朱永莉 黎大虎 龍承厚 孫澤濤

（中國(guó)成都610041四川省地震局）

引言

地震工程學(xué)是一門以觀測(cè)為基礎(chǔ)的實(shí)用性學(xué)科（胡聿賢，2006；袁一凡，田啟文，2012）.強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)資料包括強(qiáng)震動(dòng)時(shí)程記錄資料和宏觀震害調(diào)查資料兩大類，前者是微觀的定量數(shù)據(jù)，后者則是宏觀的定性指標(biāo).兩者之間如果能夠建立直接的因果關(guān)系，就可以深入認(rèn)識(shí)強(qiáng)震造成損失破壞的原因.從當(dāng)前緊迫的社會(huì)應(yīng)用角度來看，就可以借助現(xiàn)代通訊手段實(shí)現(xiàn)烈度速報(bào)和損失快速評(píng)估，直接為抗震救災(zāi)服務(wù).

最初地震動(dòng)的強(qiáng)度是用烈度表示的，它是地震動(dòng)振幅參數(shù)、頻譜和持時(shí)綜合考慮下的宏觀描述.振幅參數(shù)一般指地震動(dòng)加速度、速度和位移時(shí)程的峰值或等效值；頻譜一般指反應(yīng)譜和傅里葉譜；持時(shí)參數(shù)包括絕對(duì)持時(shí)和相對(duì)持時(shí).但是，眾多統(tǒng)計(jì)資料表明（Wu et al，2003；Wald et al，2006），由于峰值地面運(yùn)動(dòng)加速度（peak ground acceleration，簡(jiǎn)寫為PGA）或峰值地面運(yùn)動(dòng)速度（peak ground velocity，簡(jiǎn)寫為PGV）只是一個(gè)瞬時(shí)量，其對(duì)應(yīng)計(jì)算地震烈度具有較大的離散性，不能完全代表地震動(dòng)的破壞能力.圖1給出了不同地震的PGA時(shí)程圖.可以看出，在整個(gè)地震動(dòng)時(shí)程中，PGA隨著震級(jí)的減小而越來越不具有代表性（PGV類似）.以圖1c上海MS1.1地震為例，白蓮涇強(qiáng)震臺(tái)記錄到的垂直向強(qiáng)震動(dòng)記錄峰值加速度為86.0cm／s2，這種瞬間的高加速度峰值很難與地震破壞發(fā)生聯(lián)系.

圖1 典型大震、小震和近震的加速度時(shí)程（a）汶川MS8.0地震051MZQ臺(tái)站水平合成記錄；（b）爐霍MS5.3地震051LHT臺(tái)站水平合成記錄；（c）上海MS1.1地震白蓮涇臺(tái)站垂直向記錄Fig.1 Acceleration time histories for typical large，small and near earthquakes（a）Horizontal component synthetic record of Wenchuan MS8.0earthquake at the station 051MZQ；（b）Horizontal component synthetic record of Luhuo MS5.3earthquake at the station 051LHT；（c）Vertical component record of Shanghai MS1.1earthquake at the station Bailianjing

我國(guó)“九五”建設(shè)以來的20年間，隨著近千臺(tái)強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站的興建，以及數(shù)字化寬頻帶強(qiáng)震儀的廣泛使用，涌現(xiàn)出大量的強(qiáng)震動(dòng)記錄，在常用的依靠PGA或PGV得到儀器烈度的方法中就隨之出現(xiàn)了不符合實(shí)際地震破壞情況的問題.國(guó)內(nèi)專家據(jù)此提出了新的方法和思路：延續(xù)原來的思路，選用有效峰值加速度作為地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù).金星等（2013）對(duì)國(guó)內(nèi)外這方面的進(jìn)展有比較全面和深入的闡述；按照“地震烈度取決于地震動(dòng)的峰值、頻率成分和持時(shí)”的概念，探討更具有動(dòng)力學(xué)意義的算法，王玉石（2010）對(duì)國(guó)內(nèi)外這方面的進(jìn)展進(jìn)行了比較全面和深入的闡述.

