震級（一般稱為里氏震級，Richter magnitude sacle）是衡量一次地震釋放能量大小的等級，也是表示地震規(guī)模的指標，通常用符號M表示。在地震學領域常用的震級主要包括1935年里克特（C.F.Richter）首先提出的里氏震級和1979年日本金森博利用地震矩Mw的概念提出的矩震級。
震級是根據地震波記錄測定的一個沒有量綱的數值，用來在一定范圍內表示各個地震的相對大?。◤姸龋卣鹩?，震級數字也愈大，世界上最大的震級為9.5級。級是利用標準地震儀（自振周期為0.8s，阻尼系數為0.8，放大倍數為2800的地震儀）所記錄到的距震中100km處堅硬地面上最大水平地動位移（振幅A，以微米計，1um=1×10mm）的常用對數值表示的。所以，震級的表達式為M=lgA。
震級與地震烈度的概念根本不同。震級代表地震本身的強弱，只同震源發(fā)出的地震波能量有關；烈度則表示同一次地震在地震波及的各個地點所造成的影響的程度，與震源深度、震中距、方位角、地質構造以及土壤性質等許多因素有關。
中國一般采用里氏震級。通常小于2.5級的地震稱為小地震，2.5-4.7之間的地震稱為有感地震。震級每相差1.0級，能量相差大約30倍。
發(fā)展歷史
里氏地震規(guī)模最早是在1935年由兩位來自加州理工學院的地震學家里克特（Charles Francis Richter）和古登堡（Beno Gutenberg）共同制定的。
此標度原先僅是為了研究加利福尼亞州地區(qū)發(fā)生的地震而設計的，并用伍德·安德森扭力式地震儀（Wood-Anderson torsion seismometer）測量。里克特設計此標度的目的是區(qū)分當時加州地區(qū)發(fā)生的大量小規(guī)模地震和少量大規(guī)模地震，而靈感則來自天文學中表示天體亮度的星等。
為了使結果不為負數，里克特定義在距離震中100千米處之觀測點地震儀記錄到的最大水平位移為1微米（這也是伍德-安德森扭力式地震儀的最大精度）的地震作為0級地震。按照這個定義，如果距震中100千米處的伍德-安德森扭力式地震儀測得的地震波振幅為1毫米（103微米）的話，則震級為里氏3級。里氏地震規(guī)模并沒有規(guī)定上限或下限?，F代精密的地震儀經常記錄到規(guī)模為負數的地震。
由于當初設計里氏地震規(guī)模時所使用的伍德·安德森扭力式地震儀的限制，近震規(guī)模 ML 若大于約6.8或觀測點距離震中超過約600千米便不適用。后來研究人員提議了一些改進，其中面波震級（MS）和體波震級（Mb）最為常用。
震級標度
地震發(fā)生后，人們首先關心的問題是：這是多大的地震？如果回到幾百年前，我們肯定得不到像“×級地震”的類似答案，而是一系列關于地震破壞的宏觀描述，猶如明史中記載的華州區(qū)地震：“……地裂泉涌，中有魚物，或城郭房陷入地中……官吏、軍民壓死八十三萬有奇”。也就是說，那個時候，我們只能根據地震的破壞程度——烈度來估計地震的大小。烈度不僅受人的主觀影響，還與震區(qū)的地質、建筑條件等因素有關，因此，烈度并不能定量地度量地震大小。
1935年，查爾斯·里克特在研究美國南加州地震時，發(fā)明了一種定量測量地震大小的方法。他規(guī)定在震中距為100km的地方，如果“標準地震儀”（伍德—安德森地震儀，周期是0.8s，放大倍數為2080）記錄到的地震波最大振幅是1微米（注：儀器上記錄到1微米對應的實際地動位移是1/2080=0.00048微米），震級為0；如果振幅是x微米，震級為其對數。當然，當振幅是0.1微米時，震級為lg0.1=-1，相當于小錘子敲打地面產生的震級。實際上，絕大多數地震儀不會恰好都擺在100km震中距的地方，此時就要根據震中距對應的量規(guī)函數來校正數值。里克特提出的這種震級標度被后人稱為里氏震級ML，也叫地方性震級，主要適用于6級以下的中小地震，這里的L表示local（地方性）的意思。
