鄢家全 李金臣 俞言祥 潘 華 郝玉芹

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

論宏觀震中及其快速估定方法1

鄢家全 李金臣 俞言祥 潘 華 郝玉芹

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

宏觀震中與微觀震中不僅是概念上的差別，在實(shí)際觀測結(jié)果中也存在不容忽視的差距。宏觀震中還可代表震源區(qū)和地震波能量輻射的中心。宏觀震中在抗震救災(zāi)、震害預(yù)測、地震地質(zhì)和工程地震研究等方面，具有無可替代的重要作用。在災(zāi)害性地震發(fā)生后，可由余震分布來快速估定重災(zāi)區(qū)范圍和宏觀震中，將有助于提高抗震救災(zāi)效率。

宏觀震中 極震區(qū) 微觀震中 初始破裂

引言

眾所周知，地震有宏觀震中與微觀震中之分。宏觀震中是指極震區(qū)（或震源區(qū)）的幾何中心；而微觀震中則是震源初始破裂位置。因震源區(qū)的破裂過程具有多樣性，只有從震源區(qū)中心開始的對稱破裂型地震，其宏觀震中與微觀震中才較一致。隨著震級的增大，地震的震源區(qū)范圍也越大，宏觀震中與微觀震中的差距也可能更加顯著。比如2001年11月14日發(fā)生在昆侖山口的8.1級地震，震源區(qū)長約440km，宏觀震中（35.75°N， 93.37°E）與微觀震中（35.97°N，90.59°E）之差距達(dá)240km；又比如2008年5月12日發(fā)生在四川龍門山的8.0級地震，震源區(qū)長約320km，宏觀震中在北川附近（31.7°N，104.20°E）與微觀震中（31.0°N，103.4°E）的差距達(dá)110km。這么大的差別，在實(shí)際應(yīng)用中將如何對待？再者，由于確定宏觀震中的極震區(qū)是地面震動最強(qiáng)烈和破壞最重的地區(qū)，若能盡快地圈定大地震的極震區(qū)，將有助于提高抗震救災(zāi)的效率。

本文擬從宏觀震中的由來及意義、宏觀震中與微觀震中的差異、宏觀震中的用途，以及快速估定宏觀震中的方法等方面進(jìn)行討論，以便更好地服務(wù)于防震減災(zāi)事業(yè)。

1 宏觀震中的由來及意義

早在三個多世紀(jì)之前，人們?yōu)榱肆私獾卣?，就到現(xiàn)場去進(jìn)行調(diào)查，首先看到的是，地震動影響場的范圍是很有限的，地震動的強(qiáng)弱程度各處不同，經(jīng)過仔細(xì)調(diào)查，還可以找出一塊范圍不大而震動最強(qiáng)的地區(qū)，謂之為極震區(qū)（Meizoseismal area）。地震的強(qiáng)弱程度，從極震區(qū)向外擴(kuò)展，距離越大，震動越弱，終至消逝。人們又逐步將在地震現(xiàn)場接觸到的各種宏觀現(xiàn)象進(jìn)行比較分析，歸納出評判地震動影響強(qiáng)弱程度的等級標(biāo)度。這個等級標(biāo)度就稱之為地震烈度（Seismic intensity），度數(shù)大者為強(qiáng)，度數(shù)小者為弱。在一次地震的烈度分布圖中，相鄰兩度之間的分界線為等震線，等震線以極震區(qū)為中心，由強(qiáng)而弱，一環(huán)扣一環(huán)，逐步擴(kuò)大。因極震區(qū)是地震動最強(qiáng)的地區(qū)，又總在地震動影響場的中心，所以又稱之為震中區(qū)，其幾何中心則稱之為震中。為了與儀器觀測地震波測定的震源區(qū)初始破裂相區(qū)別，將上述由宏觀地震資料所得極震區(qū)的幾何中心稱為宏觀震中（李善邦，1981）。

在地震學(xué)的發(fā)展進(jìn)程中，宏觀震中的概念已廣為人知，不僅是近、現(xiàn)代經(jīng)過現(xiàn)場科學(xué)調(diào)查的地震，逐個給出了宏觀震中參數(shù)；對于數(shù)千年來的歷史地震，也根據(jù)其記載資料的詳簡程度或極震區(qū)范圍大小，給出了不同精度的宏觀震中參數(shù)。震中分布圖也采用宏觀震中參數(shù)（國家地震局震害防御司，1995）?，F(xiàn)今，宏觀震中的概念已深入社會各界，其意義可歸述如下：