本文通過對(duì)儀器烈度與考察烈度的概念辨析，提出了應(yīng)該在宏觀儀器烈度與宏觀考察烈度之間進(jìn)行比較，同時(shí)對(duì)常見的儀器烈度算法進(jìn)行了比較性研究，最后介紹了本文應(yīng)用修正的袁一凡儀器烈度算法的情況以及該算法在四川地區(qū)歷次地震中的應(yīng)用.

1 儀器烈度與考察烈度概念辨析

1.1 微觀儀器烈度與宏觀儀器烈度

根據(jù)強(qiáng)震臺(tái)站的實(shí)際地震動(dòng)記錄，按某一地震儀器烈度計(jì)算方法得到的僅屬于該臺(tái)站的儀器烈度值，稱之為微觀儀器烈度.由于場(chǎng)地效應(yīng)，幾十米外如果得到了另外一個(gè)差異較大的微觀儀器烈度，不足以構(gòu)成彼此的否定.

臺(tái)網(wǎng)散點(diǎn)狀分布的微觀儀器烈度，按數(shù)學(xué)等值線或基于地震烈度衰減模型的成圖規(guī)則得到的儀器烈度分布圖，其每一點(diǎn)的值稱為宏觀儀器烈度.顯然，某一點(diǎn)的宏觀儀器烈度由臺(tái)網(wǎng)所有站點(diǎn)的微觀儀器烈度共同決定，它并不一定與自身的微觀儀器烈度（若該點(diǎn)恰好有一臺(tái)站記錄）相同.

1.2 微觀考察烈度與宏觀考察烈度

烈度考察通常以一個(gè)居民點(diǎn)為單位給出微觀考察烈度.由于同類建筑的破壞程度也可能很不相同，所以微觀考察烈度表達(dá)的實(shí)際上是這個(gè)小范圍內(nèi)的平均值，這是微觀考察烈度與微觀儀器烈度不一樣的地方.但由于這個(gè)小范圍，使兩者之間似乎有了一點(diǎn)概念上的相似性.

烈度考察指揮部對(duì)前方報(bào)告進(jìn)行匯總成圖時(shí)，各居民點(diǎn)的微觀考察烈度有可能調(diào)整，稱為宏觀考察烈度，它與宏觀儀器烈度在概念上對(duì)等，只是其取值可能含有主觀干擾因素.由于烈度考察工作人員之間的互動(dòng)，微觀考察烈度與宏觀考察烈度在數(shù)值上也可能趨于一致.

1.3 儀器烈度與考察烈度的比較

綜上所述，由于各自取值方法不同，因此將微觀儀器烈度與微觀考察烈度進(jìn)行比較會(huì)存在較大的差距，而將微觀儀器烈度與宏觀考察烈度進(jìn)行比較則差距更大.作者認(rèn)為正確的比較應(yīng)該是宏觀儀器烈度與宏觀考察烈度的比較，也就是宏觀儀器烈度圖與宏觀考察烈度圖的比較，并適當(dāng)過濾一些宏觀考察烈度圖的主觀因素的干擾.

對(duì)于宏觀儀器烈度圖與宏觀考察烈度圖的比較，在核心區(qū)域應(yīng)以小于Ⅰ度為考核指標(biāo).由于宏觀考察烈度圖是余震疊加的復(fù)合烈度，因此還應(yīng)有宏觀儀器烈度圖小于宏觀考察烈度圖的原則定性.

2 常見儀器烈度算法的比較性研究

模擬強(qiáng)震儀記錄的波形圖一般類似于圖1a，其與數(shù)字強(qiáng)震儀的不同之處在于強(qiáng)度大小和持時(shí)長(zhǎng)短，其PGA或PGV在整個(gè)地震過程中有一定的強(qiáng)度代表性，因而基于此的地震烈度表算法長(zhǎng)期以來具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用基礎(chǔ).

為解決單純采用地震動(dòng)峰值參數(shù)PGA或PGV計(jì)算地震儀器烈度具有較大不確定性的問題，王玉石（2010）和金星等（2013）采用有效峰值加速度作為地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù).其思路為：首先采用純幅值濾波器濾除高頻成分，降低地震記錄波形中的尖銳脈沖；然后確定新的持時(shí)參數(shù)，要求選取幅值變動(dòng)趨于穩(wěn)定的某一閥值（如0.3s或0.5s）時(shí)的幅值，并將其定義為有效峰值加速度；最后重新建立有效峰值加速度與烈度標(biāo)準(zhǔn)之間的聯(lián)系.采用有效峰值加速度作為地震動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的基本思路就是對(duì)圖1b，c類的地震記錄波形中的尖銳脈沖降低到類似圖1a的地震記錄波形，因此都可歸為對(duì)常用儀器烈度計(jì)算方法的修正.

