請(qǐng)大家腦洞一下，若地球發(fā)生超級(jí)巨震，將地球?qū)Π脲e(cuò)開(kāi)了10米，其震級(jí)有多大？

10級(jí)，15級(jí)，20級(jí)，50級(jí)還是更大？

這一問(wèn)題的本質(zhì)是：地震學(xué)家到底如何計(jì)算震級(jí)？

震級(jí)，這一概念的出現(xiàn)還不到100年。1956年前，我國(guó)的地震報(bào)告都不測(cè)定震級(jí)。除了矩震級(jí)(Mw)，其他比如里氏震級(jí)(M)，體波震級(jí)(mb)，面波震級(jí)(Ms)等，都是根據(jù)某一頻率地震波振幅大小測(cè)定的。

所以，嚴(yán)格地講，除了矩震級(jí)，其他震級(jí)的定義非常奇怪，甚至毫無(wú)道理。

但是呢，非常好用，因?yàn)檫@和我們?nèi)祟惛惺艿降幕蝿?dòng)強(qiáng)弱是一致的：

大地震，振幅大，造成的晃動(dòng)強(qiáng)；而小地震呢，振幅小，造成的晃動(dòng)弱。

然而，真正的地震波，其頻帶范圍非常寬，低可達(dá)：0.01 Hz量級(jí)；高可達(dá)：20 Hz，甚至更高。如下圖所示，2025年7.7級(jí)（Mw 7.7）緬甸地震的波形記錄：非常復(fù)雜。

2025年緬甸地震波形記錄

因此，我們僅根據(jù)地震波某一頻率的振幅大小，來(lái)確定震級(jí)，顯然不能完全反映地震釋放的全部能量，因而從物理上嚴(yán)格講，地震震級(jí)與地震釋放總能量是兩回事。具體來(lái)講：

面波震級(jí)：測(cè)定20s周期（0.05 Hz）地震波最大振幅；

體波震級(jí)：測(cè)定的周期小于3s（0.3 Hz），一般為1s (1 Hz)的地震波最大振幅。

為什么這樣在物理上看上去“毫無(wú)道理”的做法，在現(xiàn)實(shí)生活中用得如此好？

其實(shí)呢，很多建筑物的共振頻率為1-10 Hz，十分接近我們測(cè)定地震大小時(shí)利用地震波的頻率。即：若測(cè)定的體波震級(jí)大，則1 s周期的地震波振幅也大，其也容易造成建筑物破壞，與我們的感官一致。

那么，震級(jí)就沒(méi)法具有物理意義嗎？有的，答案就是矩震級(jí)（Mw）。

地震學(xué)家描述一個(gè)地震大小，都喜歡使用矩震級(jí)，其需要首先計(jì)算地震矩(M0)，再通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的公式換算成矩震級(jí)Mw:

那么，地震矩如何計(jì)算呢？

地震矩=剪切模量*滑動(dòng)量*破裂面積。

其中，地殼剪切模量可以簡(jiǎn)單取個(gè)平均值：30 GPa,

若平均滑動(dòng)量為1米，破裂區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)圓形，下面分別計(jì)算當(dāng)破裂半徑為1米，10米，100 米，1 千米和1萬(wàn)米時(shí)，地震大小分別為：

1.25級(jí)（Mw 1.25）;

2.59級(jí)（Mw 2.59）;

3.92級(jí)（Mw 3.92）;

5.26級(jí)（Mw 5.26）;

6.59級(jí)（Mw 6.59）.

其演化規(guī)律是怎樣的呢？見(jiàn)下圖：

實(shí)際上，當(dāng)破裂區(qū)域半徑不到幾公里時(shí)，其平均滑動(dòng)量很難達(dá)到1 m。

因此，當(dāng)破裂半徑在約5000 m以下時(shí)，實(shí)際地震震級(jí)比上圖計(jì)算的應(yīng)該要小。

若破裂半徑僅有0.01 m，0.1 m（滑動(dòng)量1 m），其震級(jí)又有多大呢？

-1.41級(jí)（Mw-1.41）；

-0.08級(jí)（Mw-0.08）；

可以看出，震級(jí)可以為負(fù)。比如說(shuō)，我們鼓掌一次，換算成震級(jí)，肯定是負(fù)的好幾級(jí)。最后，我們來(lái)計(jì)算一下，若將地球?qū)Π脲e(cuò)開(kāi)10 m，其震級(jí)有多大？

（1）地球半徑為：6371 km，

則破裂面積為：1.2752e+14 m^2;

（2）地殼剪切模量約為30 GPa;

地核剪切模量約為200 GPa；

因此，我們就算一個(gè)范圍，即上下限。

（3）滑動(dòng)量：10 m。

使用“瞪眼法”，簡(jiǎn)單運(yùn)算可得：

若剪切模量為30 GPa，則震級(jí)為11級(jí)（Mw 11）；

若剪切模量為200 GPa，則震級(jí)為11.5級(jí)（Mw 11.5）；

你猜對(duì)了嗎？

換言之，地球上的地震，最大震級(jí)很難超過(guò)10級(jí)。

目前，人類觀測(cè)到的，最大地震為1960年智利地震，震級(jí)約為Mw9.4-9.6。符合我們的估計(jì)。

下次，您再看到，“有人說(shuō)地球發(fā)生20級(jí)大地震”，請(qǐng)讓他算給你看。