（1）宏觀震中代表了地震動和地震影響最強(qiáng)烈地區(qū)的中心。對于大地震，尤其是特大地震，宏觀震中也是重災(zāi)區(qū)的中心。

（2）宏觀震中代表了震源區(qū)的中心。因極震區(qū)與震源體在地面的投影范圍有關(guān)，極震區(qū)又稱為震源區(qū)或震中區(qū)。

（3）宏觀震中可視為地震波能量輻射的中心。將地震視作為震源區(qū)內(nèi)應(yīng)變能的積累與快速釋放過程，地震波向四周傳播并逐漸衰減，形成地震影響場。凡是用震中距離來描述地震動衰減規(guī)律的，都是按宏觀震中計(jì)算其震中距。

2 宏觀震中與微觀震中之差距

使用過正規(guī)地震目錄的讀者都清楚，宏觀震中與微觀震中之間是存在差距的。尤其是災(zāi)害性大地震，這種差異就更加令人難忘。為了展示其差距，根據(jù)最新版本的《中國近代地震目錄》（國家地震局震害防御司，1999）和《中國地震年鑒》（中國地震年鑒編輯部，1991—2006）所記載的有關(guān)參數(shù)和等震線分布圖，將我國境內(nèi)1912年以來MS≥7級地震的情況列于表1。表1中還列出了宏觀震中所在極震區(qū)的烈度值，同時也列出了微觀震中所在的烈度區(qū)，以及二者相差的距離等。

需要說明的是，表1中最后一行給出的2008年5月12日四川龍門山（即汶川）8.0級地震情況，其宏觀震中系作者根據(jù)汶川地震災(zāi)害區(qū)地震烈度分布圖（國家汶川地震專家委員會，2008）中Ⅹ度區(qū)的中心測定的（31.6°N，104.2°E）。雖然在該烈度分布圖中繪有 2個Ⅺ度區(qū)，似乎有2個宏觀震中，且有李志強(qiáng)等（2008）認(rèn)為存在一組宏觀震中。但作者考慮到與數(shù)千年歷史地震震中保持一致性，參照經(jīng)過仔細(xì)調(diào)查的地震處理辦法，1次大地震只定 1個宏觀震中。如1976年5月發(fā)生在云南龍陵地區(qū)的7.3級和7.4級地震，盡管都繪有2個極震區(qū)（陳立德等，1979），在1983年版的《中國地震目錄》和1999年版的《中國近代地震目錄》中，也是1次地震定1個宏觀震中。再有1668年山東郯城級地震、1920年寧夏海原8.5級地震、1927年甘肅古浪8級地震和1931年新疆富蘊(yùn)8級地震等，在其震源區(qū)內(nèi)都存在不同活動性的斷層分段，卻都是1次地震定1個宏觀震中。因此，對于2008年5月12日四川龍門山8.0級地震，只定1個宏觀震中為妥。

表1 中國境內(nèi)MS≥7級地震宏觀震中與微觀震中之差異Table 1 Difference between the macro- and the micro-epicenter of MS≥7 earthquakes in China

由表 1所列數(shù)據(jù)說明，在31次MS7—8.6級地震中，只有個別地震（如 1975年2月5日遼寧海城地震和1996年2月3日云南麗江地震）的微觀震中在極震區(qū)內(nèi)，絕大多數(shù)地震的微觀震中都不在極震區(qū)內(nèi)，有的甚至比極震區(qū)低3度。微觀震中同宏觀震中的差距，少則數(shù)公里，多則數(shù)十公里至上百公里。另一方面，震級較大的地震，微觀震中與宏觀震中的差距也越明顯；對于7級左右的地震，近年來微觀震中與宏觀震中的差距有減小的趨勢。

這種微觀震中與宏觀震中的顯著差距，不僅僅存在于7級以上的大地震參數(shù)中，7級以下的地震也同樣存在。比如1969年7月26日發(fā)生在廣東陽江的6.4級地震，1983年版的《中國地震目錄》（P659—661）和 1999年版的《中國近代地震目錄》（P222—223）均記載了同樣的參數(shù)：極震區(qū)烈度為Ⅷ度；宏觀震中為 21°45′N，111°45′E；微觀震中為 22°10′N，111°48′E。而且微觀震中的精度標(biāo)為Ⅰ類（誤差≤10km），微觀震中卻落在該地震烈度分布圖的Ⅵ度區(qū)之外的陽春附近，與宏觀震中的差距達(dá)60余公里。其差距之顯著，已遠(yuǎn)超過震源區(qū)范圍，同樣令使用者十分關(guān)注。