里氏震級的出現，第一次把地震大小變成了可測量、可相互比較的量，為地震學的定量化發(fā)展奠定了基礎。時至今日，伍德—安德森地震儀早已絕跡，成為博物館的陳列品。但人們?yōu)榱吮３值卣鹩涗浀膶Ρ群脱永m(xù)性，很多小地震仍會通過儀器的模擬仿真，計算出里氏震級。
伍德—安德森地震儀是一種短周期地震儀（周期為0.8s），它可以較好地記錄短周期地震波。但地震波在傳播過程中，由于高頻地震波（即短周期波）的衰減速度要遠遠大于低頻地震波，當地震儀距離震中較遠時，這種地震儀的記錄能力變得有限。1945年，地震學家古登堡發(fā)明了面波震級Ms，Ms可以遠距離記錄地震，這就彌補了里氏震級的不足。其中，s表示surface wave（面波），它是根據周期約為20s的面波大小確定的地震震級。
面波震級也存在問題，當地震的震源深度較深的時候，激發(fā)的面波不顯著。所以，古登堡還發(fā)明了體波震級mb，b表示body wave（體波），它是根據地震波的體波（通常是P波）的大小確定的地震震級。幾乎所有的地震，無論距離遠近、震源深度，還包括核爆炸，都可以在地震圖上較清楚地識別P波，因此mb具有廣泛的應用，美國地質調查局（USGS）對外公布的很多震級就是mb。
遺憾的是，無論是里氏震級、面波震級、還是體波震級，都存在著兩個主要問題。一是這些震級與地震發(fā)生的物理過程沒有直接聯系，物理含義不清楚。二是通過統計分析，發(fā)現它們具有“飽和”現象。也就是說，當地震所釋放的能量增大的時候，震級卻不再增大（見圖），因此面對大地震時，采用這些震級標度會低估地震的能量。
【矩震級（Mw）與里氏震級（ML）、面波震級（Ms）及體波震級（mb）的關系】
1979年，日本的金森博雄提出了矩震級Mw的概念。矩震級的計算公式中用到了地震矩M0，地震矩具有嚴格的物理意義，其中M0=uAD（u是剪切模量，A是破裂面的面積，D是地震破裂的平均位錯量）。從公式看，地震破裂面面積越大，位錯量越大，釋放的能量也就越多。正因為如此，矩震級不會像其他震級一樣存在飽和問題。比如1960年智利大地震，測定的矩震級Mw=9.5，而面波震級已經飽和，僅為8.5，成為人類已知的最大地震。
矩震級已成為世界上大多數地震臺網和地震觀測機構優(yōu)先推薦使用的震級標度。不過，由于世界各國有各自的震級研究歷史和計算公式，各國對外公布的震級標度還未統一。中國對外公布的震級大多是面波震級而不是矩震級。比如3·11日本大地震，中國公布的是面波震級8.6級，美國公布的是矩震級9.0級。
發(fā)生頻率
下表列出的是不同里氏震級（ML）的年均發(fā)生次數和震中地區(qū)的影響：
震級能量
假定第1級地震所釋放的能量為1，第2級應為31.62，第3級應為1000，依此類推，第7級為10億，第8級為316.2億，第9級則為10000億。由于里氏地震規(guī)模是常用對數，因此在估算能量的時候，里氏震級每增加一，釋放的能量大約增加32倍。
下表列出的是不同級別的地震釋放的能量相當于的TNT當量：
缺點及改進
