大家是否好奇:在现代地震仪发明之前,即二十世纪以前发生的地震,其震级是怎样确定的?例如,我国著名的大地震,包括:

1303年山西洪洞8级大地震

1556年陕西华县8级大地震;

1668年山东郯城-莒县8.5级大地震;

1679年河北三河-平谷8级大地震;

1695年山西临汾8级大地震(平阳-潞安大地震);

1739年宁夏平罗8级大地震;

先给结论,估算历史地震震级有两种方式:

(1)根据烈度,即震中烈度(最大烈度)与震级的经验关系;

(2)更准确一点,根据地表破裂长度,位错量大小估算。

先说第一种方式:根据古籍记载的建筑物与房屋破坏情况,山崩地裂情况,有无伤亡等,进行烈度与震级估算。

比如,城墙有倒塌,老百姓房屋倒塌了一半,并且有人员伤亡;这大致对应烈度Ⅶ度,对应震级5-5(3/4);

下表详细给出了如何根据古代建筑物破坏情况与百姓伤亡,估算烈度与震级;

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定量地,前人给出了经验公式,即

震级=0.58*最大烈度+1.5;

注意:文献给出的是震中烈度*0.58,由于历史地震的震中位置往往确定为最大烈度处。因此,笔者认为本质上就是最大烈度。

根据此经验公式:

若最大烈度为8度,则约6.14级;

若为9度,则约6.72级。

若为10度,则约7.3级;

若为11度,则约7.88级。

若为12度,则约8.46级。

注意,在实际应用中,不会出现小数,转而写成分数形式,如上表。

这是与由现代地震仪直接测出的地震震级进行区别,

分数表示的都是无地震仪时代历史地震的震级。

可以看出,由烈度确定震级,方便快捷。

但由于其先根据历史典籍记载估算烈度,再估算震级,

导致其不确定性较大。即若根据烈度估算的震级为7级,则真实震级上下0.5级都是可能的。

另外一种方式为实地调查。

根据调查得到的地表破裂长度,地表位错量的大小估算震级。

能这样做的前提是:我们用近100多年的大地震数据,建立了地震震级与地表破裂长度、地表位错量的经验关系。

震级与地表破裂长度的经验关系
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震级与地表破裂长度的经验关系
震级与最大垂向位移的经验关系
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震级与最大垂向位移的经验关系

在测量地表位错量时,往往需要挖个大坑(地震探槽)。在地震探槽中,查看断层位置,倾向,倾角等几何参数,测量地表位错量大小;进一步采集岩石、土壤样品,进行测年工作,估计地震发生的大致时间。

典型地震探槽,如下图新疆乌恰地区的地震探槽。大家从此探槽中能看出几次大地震事件,欢迎评论区留言。

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可以看出,实地调查,能获得更多的有效信息,震级的不确定性也较小,但同时更费时费力。

目前,对需要深入研究的历史大地震,往往进行此类研究,这属于历史地震与古地震研究领域。

综上所述:

(1)足不出户,由文献估算烈度,进而估计震级,方便快捷,震级不确定性大;

(2)实地调查,测量地表破裂长度与位错量大小,进而估计震级,费时费力,震级不确定性较小,能获得更多有效信息。