3 宏觀震中的用途

宏觀震中與微觀震中的概念及意義不同，在地理位置上又存在差距，在其使用中應(yīng)充分考慮這種差別。在闡述其用途之前，先分析存在差別的主要緣由，以便區(qū)別對待之。

正如本文引言所提及，由于震源區(qū)破裂過程的多樣性，導(dǎo)致微觀震中與宏觀震中之間存在差距。地震震源區(qū)的破裂過程，尤其特大地震的震源區(qū)破裂過程，絕非瞬間完成，而是從初始破裂起，以小于等于地震橫波的速度向外擴(kuò)展，直至整個震源區(qū)的破裂。比如2004年底發(fā)生在印尼蘇門達(dá)臘近海的9.1級地震，震源區(qū)的斷裂帶約1200km×200km，破裂錯動過程用了近10分鐘（日本地震學(xué)會地震預(yù)測研討委員會，2009）。在孕育大地震的巨大震源體區(qū)內(nèi)，決定初始破裂的本構(gòu)關(guān)系具有為人難以預(yù)料的空間不均勻性。所以，只有個別從震源區(qū)中心開始的對稱破裂型地震，微觀震中與宏觀震中才比較一致。比如1975年2月5日發(fā)生在遼寧海城的7.3級地震，震源區(qū)發(fā)育有北西西和北北東走向的共軛構(gòu)造，前震和主震的初始破裂都在震源區(qū)中心的共軛點(diǎn)附近，其微觀震中與宏觀震中相距很近（表 1）。1976年7月28日發(fā)生在河北唐山的 7.8級地震，震源區(qū)破裂過程為雙側(cè)非對稱型，往北東方向擴(kuò)展了70km，往南西方向擴(kuò)展了45km（張之立等，1980），其微觀震中與宏觀震中之間呈現(xiàn)出差距（表1）。2001年11月14日發(fā)生在昆侖山口西的8.1級地震，震源區(qū)破裂過程也是雙側(cè)非對稱型，往西擴(kuò)展了90km，往東卻擴(kuò)展了350km（許力生等，2004），其微觀震中與宏觀震中之間差距顯著（表1）。2008年5月12日發(fā)生在四川龍門山的8.0級地震，初始破裂位于汶川縣映秀鎮(zhèn)附近，沿北東向經(jīng)北川直至青川附近擴(kuò)展，震源區(qū)地震斷層長度超過300km，南段以逆沖為主，北段以右旋走滑為主（陳運(yùn)泰等，2008），其微觀震中與宏觀震中的差距達(dá)110km（表 1）。

另一方面，觀測精度也是導(dǎo)致宏觀震中與微觀震中之間出現(xiàn)差距的原因。宏觀震中的精度決定于極震區(qū)或最內(nèi)等震線的準(zhǔn)確程度及范圍大小。多數(shù)情況下，凡有2條以上完整等震線的地震，其宏觀震中的精度在幾公里到十幾公里。微觀震中的精度則取決于觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量、地球速度模型的逼真程度和測定方法。早期的觀測數(shù)據(jù)少，質(zhì)量有限，所定震中的精度也不高。我國從上世紀(jì)70年代起大力發(fā)展區(qū)域地震臺網(wǎng)，90年代后逐漸更新擴(kuò)建為實(shí)時傳輸?shù)臄?shù)字地震臺網(wǎng)，觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量大為提高，地球速度模型和測定方法也有改進(jìn)，所得震中的精度有顯著提高。需要指出的是，地震目錄中有關(guān)微觀震中的精度分類，是依據(jù)交切圖的分散情況或修定震中計(jì)算程序中的均方差三倍來分的（顧功敘，1983）。目前最好情況下的震中定位精度可達(dá)1km左右（黃媛等，2008；朱艾瀾等，2008）。但在上世紀(jì)60年代之前的定位精度就要差很多了。因此，在有詳細(xì)調(diào)查資料的情況下，宏觀震中更容易為人們所認(rèn)可。比如1966年3月8日發(fā)生在河北邢臺的6.8級地震和1967年3月27日發(fā)生在河北河間的6.3級地震，在1983年版的《中國地震目錄》（P555、P619）和 1999年版的《中國近代地震目錄》（P177、P205）中，都只列有宏觀震中參數(shù)，卻未列微觀震中參數(shù)。

