2014年8月3日云南魯甸M6．5地震的地震波能量＊

趙仲和

（中國地震臺網中心，北京100045）

學術論文

2014年8月3日云南魯甸M6．5地震的地震波能量＊

趙仲和

（中國地震臺網中心，北京100045）

根據美國地震學研究聯合會（IRIS）的地震能量查詢網站公布的地震波輻射能量和能量震級數據，2014年8月3日魯甸M 6．5地震的寬頻帶（0．5～70 s）能量震級為6．4，2013年4月20日蘆山M7．0地震為6．7，相差0．3級，而高頻（0．5～2 s）能量震級分別為6．7和6．9，相差0．2級，即蘆山地震釋放的高頻地震波能量為魯甸地震的2倍。本文根據這些數據對魯甸地震的特征進行了分析，認為從地震監測的角度，在地震發生后，盡快給出地震波釋放能量估計，對于及時確定大地震應急響應級別和采取相應減災措施是有實際意義的。

地震能量；能量震級；蘆山地震；魯甸地震

引言

2014年8月3日云南魯甸M6．5地震發生之后，因其地震破壞力大，人員傷亡多，大大超過人們（包括許多專業人士）的預期，引起廣泛關注和討論。人們從震級大（6．5）、震源深度淺（10～12 km）、地質構造復雜、建筑物抗震性能差以及人口密度大等幾個方面進行了分析。這些分析都很有道理，但還不足以解釋為什么與震級M達到7．0級的蘆山地震同有震中烈度Ⅸ度。本文從地震波釋放能量的角度分析魯甸地震的破壞力，并與蘆山地震進行比較，作為對人們已有分析的補充。

1 地震能量和能量震級

通常所說的地震能量，并非地震時釋放能量的全部，而是其中由地震波攜帶的能量，這只是地震釋放能量的一部分，但正是這部分能量對地震波掠過的地區造成了破壞，因此，從減輕地震災害的角度，這部分能量的大小正是我們應特別關注的。

著名的古登堡-里克特震級-能量關系給出面波震級與地震能量的一般關系

（見參考文獻［1］第44頁），這成為我們根據面波震級MS估算地震能量的基本依據（我國國家標準震級M基于面波震級MS）。根據這一關系，兩個相差1級的地震，其較大地震釋放的能量約為較小地震的32倍，而相差0．5級的兩個地震，其較大地震釋放的能量約為較小地震的5．6倍。但是，進一步的研究表明，不同的地震，因其震源機制、地震過程的不同，釋放地震能量的能力是不同的，因此，有必要獨立地根據地震臺站記錄的地震圖來直接估計地震能量。

Boatwright和Choy［2］提出利用數字化寬頻帶記錄的遠震P波段估計地震能量，進而估計能量震級的實用算法，并在美國地質調查局（USGS）的國家地震信息中心（NEIC）常規產出的震中初步報告（PDE）中已包括能量震級多年。Newman和Okal［3］對Boatwright和Choy［2］的計算過程進行了簡化，從而適于大地震之后的近實時處理；Convers和Newman［4］采用這些算法，計算了自1990年以來全世界MW≥6．0地震的地震能量和能量震級，并在美國地震學研究聯合會（IRIS）的地震能量查詢網站（http：∥www．iris．edu／spud／eqenergy）公布。本文對魯甸地震和蘆山地震地震能量和能量震級的討論就是基于該網站公布的數據。德國國家地球科學研究中心也在積極研究地震能量和能量震級的快速測定并付諸實踐（參考文獻［5］和［6］）。

Choy和Boatwright［7］根據全球397個地震得到面波震級MS與他們測定的地震能量之間的關系是

因此認為古登堡-里克特關系高估了地震能量。當獨立測定地震波輻射能量ES時，由式（2）得到從地震能量到能量震級Me的換算關系：

這是美國地質調查局（USGS）測定能量震級所使用的公式。

2 魯甸地震的地震能量和能量震級

美國地震研究聯合會（IRIS）的地震能量查詢網站（http：∥www．iris．edu／spud／eqenergy）公布的魯甸地震能量和能量震級的數據示于表1，作為比較，表1中也給出了蘆山地震的測定結果。

表1中的M（CENC）是中國地震臺網中心（CENC）發布的震級M，它是基于面波震級測定的。MW是美國地質調查局（USGS）給出的矩震級。下面參考圖1說明表1中其他參數的含義。對每個地震，每個可用臺站產生寬頻帶（BB：0．5～70 s）和高頻（HF：0．5～2 s）的累積能量圖，對多個臺站的累積能量圖按照P波理論到時對齊進行疊加，得到圖1所示疊加平均后的寬帶和高頻累積能量圖。根據高頻累積能量近乎直線增大漸近線與其后緩慢增大漸近線的交叉點確定累積能量曲線的彎曲點，以這一點作為破裂持續時間的近似標記，如圖中豎線所示。對寬頻帶和高頻分別確定在這一時間點的累積能量E（BB）和E（HF）。然后按照式（3）轉換成能量震級Me（BB）和Me（HF）。對于高頻累積能量，在轉換成能量震級時假定高頻能量為寬帶能量的1／5。

