Войти
Шкалы сейсмической магнитуды используются для описания общей силы или «размера» землетрясение. Они отличаются от шкал сейсмической интенсивности, которые классифицируют интенсивность или тяжесть сотрясений (сотрясений) земли, вызванных землетрясением в данном месте. Магнитуды обычно определяются на основе измерений сейсмических волн землетрясения, записанных на сейсмограмме. Шкалы магнитуд различаются в зависимости от того, какой аспект сейсмических волн измеряется и как они измеряются. Необходимы разные шкалы магнитуд из-за различий в землетрясениях, доступной информации и целей, для которых эти магнитуды используются.
Земная кора подвергается тектоническим нагрузкам. сил. Когда это напряжение становится достаточно большим, чтобы разорвать кору или преодолеть трение, препятствующее проскальзыванию одного блока коры мимо другого, высвобождается энергия, часть которой в виде различных видов сейсмических волн, вызывающих сотрясение земли или дрожь.
Магнитуда - это оценка относительного «размера» или силы землетрясения и, следовательно, его возможности вызвать сотрясение земли. Это «приблизительно связано с высвободившейся сейсмической энергией».
Изосейсмическая карта для землетрясения 1968 года в штате Иллинойс. Неравномерное распределение сотрясений возникает из-за изменений геологии и / или условий грунта. Интенсивность относится к силе или силе сотрясений в данном месте и может быть связана с максимальной скоростью грунта. С помощью карты изосейст наблюдаемых интенсивностей (см. Иллюстрацию) магнитуду землетрясения можно оценить как по максимальной наблюдаемой интенсивности (обычно, но не всегда вблизи эпицентра ), так и по протяженности территории, где ощущалось землетрясение.
Интенсивность местных сотрясений зависит от нескольких факторов, помимо силы землетрясения, одним из наиболее важных является состояние почвы. Например, толстые слои мягкой почвы (например, насыпь) могут усиливать сейсмические волны, часто на значительном расстоянии от источника, в то время как осадочные бассейны часто резонируют, увеличивая продолжительность сотрясений. Вот почему во время землетрясения 1989 г. в Лома-Приета район Марина в Сан-Франциско был одним из наиболее пострадавших районов, хотя он находился почти в 100 км от эпицентра. Геологические структуры также были важны, например, там, где сейсмические волны, проходящие под южной оконечностью залива Сан-Франциско, отражались от основания земной коры в направлении Сан-Франциско и Окленда. Подобный эффект направил сейсмические волны между другими крупными разломами в этом районе.
Типичная сейсмограмма. Сжимающие P-волны (следующие за красными линиями) - по сути, звук, проходящий через горную породу - являются самыми быстрыми сейсмическими волнами и приходят первыми, как правило, примерно за 10 секунд для землетрясения на расстоянии около 50 км. Колеблющиеся вбок S-волны (следующие за зелеными линиями) появляются на несколько секунд позже, перемещаясь чуть больше половины скорости P-волн; задержка - прямое указание расстояния до землетрясения. Чтобы достичь точки в 1000 км, S-волнам может потребоваться час. Оба они являются объемными волнами, которые проходят непосредственно через земную кору. За S-волнами следуют различные виды поверхностных волн - волны Лява и волны Рэлея - которые распространяются только по поверхности земли. Поверхностные волны меньше при глубоких землетрясениях, которые меньше взаимодействуют с поверхностью. При неглубоких землетрясениях - глубиной менее 60 км - поверхностные волны сильнее и могут длиться несколько минут; они несут большую часть энергии землетрясения и причиняют самый серьезный ущерб. Землетрясение излучает энергию в виде различных видов сейсмических волн, характеристики которых отражают природу как разрыва, так и земная кора, через которую проходят волны. Определение магнитуды землетрясения обычно включает определение конкретных видов этих волн на сейсмограмме , а затем измерение одной или нескольких характеристик волны, таких как время, ориентация, амплитуда, частота или продолжительность. Дополнительные настройки выполняются для расстояния, типа земной коры и характеристик сейсмографа , записавшего сейсмограмму.
Различные шкалы величин представляют разные способы определения величины на основе имеющейся информации. Все шкалы магнитуды сохраняют логарифмическую шкалу, разработанную Чарльзом Рихтером, и настроены таким образом, чтобы средний диапазон приблизительно соответствовал исходной шкале «Рихтера».
