我们经常会在一些自媒体的科普账号里看到有关大地震的视频。也常有人提及“12级地震破坏力如何如何”。我们不知道“12级地震”的说法从何而来，猜测是对地震烈度12度的错误移用，亦或是“12级台风”概念的离谱套用吧？有必要就地震的几个基本概念做一个科普。

1） 地震没有12级

地震震级M是描述单一一个地震的震源能量的定量指标。地震学上关于震级的定义有很多种，如体波震级、面波震级、矩震级、谱震级等。最早定义地震震级的是1935年由Richter （里克特） 和Gutenberg（古登堡）提出的。

地震释放能量E与震级M的关系为logE=11.8+1.5M，其中E的单位是尔格，1尔格=10^-7焦耳

因为震级这个物理量在地震学中一直是一个误差很大的物理量， 越是大地震， 差别越大。 后来Aki（安艺敬一）等根据地震矩定义的震级， 对8级以上大地震的误差规范要好很多。 但是一般人们说到的多大地震都是应用李氏震级。 地震学上， 最大的就是经过矫正调整后认定的智利大地震9.5级（矩震级）。 其实最早根据李氏震级，是8.5级。 虽然外推可以推导10级以外， 那是没有意义的。 因此， 当前地震学界理论计算最大不超过10级。也许就是9.5 级为极限。

为何不会超过10级？ 因为我们确定M最大极限是根据地球上的最坚强的岩石的最大断裂强度。当然这是原来经典弹性力学的材料破坏强度反推计算的。

应力应变示意图：AB为弹性形变阶段，BC为弹塑性和塑性形变阶段，D点是断裂点（岩石材料破坏，地震发生）

地球上的岩层材料的强度估算的办法可以根据岩石的弹性模量，岩石密度，等物理参数估算。也可以实验室实测。 更简单的还可以根据世界上最高的山的高度来估算。

地球上的山峰高度存在一定的极限，主要由地球岩石的强度决定。随着山峰高度的增加，最底层岩石将承受整座山峰的重量。当岩石的强度不足以支撑起山峰的重量时，最底层的岩石将被压成岩浆。这意味着山峰的高度是有限的。在地球上，山峰的极限高度大约是2万米。 在地球上的绝大部分岩石，主要成分是二氧化硅（SiO2）、碳酸钙（CaCO3）等等。岩石的平均融化热为c=2~3*10^5J/kg，根据以上假设就有：mgH=mc；可以估计出地球上的山峰高度极限。英国地质学家韦斯利夫，在考虑各方面影响后，计算出地球上山体的高度极限为21700米。根据这个高度极限，也就可以估算出岩石的应变能存储量的极限。也就是最高3*10^5焦耳/kg。因此可以估算出，最大震级不会超过10级。 

当前，最常用的震级有近震震级ML、面波震级MS、体波震级mb及mB和振动持续时间震级MD，对巨大地震的量度还有矩震级MW和谱震级M（T）等。目前国际通用的地震震级标准还有里氏震级。中国规定对公众发布一律使用面波震级。

2） 地震烈度I（Intensity）

地震学上除了震级M（magnitude）以外，还有一个物理量就是烈度I（Intensity）。它是描述这一个地震对地面的破坏程度的物理量。

震级M是描述一个地震的震源能量的定量指标。 公式Log（E）= a +bM。 a和b是常数。 根据我们多年研究确定的。a=11.8。b= 1.5。

烈度是描述一个地震对震区地表破坏程度的比较，不是很定量的物理量。 它有一点凭经验估计的成分，靠地震学家外出实地考察，根据倒了多少房子、地裂缝宽度、庙宇倒了没有、 烟囱（圆形）倒了没有、断层位移多少等等来由现场地震考察的人员根据传统经验指标确定。 这个工作叫烈度考察。我原研究所第二研究室的同事干这个，多数是身体好的和新来的大学生，因为跑野外和灾区现场很辛苦和危险。烈度的指标各国约有区别，因为房子建筑材料等不一样，分等级也不同。 美国和中国的国家标准是I-XII度，共12度。 I度就是人们“无感。若在大地震波及的边缘，可以看到一些长周期波动产生的影响。” 而XII度就是 “破坏几乎是全面的。大石块移了位置。风景改观。物件抛掷空中。”   铁轨大弯曲了就是XI度（11度）。所以，如果说“地震烈度有12度”，这不是外行话。但如果说“震级有12级”就是外行话。

3） 地震释放能量

上世纪六十年代的标准是5级地震释放的能量相当于一颗广岛原子弹释放的能量。 六级地震释放能量相当于32个广岛原子弹能量。9.5 级就是5623413颗原子弹，就是5百多万颗。 后来表述越来越乱，又有说6级地震相当一个原子弹的。 还有说6.2级的。 其实按照现在的比较新的统一的计算， 6级地震的能量是E = 10^20.8  尔格  = 10^13.8  焦耳（J） = 63.1 TJ  （ Trillion J） 。 原子弹的能量正好是63.1 TJ 。 所以， 一个6级地震的能量正好相当于一个原子弹的能量。一个9.5级也就是177828个原子弹。

4） 地震活动度S

前面的震级M和烈度I都是对单一个地震的强度的定量描述。 这是1935年美国地震学家Richter和Gutenbuerg 最早定义的。但是对一群地震，例如过去几天在纽约地区发生的地震（最大录得震级M=4.8)，在台湾花莲发生的系列地震（最大录得震级M=7.4)等等，一定时空范围内的一群地震活动强度的定量的描述的物理量就是2023年美国GU 地震预报研究所的地震学家谷继成提出的地震活动度S(Seismicity)。它和震级M烈度I的区别就是： M和I都是描述单一个地震的强度的定量指标。 等于一个篮球运动员Michael Jorden，姚明的个人水平的描述。 地震活动度S就是对他们的整个球队的水平的定量描述。

——谷继成（2024.04）