鑒于以上所述，可對宏觀震中的用途概括如下：

（1）抗震救災(zāi)需要宏觀震中。在災(zāi)害性地震發(fā)生后，盡快地圈定宏觀震中和極震區(qū)范圍，是合理布署抗震救災(zāi)工作的必要條件。僅有微觀震中是不夠的。

（2）震害預(yù)測需要宏觀震中。震害預(yù)測的基礎(chǔ)是對區(qū)域未來地震危險(xiǎn)性的估計(jì)，即地震危險(xiǎn)區(qū)劃分結(jié)果。這種危險(xiǎn)區(qū)實(shí)質(zhì)上是指未來可能發(fā)生地震的宏觀震中集合范圍，而絕非其微觀震中（初始破裂）范圍。

（3）地震地質(zhì)研究需要宏觀震中。這不僅是對那些發(fā)震構(gòu)造直接出露地表的大地震需要，對于發(fā)震構(gòu)造不直接出露地表的中強(qiáng)地震也需要。如前面提到的1969年7月26日發(fā)生在廣東陽江的6.4級地震，就是按宏觀震中所在陽邊海灣研究其地質(zhì)構(gòu)造特性，無人按60km外的微觀震中去研究。

（4）工程地震研究需要宏觀震中。目前，在工程地震研究運(yùn)用的地震危險(xiǎn)性分析模型中，其潛在震源區(qū)是指未來可能發(fā)生地震的宏觀震中集合范圍；地震動衰減關(guān)系也是用宏觀震中確定的震中距來表述的。

（5）面向社會的震中分布圖需用宏觀震中。宏觀震中的概念已深入人心。在歷次出版發(fā)行的《中國地震震中分布圖》中，凡是有宏觀震中的地震，都選用宏觀震中參數(shù)；只有發(fā)生在邊遠(yuǎn)地區(qū)或海域內(nèi)沒有宏觀震中的地震，以及儀器記錄到的中小地震，才使用微觀震中參數(shù)。這不僅盡可能地表述了地震影響破壞的中心區(qū)，也保持了數(shù)千年來地震資料運(yùn)用的一致性。

當(dāng)然，現(xiàn)代地震學(xué)觀測技術(shù)可以在大地震發(fā)生后數(shù)分鐘內(nèi)初定出微觀震中來，地震快報(bào)還是要使用微觀震中的，而且，在研究震源破裂過程時，也必然要用微觀震中參數(shù)。

4 快速估定方法

按傳統(tǒng)的辦法，需要經(jīng)過數(shù)天艱苦細(xì)致的現(xiàn)場調(diào)查工作，才可能確定極震區(qū)和宏觀震中。為了滿足震后抗震救災(zāi)的需求，尤其像2008年5月12日四川龍門山特大地震那樣，造成大面積通訊和交通中斷的情況下，更需要探索其快速估定重災(zāi)區(qū)和宏觀震中的方法。胥廣銀等（2008）已探討過基于發(fā)震構(gòu)造和震源機(jī)制結(jié)果，快速確定破壞范圍與極震區(qū)的方法。本文擬以余震分布反映的震源區(qū)范圍來估定極震區(qū)和宏觀震中。通常認(rèn)為，主震釋放震源區(qū)內(nèi)的絕大部分應(yīng)變能，余震則繼續(xù)釋放其剩余的應(yīng)變能。余震的空間分布范圍，可以大致反映震源區(qū)范圍。而隨著震源區(qū)的應(yīng)力調(diào)整與破裂擴(kuò)展，大震后的余震分布也有向外擴(kuò)展的現(xiàn)象。因此，只有震后1—3天內(nèi)的余震分布更接近主震的震源區(qū)范圍。比如1976年河北唐山7.8級地震后，第1天余震區(qū)的總長度達(dá)110km，約為最大長軸的76%；第2天達(dá)130km，約為最大長軸的90%；以后的擴(kuò)展速度遞減（國家地震局《一九七六年唐山地震》編寫組，1982）。為了揭示震后不同時間段內(nèi)余震分布同主震極震區(qū)的關(guān)系，下面以1976年唐山7.8級地震和2008年龍門山8.0級地震的余震分布為例（圖1、圖2），予以探討。圖中還標(biāo)示了Ⅹ度和Ⅸ區(qū)度范圍。