Большинство шкал магнитуды основаны на измерениях только части землетрясения. сейсмические волны, и поэтому являются неполными. Это приводит к систематической недооценке величины в некоторых случаях, что называется насыщением.
С 2005 года Международная ассоциация сейсмологии и физики недр (IASPEI) стандартизировала процедуры измерения и уравнения для основных шкал магнитуд, M L, M s, mb, mB и mb Lg.
Первая шкала для измерения землетрясений звездные величины, разработанные в 1935 году Чарльзом Ф. Рихтером и широко известные как шкала «Рихтера», на самом деле являются местной шкалой величин, обозначенной ML или ML. Рихтер установил две особенности, которые теперь являются общими для всех шкал величин. Во-первых, масштаб является логарифмическим, так что каждая единица представляет десятикратное увеличение амплитуды сейсмических волн. Поскольку энергия волны в 10 раз превышает ее амплитуду, каждая единица магнитуды представляет почти 32-кратное увеличение сейсмической энергии (силы) землетрясения.
Во-вторых, Рихтер произвольно определил нулевую точку по шкале, где землетрясение на расстоянии 100 км вызывает максимальное горизонтальное смещение 0,001 миллиметра (1 мкм или 0,00004 дюйма) на сейсмограмме, записанной торсионным сейсмографом Вуда-Андерсона. Последующие шкалы магнитуд калибруются так, чтобы они приблизительно соответствовали исходной «шкале Рихтера» (местная) около 6 звездной величины.
Все «Местные» (ML) величины основаны на максимальной амплитуде сотрясения земли, без различение различных сейсмических волн. Они недооценивают силу:
Первоначальная шкала «Рихтера», разработанная в геологическом контексте Южной Калифорнии и Невады, позже оказалась неточной для землетрясений в центральная и восточная части континента (всюду к востоку от Скалистых гор ) из-за различий в континентальной коре. Все эти проблемы побудили к разработке других шкал.
Большинство сейсмологических органов, таких как Геологическая служба США, сообщают о землетрясениях с магнитудой выше 4,0 как моментной магнитудой (ниже), которую пресса описывает как «магнитуду Рихтера».
Первоначальная «местная» шкала Рихтера была адаптирована для других местностей. Они могут быть помечены как «ML» или с строчной буквы «l», либо Ml, либо Ml. (Не путать с российской шкалой MLH для поверхностных волн.) Сравнимость значений зависит от того, были ли адекватно определены местные условия и правильно ли скорректирована формула.
В Японии для неглубоких (глубина <60 км) землетрясений в радиусе 600 км Японское метеорологическое агентство рассчитывает магнитуду, обозначенную MJMA, MJMAили MJ. (Их не следует путать с моментными величинами, вычисляемыми JMA, которые помечены M w (JMA) или M, ни с шкалой интенсивности Шиндо.) Величины JMA основаны (как обычно с местными масштабами) от максимальной амплитуды колебаний грунта; они "довольно хорошо" согласуются с магнитудой сейсмического момента M w в диапазоне от 4,5 до 7,5, но недооценивают большие магнитуды.
Объемные волны состоят из P-волн, которые приходят первыми (см. Сейсмограмму), или S-волн, или отражение того и другого. Объемные волны проходят через породу напрямую.
Исходная "величина объемной волны" - мБ или mB(верхний регистр "B") - была разработан Gutenberg (1945b, 1945c) и Gutenberg Richter (1956) ошибка harvtxt: нет цели: CITEREFGutenbergRichter1956 (help ) преодолеть ограничения по расстоянию и величине шкалы M L, присущие использованию поверхностных волн. mB основан на P- и S-волнах, измеренных за более длительный период, и не достигает насыщения примерно до M 8. Однако он не чувствителен к событиям, меньшим, чем M 5,5. Использование mB, как первоначально определено, было в значительной степени отказано, теперь оно заменено стандартизированной шкалой mBBB.
Шкала mb или mb(строчные буквы «m» и «b») аналогичен mB, но использует только P-волны, измеренные в первые несколько секунд на конкретной модели короткопериодического сейсмографа. Он был введен в 1960-х годах с созданием Всемирной стандартизированной сети сейсмографов (WWSSN); короткий период улучшает обнаружение более мелких событий и лучше распознает тектонические землетрясения и подземные ядерные взрывы.
