一、 基本常识
以前的地震科普材料里已经比较多地介绍过，什么是里氏震级？怎样从近震震级ML，逐步推广到面波震级Ms，体波震级mb？在那些材料里一般都会告诉大家，对于震源浅且距离远的强震通常测定面波震级Ms。可是，上世纪六、七十年代，有科学家在研究全球地震年频度与面波震级Ms的关系时发现，缺失Ms超过8.6的地震。他们认为，当Ms超过8.6以后，尽管地表出现更长的破裂，显示出地震有更大的规模，但测定的面波震级Ms值却很难增上去了，出现所谓震级饱和问题。于是，从反映地震断层错动的一个力学量：地震矩M0出发，又提出一种新的震级标度：矩震级Mw。
在力学里，矩的概念是用来讨论物体转动问题的。例如，用双手放在桌子的两边，在水平方向上一只手向前推，另一只手向后拉，桌子就可能转动。桌子是否转得动以及转动量的大小不仅与这对力的大小，而且与这对力的距离有关。这对大小相等，方向相反的力，叫做力偶。衡量这对力偶对于转动作用大小的是力偶矩，其量值等于其中一个力的值与它们之间的距离之乘积。这个概念被引伸到断层位错问题，可用断层面积、断层面的平均位错量和剪切模量的乘积定义地震矩。
地震矩是震源的等效双力偶中的一个力偶的力偶矩，是继地震能量后的第二个关于震源定量的特征量，一个描述地震大小的绝对力学量，单位为·m(牛·米)。其表达式为Mo=`mD A
其中，m 是介质的剪切模量，表示其刚性，如花岗石，值大约为1.6×1010达因/厘米2，水的值0达因/厘米2; `D是破裂的平均位错量; A是破裂面的面积。地震矩是反映震源区不可恢复的非弹性形变的量度。
显然，这是对断层错动引起的地震强度的直接测量。为从地震矩出发，又能和以往的震级可比拟，将矩震级定义为： 
为测定地震矩及矩震级，可用宏观的方法，直接从野外测量断层的平均位错和破裂长度，从等震线的衰减或余震推断震源深度，从而估计断层面积。也可用微观的方法，由地震波记录反演计算这些量。
过去，在说明震级与地震烈度的区别时，常常强调，地震烈度是从地震造成的破坏程度及引起的影响反映地震的大小，而震级反映了地震波能量的大小。现在要将由里氏震级发展起来的几种震级标度与矩震级做比较，就不能不更进一步说清楚，只有矩震级才真正反映了地震错动的大小。那几种震级只是抓住某一种地震波的最大振幅来标征地震的大小，它们与地震波能量大小的关系只是一种统计关系。而地震波能量也只是地震释放总能量的一部分。又由于最常用的面波震级达8.6以后又有饱和问题，比较特大地震当然得用矩震级了。现在越来越多的数字地震记录台网中心利用宽频带数字地震观测资料测定地震矩和矩震级。数字记录不但可以测定强震和远震的矩震级，也可以测定小震和区域地方震的矩震级。
二、矩震级标度的优点
矩震级标度有以下优点 ：
1、它反映了形变规模的大小，是目前量度地震大小最好的物理量 。
2、它是一个绝对力学标度，不产生饱和问题。对大震、小震、微震甚至极微震、深震均可测量。
3、能够与我们熟悉的震级标度衔接起来，对于破坏性地震，Mw ≈ MS 。
4、它是一个均匀震级标度，适于震级尺度范围很宽的统计。
5、矩震级是一个绝对的力学标度，没有饱和现象。
6、如果使用矩震级，历史上曾发生的一些巨大地震的震级都发生了变化。如：1906年美国旧金山8.3级地震，Mw＝9.7; 1960年智利8.3级地震，Mw＝9.5; 1964年阿拉斯加8.4级地震，Mw＝9.2。
三、震级饱和的发现
1、20世纪70年代中期，钦尼瑞和诺斯（M. A. Chinnery and R.G.North,1975）在研究全球地震的年频度与MS关系曲线时，发现缺少MS >8.6的地震，但用地震矩Mo求年频度关系时，竟有MS大于8.6和9级以上的地震，于是便提出MS震级饱和问题。
2、最早出现震级饱和的是短周期体波震级mb，其次是近震震级ML、中长周期体波震级mB，最后是面波震级MS，而矩震级无饱和现象。
四、震级饱和现象
Accordingly, these different magnitude scales saturate differently, the earlier, the shorter the dominating periods are: mb around 6.5, ML around 7, mB at about 8 and MS at about 8.5 while Mw does not saturate. This is in good agreement with the general conclusions drawn on the basis of seismic source spectra.
各种震级的饱和震级
震级名称 周期变化范围S 饱和震级
mb T »1 6.5
ML T » 0.1 – 3 7
mB T » 0.5 – 15 8
MS T » 20 8.5
Mw T » 10 ® ¥ 无
Relations between magnitude scales (Reprint from Tectonophysics, 93, No。3/4 Kanamori, 1983）
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