圖1 1976年唐山7.8級地震后不同時間段的余震震中分布圖Fig. 1 Aftershock distribution of 1976 Tangshan MS7.8 earthquake in accordance with different time periods

圖2 2008年龍門山8.0級地震后不同時間段的余震震中分布圖Fig. 2 Aftershock distribution of 2008 Wenchuan MS8.0 earthquake in accordance with different time periods

由圖1和圖2所示的結(jié)果說明，若以大震后24小時的余震分布范圍來代表主震的震源區(qū)范圍，則震源區(qū)范圍比極震區(qū)要大許多，與其Ⅸ度區(qū)的范圍大致相當(dāng)，且宏觀震中也大體在余震分布區(qū)的中心地帶；大震后2小時的余震震中數(shù)目有限，但都在宏觀震中和極震區(qū)附近；大震后4小時或8小時的余震震中分布已較為顯著地體現(xiàn)出震源區(qū)的范圍來。

需要注意的是：①大地震后的余震非常之多，以至于在區(qū)域地震臺站的記錄圖中難以分清各次地震的震相來，只有少數(shù)余震能測定其參數(shù)；②大地震數(shù)小時后，余震頻次減少，記錄圖的分辨率提高，余震參數(shù)的測定效率也就高了；③因地震速報(bào)參數(shù)測定中所使用的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量和地震波速度模型精度都有限，余震震中分布較離散，甚至有一定的系統(tǒng)誤差是在所難免。通過后期的數(shù)據(jù)校核和測定方法的改進(jìn)，可以進(jìn)一步提高主震和余震的定位精度（黃媛等2008；朱艾瀾等，2008）。

在1975年海城7.3級地震的現(xiàn)場工作中，作者曾用臨時臺網(wǎng)各臺站最先記錄到余震的最小震源距與最大震源距，求取公共范圍作為余震震源區(qū)的初估值。這種方法雖然較粗，但簡便易行，不必等有足夠數(shù)量的余震震中參數(shù)，就能快捷地估定余震震源區(qū)的大致范圍。

5 結(jié)論

根據(jù)本文前述內(nèi)容，可以得出如下結(jié)論：

（1）宏觀震中是地震動和地震影響最強(qiáng)烈地區(qū)的中心，也代表了震源區(qū)和地震波能量輻射的中心。

（2）宏觀震中與微觀震中不僅是概念上的差別，在實(shí)際觀測結(jié)果的地震目錄中也存在不能忽視的差距。

（3）宏觀震中在抗震救災(zāi)、震害預(yù)測、地震地質(zhì)和工程地震研究中的重要作用，是無可替代的。

（4）在造成大面積通訊和交通中斷的災(zāi)害性地震發(fā)生后，可根據(jù)余震分布來快速估定重災(zāi)區(qū)范圍和宏觀震中，將有助于提高抗震救災(zāi)工作的效率。

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Discussion of the Macro-epicenter and the Method of Rapid Estimation

Yan Jiaquan, Li Jinchen, Yu Yanxiang, Pan Hua and Hao Yuqin
(Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, 100081 Beijing, China)

There is not only a conceptual difference between the macro- and the micro-epicenter epicenter, but also a big gap in the observed results. The macro-epicenter represents the center of the source area and seismic energy radiation. The macro-epicenter itself plays an irreplaceable and important role in disaster relief, earthquake damage predictions, the research of earthquake geology and engineering. Following the destructive earthquake, aftershock distribution can be used for assessing the extent of the hard-hit areas macro-epicenter, which would be helpful to improve the efficiency of earthquake relief.

The macro-epicenter; The meizoseismal area; The micro-epicenter; Incipient rupture

鄢家全，李金臣，俞言祥，潘華，郝玉芹，2010. 論宏觀震中及其快速估定方法. 震災(zāi)防御技術(shù)，5（4）：409—417.

中國地震局地球物理研究所中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)（DQJB10B03）資助

2010-04-11

鄢家全，男，生于1941年。研究員。主要研究領(lǐng)域：工程地震與地震區(qū)劃。E-mail∶ lijinchen1979@163.com