Измерение mb менялось в несколько раз. Как первоначально определил Гутенберг (1945c), mbбыл основан на максимальной амплитуде волн в первые 10 секунд или более. Однако продолжительность периода влияет на получаемую величину. Ранняя практика USGS / NEIC заключалась в измерении mb на первой секунде (только первых нескольких зубцах P), но с 1978 года они измеряют первые двадцать секунд. Современная практика заключается в измерении короткопериодической шкалы mb менее трех секунд, в то время как широкополосная шкала mBBBизмеряется с периодами до 30 секунд.
Различия в земной коре, лежащей в основе Северной Америки к востоку от Скалистые горы делают эту местность более чувствительной к землетрясениям. Здесь показано: Ново-Мадридское землетрясение 1895 г. с М ~ 6 ощущалось на большей части центральной территории США, а землетрясение Нортридж 1994 г., хотя почти в десять раз сильнее с М 6,7, ощущалось только в южной Калифорнии. Из информационного бюллетеня USGS 017-03. Региональная шкала mbLg- также обозначается mb_Lg, mbLg, MLg (USGS), Mn и mN- был разработан Nuttli (1973) для проблемы, с которой исходная шкала M L не могла справиться: вся Северная Америка к востоку от Скалистые горы. Шкала M L была разработана в южной Калифорнии, которая расположена на блоках океанической коры, обычно базальта или осадочных пород, которые срослись с континентом. К востоку от Скалистых гор континент представляет собой кратон, толстую и в основном стабильную массу континентальной коры, которая в основном состоит из гранита, более твердой породы с различными сейсмическими характеристиками. В этой области шкала M L дает аномальные результаты для землетрясений, которые по другим параметрам казались эквивалентными землетрясениям в Калифорнии.
Наттли решил эту проблему, измерив амплитуду короткопериодических (~ 1 сек) волн Lg, сложной формы волны Лява, которая, хотя и была поверхностной волной, как он обнаружил, обеспечивала результат более тесно связан со шкалой mb, чем шкала M s. Волны Lg быстро затухают на любом пути океана, но хорошо распространяются через гранитную континентальную кору, и Mb Lg часто используется в областях со стабильной континентальной корой; он особенно полезен для обнаружения подземных ядерных взрывов.
Поверхностные волны распространяются вдоль поверхности Земли, и в основном это либо волны Рэлея, либо Волны любви. При неглубоких землетрясениях поверхностные волны несут большую часть энергии землетрясения и являются наиболее разрушительными. Более глубокие землетрясения, имеющие меньшее взаимодействие с поверхностью, вызывают более слабые поверхностные волны.
Шкала магнитуды поверхностных волн, по-разному обозначаемая как Ms, MSи Ms, основана на методике, разработанной Бено Гутенбергом в 1942 году для измерения мелких землетрясений, более сильных или более удаленных, чем могла выдержать исходная шкала Рихтера.. Примечательно, что он измерял амплитуду поверхностных волн (которые обычно производят самые большие амплитуды) в течение периода «около 20 секунд». Масштаб M s приблизительно совпадает с M L на уровне ~ 6, затем расходится на половину величины. В редакции Nuttli (1983), иногда обозначаемой MSn, измеряются только волны первой секунды.
Модификация - «формула Москва-Прага» - была предложена в 1962 г. и рекомендована ИПГЭИ в 1967 г.; это основа стандартизированной шкалы Ms20(Ms_20, Ms(20) ). «Широкополосный» вариант (Ms_BB, Ms(BB) ) измеряет максимальную амплитуду скорости в цуге рэлеевских волн в течение периодов до 60 секунд. Шкала MS7, используемая в Китае, представляет собой вариант M s, откалиброванный для использования с долгопериодическим сейсмографом китайского производства "type 763".
MLH шкала, используемая в некоторых частях России, на самом деле представляет собой магнитуду поверхностных волн.
Другие шкалы магнитуд основаны на аспектах сейсмических волн, которые лишь косвенно и не полностью отражают силы землетрясения, связаны с другими факторами и, как правило, ограничены в некоторых отношениях по величине, глубине очага или расстоянию. Шкала моментной магнитуды - Mw или Mw- разработана Канамори (1977) и Хэнксом и Канамори (1979) ошибка harvtxt: нет цели: CITEREFHanksKanamori1979 ( help ), основан на сейсмическом моменте, M0землетрясения, измерении того, сколько работы землетрясение совершает при скольжении одного участка скалы мимо другого участка скалы. Сейсмический момент измеряется в ньютон-метрах (Н • м или Нм) в системе СИ измерения или дин-сантиметрах (дин-см) в старая система CGS. В простейшем случае момент можно рассчитать, зная только величину проскальзывания, площадь разрыва или проскальзывания поверхности и коэффициент сопротивления или трения. Эти факторы могут быть оценены для существующего разлома, чтобы определить силу прошлых землетрясений или то, что можно ожидать в будущем.
