2014年8月3日云南鲁甸M6．5地震的地震波能量＊

赵仲和

（中国地震台网中心，北京100045）

学术论文

2014年8月3日云南鲁甸M6．5地震的地震波能量＊

赵仲和

（中国地震台网中心，北京100045）

根据美国地震学研究联合会（IRIS）的地震能量查询网站公布的地震波辐射能量和能量震级数据，2014年8月3日鲁甸M 6．5地震的宽频带（0．5～70 s）能量震级为6．4，2013年4月20日芦山M7．0地震为6．7，相差0．3级，而高频（0．5～2 s）能量震级分别为6．7和6．9，相差0．2级，即芦山地震释放的高频地震波能量为鲁甸地震的2倍。本文根据这些数据对鲁甸地震的特征进行了分析，认为从地震监测的角度，在地震发生后，尽快给出地震波释放能量估计，对于及时确定大地震应急响应级别和采取相应减灾措施是有实际意义的。

地震能量；能量震级；芦山地震；鲁甸地震

引言

2014年8月3日云南鲁甸M6．5地震发生之后，因其地震破坏力大，人员伤亡多，大大超过人们（包括许多专业人士）的预期，引起广泛关注和讨论。人们从震级大（6．5）、震源深度浅（10～12 km）、地质构造复杂、建筑物抗震性能差以及人口密度大等几个方面进行了分析。这些分析都很有道理，但还不足以解释为什么与震级M达到7．0级的芦山地震同有震中烈度Ⅸ度。本文从地震波释放能量的角度分析鲁甸地震的破坏力，并与芦山地震进行比较，作为对人们已有分析的补充。

1 地震能量和能量震级

通常所说的地震能量，并非地震时释放能量的全部，而是其中由地震波携带的能量，这只是地震释放能量的一部分，但正是这部分能量对地震波掠过的地区造成了破坏，因此，从减轻地震灾害的角度，这部分能量的大小正是我们应特别关注的。

著名的古登堡-里克特震级-能量关系给出面波震级与地震能量的一般关系

（见参考文献［1］第44页），这成为我们根据面波震级MS估算地震能量的基本依据（我国国家标准震级M基于面波震级MS）。根据这一关系，两个相差1级的地震，其较大地震释放的能量约为较小地震的32倍，而相差0．5级的两个地震，其较大地震释放的能量约为较小地震的5．6倍。但是，进一步的研究表明，不同的地震，因其震源机制、地震过程的不同，释放地震能量的能力是不同的，因此，有必要独立地根据地震台站记录的地震图来直接估计地震能量。

Boatwright和Choy［2］提出利用数字化宽频带记录的远震P波段估计地震能量，进而估计能量震级的实用算法，并在美国地质调查局（USGS）的国家地震信息中心（NEIC）常规产出的震中初步报告（PDE）中已包括能量震级多年。Newman和Okal［3］对Boatwright和Choy［2］的计算过程进行了简化，从而适于大地震之后的近实时处理；Convers和Newman［4］采用这些算法，计算了自1990年以来全世界MW≥6．0地震的地震能量和能量震级，并在美国地震学研究联合会（IRIS）的地震能量查询网站（http：∥www．iris．edu／spud／eqenergy）公布。本文对鲁甸地震和芦山地震地震能量和能量震级的讨论就是基于该网站公布的数据。德国国家地球科学研究中心也在积极研究地震能量和能量震级的快速测定并付诸实践（参考文献［5］和［6］）。

Choy和Boatwright［7］根据全球397个地震得到面波震级MS与他们测定的地震能量之间的关系是

因此认为古登堡-里克特关系高估了地震能量。当独立测定地震波辐射能量ES时，由式（2）得到从地震能量到能量震级Me的换算关系：

这是美国地质调查局（USGS）测定能量震级所使用的公式。

2 鲁甸地震的地震能量和能量震级

美国地震研究联合会（IRIS）的地震能量查询网站（http：∥www．iris．edu／spud／eqenergy）公布的鲁甸地震能量和能量震级的数据示于表1，作为比较，表1中也给出了芦山地震的测定结果。

表1中的M（CENC）是中国地震台网中心（CENC）发布的震级M，它是基于面波震级测定的。MW是美国地质调查局（USGS）给出的矩震级。下面参考图1说明表1中其他参数的含义。对每个地震，每个可用台站产生宽频带（BB：0．5～70 s）和高频（HF：0．5～2 s）的累积能量图，对多个台站的累积能量图按照P波理论到时对齐进行叠加，得到图1所示叠加平均后的宽带和高频累积能量图。根据高频累积能量近乎直线增大渐近线与其后缓慢增大渐近线的交叉点确定累积能量曲线的弯曲点，以这一点作为破裂持续时间的近似标记，如图中竖线所示。对宽频带和高频分别确定在这一时间点的累积能量E（BB）和E（HF）。然后按照式（3）转换成能量震级Me（BB）和Me（HF）。对于高频累积能量，在转换成能量震级时假定高频能量为宽带能量的1／5。

由表1可以看到，尽管鲁甸地震与芦山地震相比，其M（即MS）震级小0．5级，其矩震级MW也小0．5级，但其宽频带能量震级小0．31级，而高频能量震级仅小0．2级。由表1还看到，芦山地震的宽频带能量为鲁甸地震的25／8．7＝2．9倍，芦山地震的高频能量仅为鲁甸地震的11／5．4＝2．0倍。因此，如果按照直接计算地震能量的结果，那么鲁甸地震与芦山地震的大小差异就没有由震级M给出的那样大了。

