析. 地震地質，30（3）：759—767.

中國地震年鑒編輯部，1991—2006. 中國地震年鑒. 北京：地震出版社.

Discussion of the Macro-epicenter and the Method of Rapid Estimation

Yan Jiaquan, Li Jinchen, Yu Yanxiang, Pan Hua and Hao Yuqin
(Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, 100081 Beijing, China)

There is not only a conceptual difference between the macro- and the micro-epicenter epicenter, but also a big gap in the observed results. The macro-epicenter represents the center of the source area and seismic energy radiation. The macro-epicenter itself plays an irreplaceable and important role in disaster relief, earthquake damage predictions, the research of earthquake geology and engineering. Following the destructive earthquake, aftershock distribution can be used for assessing the extent of the hard-hit areas macro-epicenter, which would be helpful to improve the efficiency of earthquake relief.

The macro-epicenter; The meizoseismal area; The micro-epicenter; Incipient rupture

鄢家全，李金臣，俞言祥，潘華，郝玉芹，2010. 論宏觀震中及其快速估定方法. 震災防御技術，5（4）：409—417.

中國地震局地球物理研究所中央級公益性科研院所基本科研業務專項（DQJB10B03）資助

2010-04-11

鄢家全，男，生于1941年。研究員。主要研究領域：工程地震與地震區劃。E-mail∶ lijinchen1979@163.com