Сейсмический момент землетрясения можно оценить различными способами, которые являются основой Mwb, Mwr, Mwc, Mww, Mwp, Miи Mwpd, все подтипы общей шкалы M w. Подробнее см. Шкала моментных величин § Подтипы.
Сейсмический момент считается наиболее объективной мерой «размера» землетрясения с точки зрения общей энергии. Однако он основан на простой модели разрыва и некоторых упрощающих допущениях; он неверно предполагает, что доля энергии, излучаемой в виде сейсмических волн, одинакова для всех землетрясений.
Большая часть общей энергии землетрясения, измеренной с помощью M w, рассеивается в виде трения (приводящего к нагреву корочки). Потенциал землетрясения вызвать сильное сотрясение земли зависит от сравнительно небольшой доли энергии, излучаемой в виде сейсмических волн, и лучше измеряется по шкале магнитуды энергии, Me. Доля общей энергии, излучаемой сейсмическими волнами, сильно варьируется в зависимости от механизма очага и тектонической среды; M e и M w для очень похожих землетрясений могут различаться на 1,4 единицы.
Несмотря на полезность шкалы M e, она обычно не используется из-за трудностей с оценкой излучаемой сейсмической энергии.
K(от русского слова «класс» в смысле категории) - это мера магнитуды землетрясения по энергетическому классу или системе K-класса, разработанная в 1955 г. советскими сейсмологами в отдаленном Гармском (Таджикистане ) регионе Центральной Азии; в пересмотренном виде он все еще используется при локальных и региональных землетрясениях во многих государствах, ранее входивших в состав Советского Союза (включая Кубу). Основываясь на сейсмической энергии (K = log E S, в Джоулях ), сложность его реализации с использованием технологий того времени привела к пересмотру в 1958 и 1960 годах. Адаптация к местным условиям привело к различным региональным шкалам K, таким как KFи KS.
. Значения K являются логарифмическими, аналогичными величине в стиле Рихтера, но имеют другой масштаб и нулевую точку. Значения K в диапазоне от 12 до 15 приблизительно соответствуют M от 4,5 до 6. M (K), M(K) или, возможно, MKуказывает величину M, рассчитанную на основе энергии класс K.
Землетрясения, вызывающие цунами, обычно разрушаются относительно медленно, выделяя больше энергии в более длительные периоды (более низкие частоты), чем обычно используются для измерения магнитуды. Любой перекос в спектральном распределении может привести к цунами большего или меньшего размера, чем ожидалось при номинальной магнитуде. Шкала магнитуд цунами, Mt, основана на корреляции, проведенной Кацуюки Абэ сейсмического момента землетрясения (M 0) с амплитудой волн цунами, измеренной датчиками приливов. Первоначально предназначенная для оценки магнитуды исторических землетрясений, когда сейсмические данные отсутствуют, но существуют приливные данные, корреляция может быть обращена для прогнозирования высоты прилива на основе магнитуды землетрясения. (Не путать с высотой приливной волны или наката, которая является эффектом интенсивности, контролируемым местной топографией.) В условиях низкого уровня шума можно прогнозировать волны цунами размером всего 5 см, что соответствует землетрясению. M ~ 6.5.
Другая шкала, имеющая особое значение для предупреждений о цунами, - мантийная шкала магнитуды, Mm. Это основано на волнах Рэлея, проникающих в мантию Земли, и их можно определить быстро и без полного знания других параметров, таких как глубина землетрясения.
Mdобозначают различные шкалы, которые оценивают величину по продолжительности или длине некоторой части последовательности сейсмических волн. Это особенно полезно для измерения местных или региональных землетрясений, как мощных землетрясений, которые могут вывести сейсмометр за пределы шкалы (проблема с ранее используемыми аналоговыми приборами), так и предотвращения измерения максимальной амплитуды волны, а также слабых землетрясений, максимальная амплитуда которых не точно измерено. Даже для отдаленных землетрясений измерение продолжительности сотрясения (а также амплитуды) позволяет лучше измерить общую энергию землетрясения. Измерение длительности включено в некоторые современные шкалы, такие как шкалы M wpd и mB c.