2.1 常用地震儀器烈度計(jì)算方法

1）中國(guó)地震烈度表（中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2009）中推薦的地震動(dòng)峰值參數(shù)PGA、PGV與烈度的關(guān)系分別為

2）美國(guó)ShakeMap系統(tǒng)中采用統(tǒng)計(jì)烈度與地震動(dòng)峰值參數(shù)PGA和PGV的關(guān)系得到了地震儀器烈度的相應(yīng)計(jì)算方法.該計(jì)算方法認(rèn)為當(dāng)烈度小于Ⅴ度時(shí)，峰值加速度PGA與烈度的相關(guān)性高于峰值速度PGV；當(dāng)烈度大于Ⅶ度時(shí)，與峰值加速度PGA相比，峰值速度PGV與烈度的相關(guān)性更好；中段兩者相當(dāng)，即

3）日本氣象廳（Japan Meteorological Agency，簡(jiǎn)寫為JMA）研究人員在對(duì)地震動(dòng)振幅參數(shù)、頻譜和持時(shí)等影響的綜合考慮下，制定出了氣象廳計(jì)測(cè)烈度計(jì)算方法.JMA烈度標(biāo)準(zhǔn)采用的是有效峰值加速度（effective peak acceleration，簡(jiǎn)寫為EPA）來計(jì)算儀器烈度，即

由于日本氣象廳的最高地震烈度為Ⅶ度，為便于定性比較，取其烈度值越大地震動(dòng)強(qiáng)度也越大的線性假定，將式（4）右端乘以12／7得到相當(dāng)于我國(guó)的地震烈度IC為

假定日本氣象廳的有效峰值加速度EPA與峰值加速度PGA有一個(gè)平均性的倍數(shù)關(guān)系，即EPA＝k·PGA，則

結(jié)合前面中國(guó)地震烈度表的對(duì)比分析可以看出，式（1）與式（4b）中PGA的斜率大致一致，可以認(rèn)為兩者同源，即3.43lgk＋1.611＝0，則常數(shù)項(xiàng)k＝0.339.即日本氣象廳的有效峰值加速度EPA相對(duì)來說只有峰值加速度PGA的1／3.

4）臺(tái)灣“中央氣象局”速報(bào)系統(tǒng)采用的臺(tái)灣地區(qū)PGA與地震烈度之間的地震儀器烈度計(jì)算公式為

5）福建地方標(biāo)準(zhǔn)借鑒日本氣象廳測(cè)定烈度的思路，采用EPA計(jì)算儀器烈度為

6）袁一凡地震儀器烈度模糊判別算法（袁一凡，1998）的要點(diǎn)是選取記錄波形的水平向峰值加速度PGA的最大值，單獨(dú)考慮的垂直向峰值加速度與常見結(jié)構(gòu)固有頻率相對(duì)應(yīng)的8，5，2和1Hz的反應(yīng)譜值，以及卓越頻率和記錄持時(shí)等8個(gè)地震動(dòng)參數(shù)，通過震害經(jīng)驗(yàn)設(shè)定各參數(shù)對(duì)應(yīng)各烈度而建立的一系列隸屬函數(shù)矩陣與模糊判定向量組成的模糊判別矩陣，再根據(jù)模糊判定得到的模糊向量對(duì)儀器烈度進(jìn)行綜合判定.

7）利用汶川地震和姚安地震等我國(guó)現(xiàn)有多組強(qiáng)震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，李敏（2010）采用多元線性回歸的統(tǒng)計(jì)方法分析了不同周期加速度反應(yīng)譜與地震烈度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即

式中，Sa（T＝T0）為周期T0對(duì)應(yīng)的水平向加速度反應(yīng)譜（阻尼比為0.05）值.