由表1可以看到，盡管魯甸地震與蘆山地震相比，其M（即MS）震級小0．5級，其矩震級MW也小0．5級，但其寬頻帶能量震級小0．31級，而高頻能量震級僅小0．2級。由表1還看到，蘆山地震的寬頻帶能量為魯甸地震的25／8．7＝2．9倍，蘆山地震的高頻能量僅為魯甸地震的11／5．4＝2．0倍。因此，如果按照直接計算地震能量的結果，那么魯甸地震與蘆山地震的大小差異就沒有由震級M給出的那樣大了。

3 魯甸地震震源過程的特征分析

3．1 魯甸地震的震源機制

Convers和Newman［4］對全球大地震地震能量與震源機制關系進行了統計分析，結果表明，對于走滑型、正斷層型和逆沖型震源機制，地震能量與地震矩比值的對數（lg（Es／M0）分別為-4．44、-4．51和-4．74，即其地震能量與地震矩的比值分別為3．63× 10-5、3．09×10-5和1．82×10-5。這表明，走滑型地震最適于地震能量的釋放，而逆沖型地震釋放地震能量的能力最差，正斷層型介于其間。

利用矩震級MW與地震矩M0的關系式

得到魯甸地震和蘆山地震的地震矩M0分別為1．8×1018和1．0×1019（單位：N·m），用于下面的估算。

根據魯甸地震后中國地震信息網（http：∥www．csi．ac．cn／）提供的數據，魯甸地震為走滑型震源機制，其寬頻帶地震能量（E（BB））與地震矩M0的比值為8．7×1013／1．8× 1018＝4．8x10-5，其對數為-4．32；可見其釋放寬帶能量的能力優于Convers和Newman的全球統計結果。

作為對比，對蘆山地震進行同樣的計算。由于蘆山地震的震源機制是高角度的逆沖斷層［8］，給出的結果表明，蘆山地震的地震能量釋放的能力偏低：其寬頻帶地震能量（E（BB））與地震矩M0的比值為2．5×1014／1．0×1019＝2．5×10-5，其對數為-4．60；可見其寬帶能量釋放的能力盡管優于Convers和Newman［4］給出的逆沖斷層型大地震的全球統計結果，但明顯地不如走滑型的魯甸地震。

因此，造成魯甸地震有較高能量釋放水平的一個重要原因是其震源機制為走滑型。

3．2 魯甸地震的高頻能量釋放

由表1可見，魯甸地震的等效高頻地震能量（E（HF）的5倍，見前文所述的1／5假設）與地震矩M0的比值為5×5．4×1013／1．8×1018＝15．0×10-5，其對數為-3．82。而蘆山地震，其等效高頻地震能量與地震矩M0的比值為5×1．1×1014／1．0×1019＝5．5 ×10-5，其對數為-4．26。盡管蘆山地震的高頻能量釋放占寬頻帶總能量的比例（1．1／2．5＝0．44）已超過了1／5，但魯甸地震超過得更加明顯，其能量比值為5．4／8．7＝0．62，是假設值0．2的3倍。因此，高頻（0．5～2．0 s）能量的釋放水平顯著高于一般水平是魯甸地震的另一個特征。

3．3 魯甸地震的震源持續時間

按一般規律，通常震級較大地震的持續時間要比震級較小地震的持續時間長，因此，地震的持續時間可以作為比較地震大小的一個參考指標。盡管如圖1所示，確定震源持續時間的準則還有其不確定性，但結果是，魯甸地震的震源持續時間是46 s，而蘆山地震的震源持續時間是39 s（見表1），魯甸地震略大，這至少能說明在震源持續時間方面這兩個地震的“大小”是相近的。

4 結論

地震能量分析表明，魯甸地震的國標震級為M6．5，與2013年4月20日四川蘆山M7．0級地震相差半級，其矩震級MW分別為6．1和6．6，也相差半級，據此推算，蘆山地震釋放的地震波能量應為魯甸地震的5．6倍，但這兩個地震的破壞力并沒有像通常認為的那樣大。除了地質條件、建筑物抗震能力以及人口密度等因素外，兩個地震本身發震過程的差異也是一個重要因素。魯甸地震的寬頻帶（0．5～70 s）能量震級為6．4，蘆山地震為6．7，相差0．3級，而高頻（0．5～2 s）能量震級分別為6．7和6．9，相差0．2級，即蘆山地震釋放的高頻地震波能量為魯甸地震的2倍。因此，從地震監測的角度，在地震發生后，盡快給出地震波釋放能量估計，對于及時確定大地震應急響應級別和采取相應救災措施是有實際意義的。