里氏地震規(guī)模的主要缺陷在于它與震源的物理特性沒有直接的聯系，并且由于“地震強度頻譜的比例定律”（The Scaling Law of Earthquake Spectra）的限制，在8.3-8.5左右會產生飽和效應，使得一些強度明顯不同的地震在用傳統方法計算后得出里氏地震規(guī)模（如(MS）數值卻一樣。到了21世紀初，地震學者普遍認為這些傳統的地震規(guī)模表示方法已經過時，轉而采用一種物理含義更為豐富，更能直接反應地震過程物理實質的表示方法即矩震級（Moment 星等 scale，MW）。地震矩規(guī)模是由同屬加州理工學院的金森博雄（Hiroo Kanamori）教授于1977年提出的。該標度能更好的描述地震的物理特性，如地層錯動的大小和地震的能量等。
分類
地震按震級大小的分類情況：唐山地震弱震：震級小于3 級的地震；
有感地震：震級大于或等于3級、小于或等于4.5級的地震；
中強震：震級大于⒋5級，小于6級的地震；（如彝良地震）
強震：震級等于或大于6 級的地震（如玉樹地震）。其中震級大于或等于8 級的又稱為巨大地震（如5·12汶川地震）。
國際上使用的地震震級——里克特級數，是由美國地震學家里克特所制定，它的范圍在 1 — 10 級之間。它直接同震源中心釋放的能量（熱能和動能）大小有關，震源放出的能量越大，震級就越大。
測定方法
中國的面波震級計算公式為：
地震震級?M，用地震面波質點運動最大值 (A/T)max 測定。計算公式為：
M=lg(A/T)max+ σ ( Δ )
式中： A 地震面波最大地動位移，取兩水平分向地動位移的向量和，μ m ；
T 相應周期，S ；
Δ震中距，( 度 )。
測量最大地動位移的兩水平分量時，要取同一時刻或周期相差在1/8周之內的震動。若兩分量周期不一致時，則取加權和：
T=(T N ×A N +T E× A E )/(A N +A E )
式中： A N 南北分量地動位移，μ m；
A E 東西分量地動位移，μ m；
T N A N 的相應周期，S ；
T E A E 的相應周期，S ；
量規(guī)函數σ ( Δ ) 為：
σ ( Δ )=1.66lg Δ +3.5
不能使用與表一中給出的值相差很大的周期來測定地震震級?M。地震震級 M 應根據多臺的平均值確定。
式中A為兩水平分向地動位移的向量合成振幅，以微米為單位；T為相應的周期，以秒為單位；σ（Δ°）為面波震級起算函數，只與震中距Δ°(測點與震中間的大圓弧度數)有關；Cs為臺站校正值。
面波震級標度Ms比較適用于從遠處（震中距大于1000千米）測定淺源大地震的震級，而且各國地震機構的面波震級測定結果也比較一致，因此世界各國在公布1931年新疆8級地震和交換有關震級的信息資料時，一般都使用面波震級。即通常所說的里氏震級。另外，為解決巨大地震的面波震級飽和問題，有人提出用震源物理中的地震矩概念推導出一種新的震級標度——矩震級MW。智利大地震的面波震級?Ms=8.5，但矩震級MW=9.5，成為人類已知的最大地震。矩震級已在地震觀測中開始試用，但其方法還在進一步研究和完善。它可作為面波震級的有益補充，但不能完全取代面波震級。
拓展
《利用高頻GPS確定大地震震中和震級研究：2008年汶川8.0級地震應用結果》
震級強弱
里氏震級
地球上的地震有強有弱。用來衡量地震強度大小的尺子有兩把，一把叫地震震級；另一把叫地震烈度。舉個例子來說，地震震級好象不同瓦數的日光燈，瓦數越高能量越大，震級越高。烈度好象屋子里受光亮的程度，對同一盞日光燈來說，距離日光燈的遠近不同，各處受光的照射也不同，所以各地的烈度也不一樣。
地震震級是衡量地震大小的一種度量。每一次地震只有一個震級。它是根據地震時 釋放能量的多少來劃分的，震級可以通過地震儀器的記錄計算出來，震級越高，釋放的能量也越多。中國使用的的震級標準是國際通用震級標準，叫“里氏震級”。
參考資料 >