2.2 地震儀器烈度算法的比較性研究

圖2給出了上述儀器烈度算法的比較結(jié)果，由峰值加速度PGA計(jì)算儀器烈度的曲線可以看出：

1）日本氣象廳采用有效峰值加速度計(jì)算得出的儀器烈度曲線與我國(guó)地震烈度表推薦公式計(jì)算得出的儀器烈度曲線基本平行.由于日本氣象廳采用的是有效峰值加速度，因而其計(jì)算儀器烈度值在同樣的加速度下偏高是合理的.結(jié)合前文所述可知，日本的有效峰值加速度相對(duì)來說只有峰值加速度的1／3，這在M5—6地震的近場(chǎng)強(qiáng)震記錄中是成立的，而在小于M5地震的近場(chǎng)強(qiáng)震動(dòng)記錄中則可能小于1／3，在大于M6地震的近場(chǎng)強(qiáng)震動(dòng)記錄中則可能要超過1／3.因此，日本氣象廳計(jì)測(cè)烈度曲線的斜率應(yīng)比我國(guó)地震烈度表公式曲線的小.

2）美國(guó)ShakeMap系統(tǒng)推薦公式所采用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是1971—1994年美國(guó)加州地區(qū)的8次較大地震的地震記錄，統(tǒng)計(jì)分析中使用的樣本集對(duì)該統(tǒng)計(jì)公式的可靠性和適用性影響較大.從圖中可以看出，計(jì)算的儀器烈度曲線存在一個(gè)Ⅴ度拐點(diǎn)，由于地震動(dòng)參數(shù)具有連續(xù)性，因此其考慮得不夠全面和合理，而且這個(gè)Ⅴ度拐點(diǎn)在應(yīng)用上也存在較大的不確定性，因此美國(guó)ShakeMap系統(tǒng)在Ⅴ度以下采用PGA是可行的.

圖2 各國(guó)（地區(qū)）的地震烈度標(biāo)準(zhǔn)比較（a）由PGA或EPA計(jì)算的地震烈度；（b）由PGV或EPV計(jì)算的地震烈度Fig.2 Comparison of seismic intensity standards for different countries（areas）（a）Seismic intensity calculated by PGA or EPA；（b）Seismic intensity calculated by PGV or EPV

3）臺(tái)灣“中央氣象局”采用的是PGA與地震烈度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但其與日本氣象廳計(jì)測(cè)的烈度曲線平行且僅低0.24度，結(jié)合前文所述可知這將高估儀器烈度值.至于由峰值速度PGV計(jì)算的儀器烈度曲線，由于測(cè)震儀的量程限制，大的速度記錄只能來自強(qiáng)震儀的加速度積分.因此與圖2a中的PGA儀器烈度對(duì)比，圖2b中的PGV或EPV儀器烈度顯得間接了一些.

最后我們?cè)賹?duì)利用加速度反應(yīng)譜值確定儀器烈度的算法進(jìn)行比較性研究.因?yàn)橐肓朔磻?yīng)譜值參數(shù)，李敏（2010）給出的關(guān)系式與袁一凡（1998）提出的儀器烈度模糊算法類似，但其表達(dá)方式仍然類似于地震烈度表的公式型算法，不再具有袁一凡模糊算法的學(xué)術(shù)延展性；也因?yàn)橐肓朔磻?yīng)譜值參數(shù)，可以對(duì)不具有代表性的PGA自動(dòng)進(jìn)行過濾，這與EPA算法的初衷類似，但利用加速度反應(yīng)譜值確定儀器烈度的算法是對(duì)地震動(dòng)物理指標(biāo)的過濾，而EPA算法是對(duì)地震動(dòng)波形的過濾.

利用加速度反應(yīng)譜值確定儀器烈度的算法和王玉石等（2008）提出的基于假設(shè)檢驗(yàn)的地震動(dòng)強(qiáng)度（烈度）方法，在思路上與Housner（1952）定義的“譜烈度”概念是一脈相承的，都是避免單獨(dú)使用地震動(dòng)峰值與烈度建立聯(lián)系，但他們采用的都是類似于地震烈度表的公式型算法.因此，盡管袁一凡利用模糊算法確定儀器烈度的方法在我國(guó)起步比較早，但卻是在這一思路上最徹底的.這大概也是王玉石等（2013）認(rèn)為在汶川地震和蘆山地震中，利用譜烈度值或加速度反應(yīng)譜值等確定儀器烈度的算法和袁一凡模糊算法可靠性更高的原因.

