一、 基本常識
以前的地震科普材料里已經比較多地介紹過，什么是里氏震級？怎樣從近震震級ML，逐步推廣到面波震級Ms，體波震級mb？在那些材料里一般都會告訴大家，對于震源淺且距離遠的強震通常測定面波震級Ms。可是，上世紀六、七十年代，有科學家在研究全球地震年頻度與面波震級Ms的關系時發現，缺失Ms超過8.6的地震。他們認為，當Ms超過8.6以后，盡管地表出現更長的破裂，顯示出地震有更大的規模，但測定的面波震級Ms值卻很難增上去了，出現所謂震級飽和問題。于是，從反映地震斷層錯動的一個力學量：地震矩M0出發，又提出一種新的震級標度：矩震級Mw。
在力學里，矩的概念是用來討論物體轉動問題的。例如，用雙手放在桌子的兩邊，在水平方向上一只手向前推，另一只手向后拉，桌子就可能轉動。桌子是否轉得動以及轉動量的大小不僅與這對力的大小，而且與這對力的距離有關。這對大小相等，方向相反的力，叫做力偶。衡量這對力偶對于轉動作用大小的是力偶矩，其量值等于其中一個力的值與它們之間的距離之乘積。這個概念被引伸到斷層位錯問題，可用斷層面積、斷層面的平均位錯量和剪切模量的乘積定義地震矩。
地震矩是震源的等效雙力偶中的一個力偶的力偶矩，是繼地震能量后的第二個關于震源定量的特征量，一個描述地震大小的絕對力學量，單位為·m(牛·米)。其表達式為Mo=`mD A
其中，m 是介質的剪切模量，表示其剛性，如花崗石，值大約為1.6×1010達因/厘米2，水的值0達因/厘米2; `D是破裂的平均位錯量; A是破裂面的面積。地震矩是反映震源區不可恢復的非彈性形變的量度。
顯然，這是對斷層錯動引起的地震強度的直接測量。為從地震矩出發，又能和以往的震級可比擬，將矩震級定義為： 
為測定地震矩及矩震級，可用宏觀的方法，直接從野外測量斷層的平均位錯和破裂長度，從等震線的衰減或余震推斷震源深度，從而估計斷層面積。也可用微觀的方法，由地震波記錄反演計算這些量。
過去，在說明震級與地震烈度的區別時，常常強調，地震烈度是從地震造成的破壞程度及引起的影響反映地震的大小，而震級反映了地震波能量的大小。現在要將由里氏震級發展起來的幾種震級標度與矩震級做比較，就不能不更進一步說清楚，只有矩震級才真正反映了地震錯動的大小。那幾種震級只是抓住某一種地震波的最大振幅來標征地震的大小，它們與地震波能量大小的關系只是一種統計關系。而地震波能量也只是地震釋放總能量的一部分。又由于最常用的面波震級達8.6以后又有飽和問題，比較特大地震當然得用矩震級了。現在越來越多的數字地震記錄臺網中心利用寬頻帶數字地震觀測資料測定地震矩和矩震級。數字記錄不但可以測定強震和遠震的矩震級，也可以測定小震和區域地方震的矩震級。
二、矩震級標度的優點
矩震級標度有以下優點 ：
1、它反映了形變規模的大小，是目前量度地震大小最好的物理量 。
2、它是一個絕對力學標度，不產生飽和問題。對大震、小震、微震甚至極微震、深震均可測量。
3、能夠與我們熟悉的震級標度銜接起來，對于破壞性地震，Mw ≈ MS 。
4、它是一個均勻震級標度，適于震級尺度范圍很寬的統計。
5、矩震級是一個絕對的力學標度，沒有飽和現象。
6、如果使用矩震級，歷史上曾發生的一些巨大地震的震級都發生了變化。如：1906年美國舊金山8.3級地震，Mw＝9.7; 1960年智利8.3級地震，Mw＝9.5; 1964年阿拉斯加8.4級地震，Mw＝9.2。
三、震級飽和的發現
1、20世紀70年代中期，欽尼瑞和諾斯（M. A. Chinnery and R.G.North,1975）在研究全球地震的年頻度與MS關系曲線時，發現缺少MS >8.6的地震，但用地震矩Mo求年頻度關系時，竟有MS大于8.6和9級以上的地震，于是便提出MS震級飽和問題。
2、最早出現震級飽和的是短周期體波震級mb，其次是近震震級ML、中長周期體波震級mB，最后是面波震級MS，而矩震級無飽和現象。
四、震級飽和現象
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.
各種震級的飽和震級
震級名稱 周期變化范圍S 飽和震級
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 ® ¥ 無
Relations between magnitude scales (Reprint from Tectonophysics, 93, No。3/4 Kanamori, 1983）
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