3 鲁甸地震震源过程的特征分析

3．1 鲁甸地震的震源机制

Convers和Newman［4］对全球大地震地震能量与震源机制关系进行了统计分析，结果表明，对于走滑型、正断层型和逆冲型震源机制，地震能量与地震矩比值的对数（lg（Es／M0）分别为-4．44、-4．51和-4．74，即其地震能量与地震矩的比值分别为3．63× 10-5、3．09×10-5和1．82×10-5。这表明，走滑型地震最适于地震能量的释放，而逆冲型地震释放地震能量的能力最差，正断层型介于其间。

利用矩震级MW与地震矩M0的关系式

得到鲁甸地震和芦山地震的地震矩M0分别为1．8×1018和1．0×1019（单位：N·m），用于下面的估算。

根据鲁甸地震后中国地震信息网（http：∥www．csi．ac．cn／）提供的数据，鲁甸地震为走滑型震源机制，其宽频带地震能量（E（BB））与地震矩M0的比值为8．7×1013／1．8× 1018＝4．8x10-5，其对数为-4．32；可见其释放宽带能量的能力优于Convers和Newman的全球统计结果。

作为对比，对芦山地震进行同样的计算。由于芦山地震的震源机制是高角度的逆冲断层［8］，给出的结果表明，芦山地震的地震能量释放的能力偏低：其宽频带地震能量（E（BB））与地震矩M0的比值为2．5×1014／1．0×1019＝2．5×10-5，其对数为-4．60；可见其宽带能量释放的能力尽管优于Convers和Newman［4］给出的逆冲断层型大地震的全球统计结果，但明显地不如走滑型的鲁甸地震。

因此，造成鲁甸地震有较高能量释放水平的一个重要原因是其震源机制为走滑型。

3．2 鲁甸地震的高频能量释放

由表1可见，鲁甸地震的等效高频地震能量（E（HF）的5倍，见前文所述的1／5假设）与地震矩M0的比值为5×5．4×1013／1．8×1018＝15．0×10-5，其对数为-3．82。而芦山地震，其等效高频地震能量与地震矩M0的比值为5×1．1×1014／1．0×1019＝5．5 ×10-5，其对数为-4．26。尽管芦山地震的高频能量释放占宽频带总能量的比例（1．1／2．5＝0．44）已超过了1／5，但鲁甸地震超过得更加明显，其能量比值为5．4／8．7＝0．62，是假设值0．2的3倍。因此，高频（0．5～2．0 s）能量的释放水平显著高于一般水平是鲁甸地震的另一个特征。

3．3 鲁甸地震的震源持续时间

按一般规律，通常震级较大地震的持续时间要比震级较小地震的持续时间长，因此，地震的持续时间可以作为比较地震大小的一个参考指标。尽管如图1所示，确定震源持续时间的准则还有其不确定性，但结果是，鲁甸地震的震源持续时间是46 s，而芦山地震的震源持续时间是39 s（见表1），鲁甸地震略大，这至少能说明在震源持续时间方面这两个地震的“大小”是相近的。

4 结论

地震能量分析表明，鲁甸地震的国标震级为M6．5，与2013年4月20日四川芦山M7．0级地震相差半级，其矩震级MW分别为6．1和6．6，也相差半级，据此推算，芦山地震释放的地震波能量应为鲁甸地震的5．6倍，但这两个地震的破坏力并没有像通常认为的那样大。除了地质条件、建筑物抗震能力以及人口密度等因素外，两个地震本身发震过程的差异也是一个重要因素。鲁甸地震的宽频带（0．5～70 s）能量震级为6．4，芦山地震为6．7，相差0．3级，而高频（0．5～2 s）能量震级分别为6．7和6．9，相差0．2级，即芦山地震释放的高频地震波能量为鲁甸地震的2倍。因此，从地震监测的角度，在地震发生后，尽快给出地震波释放能量估计，对于及时确定大地震应急响应级别和采取相应救灾措施是有实际意义的。

需要说明的是，美国地震学研究联合会（IRIS）的地震能量查询网站提供的地震能量和能量数据是多台平均的结果，参与平均的台站单台测定结果相对于平均值的差异在± 1．0级之间，因此，最后结果的可信度取决于参与测定的台站数量和空间分布。因此，对其结果不能做过度解读。但无论如何，分析地震能量和能量震级的测定结果，的确可以为我们认识具体地震的特征提供更加丰富的信息。

在我国，吴忠良［9］曾描述了地震辐射能量的计算原理和方法，同时指出了估算地震波辐射能量的实际困难；我国在利用区域地震台网和流动台站记录进行地震辐射能量的估计方面开展了一定的研究工作，如史勇军等［10］、程万正等［11］和华卫等［12］，但还没有形成国家级的远震能量估计和区域级的区域地震能量估计的常规运行体系，也没有相应的标准。与美国和德国的工作相比，我国还有不小的差距。我们希望在中国也能进一步开展地震能量和能量震级的研究和常规测定体系的建设，以更好地服务于地震减灾目标。

（作者电子信箱，赵仲和：zhzhao＠seis．ac．cn）

［1］中国地震局监测预报司编．地震学与地震观测．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，罗艳，韩立波，等．2013年4月20日四川芦山MS7．0地震：一个高角度逆冲地震．地球物理学报，2013，56（4）：1418-1424

［9］吴忠良．地震辐射能量和震源谱．∥中国地震局监测预报司．地震参数-数字地震学在地震预测中的应用，北京：地震出版社，2003：73-81

［10］史勇军，吴忠良，徐果明．中小地震宽频带辐射能量的单台测定．中国地震，2005，21（1）：24-32

［11］程万正，陈学忠，乔慧珍．四川地震辐射能量和视应力的研究．地球物理学进展，2006，21（3）：692-699

［12］华卫，陈章立，郑斯华．2010年4月14日青海玉树7．1级地震序列中小地震辐射能量的估计．地球物理学进展，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。