3 實(shí)例

本節(jié)的前3個(gè)實(shí)例中均給出正式公布的宏觀考察烈度圖與本文給出的宏觀儀器烈度圖的對(duì)比分析，同時(shí)對(duì)051BXD臺(tái)站記錄進(jìn)行個(gè)案分析，結(jié)果表明利用多因素模糊方法確定儀器烈度的修正的袁一凡算法判定烈度是可行的.為了體現(xiàn)微觀儀器烈度與宏觀考察烈度之間的差距，對(duì)微觀儀器烈度與宏觀考察烈度差距大于Ⅰ度的，還配以表格予以對(duì)比說明.下面給出的各實(shí)例儀器烈度計(jì)算均采用修正的袁一凡儀器烈度算法.該算法中采用三維最大地震動(dòng)方向的合成記錄作為計(jì)算依據(jù)，體現(xiàn)了儀器烈度計(jì)算與儀器觀測(cè)方位無關(guān)的特性；用統(tǒng)計(jì)模型替換模糊判別矩陣，使地震動(dòng)參數(shù)得到連續(xù)使用，從而突破了原算法的使用范圍.宏觀儀器烈度圖采用基于共焦點(diǎn)橢圓衰減模型的成圖規(guī)則，其基本思路是：① 所有等烈度線均為橢圓；② 所有橢圓的焦點(diǎn)均為斷層破裂的兩個(gè)端點(diǎn)；③ 各級(jí)等烈度線的衰減快慢由臺(tái)網(wǎng)的散點(diǎn)微觀儀器烈度統(tǒng)計(jì)決定.該模型可以保證整個(gè)斷層破裂上的烈度為一個(gè)常數(shù)，有效克服了點(diǎn)橢圓衰減模型的缺陷.

3.1 汶川地震

在2008年5月12日的汶川MS8.0地震中，中國(guó)數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)共有432個(gè)自由場(chǎng)地觀測(cè)臺(tái)站、1個(gè)地形影響臺(tái)陣和2個(gè)結(jié)構(gòu)觀測(cè)臺(tái)陣獲得了強(qiáng)震動(dòng)記錄.在宏觀考察烈度圖中有66個(gè)自由場(chǎng)地觀測(cè)臺(tái)站位于Ⅵ度區(qū)域內(nèi).圖3給出了該地震宏觀儀器烈度圖、宏觀考察烈度圖（袁一凡，2008）及其與微觀儀器烈度比較.

通過圖3a與b對(duì)比可以看出，基于修正的袁一凡儀器烈度算法和共焦點(diǎn)橢圓衰減模型繪制的宏觀儀器烈度圖與宏觀考察烈度圖在Ⅵ—Ⅺ度區(qū)域的等震線形狀上比較接近，是可應(yīng)用的，同時(shí)其滿足了宏觀儀器烈度圖應(yīng)小于宏觀考察烈度圖的原則定性.圖3c表明，即使將微觀儀器烈度與宏觀考察烈度進(jìn)行比較，兩者之差的絕對(duì)值平均為0.5度，這是對(duì)圖3a與b對(duì)比的數(shù)據(jù)解析說明.如果對(duì)比其算術(shù)平均值，則修正的袁一凡儀器烈度算法所得微觀儀器烈度較宏觀考察烈度低0.1度，這是對(duì)宏觀儀器烈度應(yīng)小于宏觀考察烈度原則定性的數(shù)據(jù)解析說明.

圖3 汶川地震宏觀儀器烈度（a）、宏觀考察烈度（b）及其與微觀儀器烈度比較（c）Fig.3 Macroscopic instrumental intensity map（a），macroscopic inspection intensity map（b）and its comparison with microscopic instrumental intensity（c）of Wenchuan earthquake

表1列出了修正的袁一凡儀器烈度算法所得微觀儀器烈度與宏觀考察烈度之差的絕對(duì)值大于Ⅰ度的7個(gè)未校正峰值加速度記錄數(shù)據(jù).以表中汶川臥龍臺(tái)（臺(tái)站編號(hào)為051WCW）和綿竹清平臺(tái)（臺(tái)站編號(hào)為051MZQ）獲取的強(qiáng)震動(dòng)記錄為例，所給出的兩種烈度結(jié)果體現(xiàn)了微觀儀器烈度與宏觀儀器烈度在概念上的本質(zhì)差異，場(chǎng)地的宏觀儀器烈度必須由所有站點(diǎn)的微觀儀器烈度共同決定.