Mc, как правило, измеряют длительность или амплитуду части сейсмической волны, кода. Для небольших расстояний (менее ~ 100 км) они могут обеспечить быструю оценку магнитуды до того, как станет известно точное местоположение землетрясения.
Шкалы магнитуды обычно основаны на инструментальных измерениях некоторые аспекты сейсмической волны, записанные на сейсмограмме. Там, где таких записей нет, магнитуды можно оценить на основе отчетов о макросейсмических событиях, например, описанных шкалами интенсивности.
Один из подходов для этого (разработан Бено Гутенбергом и Чарльзом Рихтером в 1942) связывает наблюдаемую максимальную интенсивность (предположительно, над эпицентром), обозначенную I 0 (заглавная I с нулем в нижнем индексе), с величиной. Было рекомендовано обозначать рассчитанные на этой основе звездные величины M w(I0), но иногда они обозначаются более общим Mms.
. Другой подход состоит в создании изосейстической карты, показывающей площадь, над которой чувствовался уровень интенсивности. Размер «войлока» также может быть связан с величиной (на основании работы Frankel 1994 и Johnston 1996). В то время как рекомендуемая метка для величин, полученных таким образом, - M 0 (An), наиболее часто встречающаяся метка - Mfa. Вариант MLa, адаптированный для Калифорнии и Гавайев, определяет местную величину (M L) из размера области, подверженной данной интенсивности. MI(заглавная буква «<78»)>I", отличное от строчной буквы в M i) использовалось для моментных магнитуд, оцененных по изосейсмической интенсивности, рассчитанной на Johnston 1996.
Пиковая скорость грунта (PGV) и Пиковое ускорение грунта (PGA) - это мера силы, которая вызывает разрушительное сотрясение грунта. В Японии сеть акселерометров сильных движений предоставляет данные PGA, которые позволяют проводить корреляцию на конкретном участке с землетрясениями различной магнитуды. Эту корреляцию можно инвертировать, чтобы оценить сотрясение земли в этом месте из-за землетрясения заданной магнитуды на заданном расстоянии. На основе этого карта, показывающая области вероятного повреждения, может быть подготовлена в течение нескольких минут после реального землетрясения.
Многие шкалы магнитуды землетрясений были разработаны или предложены, некоторые из которых так и не получили широкого признания и остающийся лишь в виде неясных ссылок в исторических каталогах землетрясений. Другие шкалы использовались без определенного названия, часто называемые «методом Смита (1965)» (или подобным языком), авторы часто пересматривают свой метод. Кроме того, сейсмологические сети различаются по способу измерения сейсмограмм. Если подробности определения звездной величины неизвестны, в каталогах будет указана шкала неизвестно (по-разному Unk, Ukn или UK ). В таких случаях величина считается общей и приблизительной.
Метка Mh(«величина определяется вручную») использовалась там, где величина слишком мала или данные слишком малочисленны (обычно от аналогового оборудования) для определения местной величины или множественных потрясений или культурных шум усложняет записи. Сейсмическая сеть Южной Калифорнии использует эту «величину» там, где данные не соответствуют критериям качества.
Особым случаем является каталог «Сейсмичность Земли» Gutenberg Richter (1954).. Провозглашенные важной вехой в качестве всеобъемлющего глобального каталога землетрясений с единообразно рассчитанными магнитудой, они никогда не публиковали полных деталей того, как они определяли эти магнитуды. Следовательно, в то время как некоторые каталоги идентифицируют эти величины как MGR, в других используется UK (что означает «неизвестный вычислительный метод»). Последующее исследование показало, что многие значения M s «значительно завышены». Дальнейшие исследования показали, что большинство магнитуд M GR "в основном составляют M s для больших толчков на глубине менее 40 км, но в основном равны mB для больших толчков на глубинах 40–60 км.. " Гутенберг и Рихтер также использовали курсив, не полужирный «M без нижнего индекса» - также используемый в качестве общей величины, и не путать с жирным, не курсивом M, используемым для моментной величины - и «унифицированная величина» м (жирным шрифтом). Хотя эти термины (с различными корректировками) использовались в научных статьях до 1970-х годов, сейчас они представляют только исторический интерес. Обычная (не курсив, не жирный шрифт) заглавная буква «M» без нижнего индекса часто используется для обозначения величины в целом, где точное значение или конкретный масштаб не важны.