需要說明的是，美國地震學研究聯合會（IRIS）的地震能量查詢網站提供的地震能量和能量數據是多臺平均的結果，參與平均的臺站單臺測定結果相對于平均值的差異在± 1．0級之間，因此，最后結果的可信度取決于參與測定的臺站數量和空間分布。因此，對其結果不能做過度解讀。但無論如何，分析地震能量和能量震級的測定結果，的確可以為我們認識具體地震的特征提供更加豐富的信息。

在我國，吳忠良［9］曾描述了地震輻射能量的計算原理和方法，同時指出了估算地震波輻射能量的實際困難；我國在利用區域地震臺網和流動臺站記錄進行地震輻射能量的估計方面開展了一定的研究工作，如史勇軍等［10］、程萬正等［11］和華衛等［12］，但還沒有形成國家級的遠震能量估計和區域級的區域地震能量估計的常規運行體系，也沒有相應的標準。與美國和德國的工作相比，我國還有不小的差距。我們希望在中國也能進一步開展地震能量和能量震級的研究和常規測定體系的建設，以更好地服務于地震減災目標。

（作者電子信箱，趙仲和：zhzhao＠seis．ac．cn）

［1］中國地震局監測預報司編．地震學與地震觀測．北京：地震出版社，2007

［2］Boatwright J，Choy G．Teleeseismic estimates of energy radiated by shallow earthquakes．J．Geophys．Res．，1986，91：2095-2112

［3］Newman A V，Okal E A．Teleseismic estimates of radiated seismic energy：The E／M0discriminant for tsunami earthquakes．J．Geophys．Res．，1998，103：26885-26898

［4］Convers J A，Newman A V．Global evaluation of large earthquake energy from 1997 through mid-2010．J．Geophys．Res．，2011，116，B08304

［5］Giacomo D Di，Parolai S，Bormann P，et al．Rapid determination of the energy magnitude Me，Geophysical Research Abstracts，Vol．11，2009，EGU2009-9301，EGU General Assembly 2009

［6］Giacomo D Di，Parolai S，Bormann P，et al．Suitability of rapid energy magnitude determinations for emergency response purposes．Geophys．J．Int．，2010，180：361-374

［7］Choy G，Boatwright J．Global patterns of radiated seismic energy and apparent stress．J．Geophys．Res．，1995（100）：18205-18228

［8］曾祥方，羅艷，韓立波，等．2013年4月20日四川蘆山MS7．0地震：一個高角度逆沖地震．地球物理學報，2013，56（4）：1418-1424

［9］吳忠良．地震輻射能量和震源譜．∥中國地震局監測預報司．地震參數-數字地震學在地震預測中的應用，北京：地震出版社，2003：73-81

［10］史勇軍，吳忠良，徐果明．中小地震寬頻帶輻射能量的單臺測定．中國地震，2005，21（1）：24-32

［11］程萬正，陳學忠，喬慧珍．四川地震輻射能量和視應力的研究．地球物理學進展，2006，21（3）：692-699

［12］華衛，陳章立，鄭斯華．2010年4月14日青海玉樹7．1級地震序列中小地震輻射能量的估計．地球物理學進展，2012，27（1）：8-17

Seismic energy of Ludian M6．5 earthquake，August 3，2014

Zhao Zhonghe
（China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China）

According to the seismic energy and energy magnitude data published by IRIS website on the earthquake energy product query，the broadband（BB：0．5～70 s）energy magnitude of Ludian M6．5 earthquake，August 3，2014，and Lushan M7．0 earthquake，April 20，2013，are 6．4 and 6．7，respectively，and the high frequency（HF：0．5～2．0 s）energy magnitude are 6．7 and 6．9，respectively．For the high frequency energy magnitude，the difference for these two earthquakes is 0．2，and hence the high frequency seismic energy released by Lushan M7．0 earthquake is two times of that released by Ludian M6．5 earthquake．The characteristics of Ludian earthquake are analyzed based on these data in this paper．

From the view point of earthquake monitoring，getting the estimation of earthquake energy as soon as possible just after the occurrence of a strong earthquake has practical importance for the determination of the earthquake response level and adopting corresponding measures for disaster mitigation．

earthquake energy；energy magnitude；Lushan earthquake；Ludian earthquake

P315．3；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．09．007

2014-08-11；

2014-08-15。