表1 汶川MS8.0地震微觀儀器烈度與宏觀考察烈度的比較Table 1 Comparison of microscopic instrumental intensity with macroscopic inspection intensity for Wenchuan MS8.0earthquake

3.2 攀枝花地震

在2008年8月30日的攀枝花MS6.1地震中，四川省數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)在宏觀考察烈度圖的Ⅵ度區(qū)域內(nèi)有11個(gè)自由場(chǎng)地觀測(cè)臺(tái)站獲得了強(qiáng)震動(dòng)記錄.圖4給出了該地震宏觀儀器烈度圖、宏觀考察烈度圖（中國(guó)地震信息網(wǎng)，2008）及其與微觀儀器烈度比較.

圖4a與b的最內(nèi)側(cè)烈度等震線均為Ⅷ度，是比較合理的宏觀儀器烈度圖.圖4c表明，即使將微觀儀器烈度與宏觀考察烈度進(jìn)行比較，兩者之差的絕對(duì)值平均為0.7度.對(duì)比其算術(shù)平均值，修正的袁一凡儀器烈度算法所得微觀儀器烈度較宏觀考察烈度低0.4度.

表2列出了修正的袁一凡儀器烈度算法所得微觀儀器烈度與宏觀考察烈度之差的絕對(duì)值大于Ⅰ度的全部4個(gè)記錄數(shù)據(jù).該表同樣體現(xiàn)了微觀儀器烈度與宏觀儀器烈度在概念上的本質(zhì)差異.

圖4 攀枝花地震宏觀儀器烈度（a）、宏觀考察烈度（b）及其與微觀儀器烈度比較（c）Fig.4 Macroscopic instrumental intensity map（a），macroscopic inspection intensity map（b）and its comparison with microscopic instrumental intensity（c）of Panzhihua earthquake

3.3 蘆山地震

在2013年4月20日的蘆山MS7.0地震中，中國(guó)數(shù)字強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)共有112個(gè)自由場(chǎng)地觀測(cè)臺(tái)站、3個(gè)巖洞觀測(cè)點(diǎn)和1個(gè)結(jié)構(gòu)觀測(cè)臺(tái)陣獲得了強(qiáng)震動(dòng)記錄，其中四川省境內(nèi)獲得83個(gè)強(qiáng)震觀測(cè)記錄.在宏觀考察烈度圖中有17個(gè)自由場(chǎng)地觀測(cè)臺(tái)站位于Ⅵ度區(qū)域內(nèi).圖5給出了該地震宏觀儀器烈度圖、宏觀考察烈度圖（中國(guó)地震局，2013）及其與微觀儀器烈度比較.

對(duì)比圖5a與b仍然可以看出，本文所提出的宏觀儀器烈度圖在核心區(qū)域是可行的.與汶川地震核心區(qū)域烈度太高、主觀干擾缺乏高估空間不同的是，蘆山地震的宏觀考察烈度圖在破裂的前端延伸似乎過大.從圖中可以看出，基于修正的袁一凡儀器烈度算法和共焦點(diǎn)橢圓衰減模型繪制的宏觀儀器烈度圖是滿足外圈趨于圓這一宏觀定性的.圖5c表明，基于修正的袁一凡儀器烈度算法的微觀儀器烈度與宏觀考察烈度之差的絕對(duì)值平均為0.6度.對(duì)比其算術(shù)平均值，修正的袁一凡儀器烈度算法所得微觀儀器烈度較宏觀考察烈度高0.3度.

表3列出了修正的袁一凡儀器烈度算法所得微觀儀器烈度與宏觀考察烈度之差的絕對(duì)值大于Ⅰ度的全部7個(gè)未校正峰值加速度記錄數(shù)據(jù).該表同樣說明場(chǎng)地的宏觀儀器烈度必須由所有站點(diǎn)的微觀儀器烈度共同決定.

圖5 蘆山地震宏觀儀器烈度（a）、宏觀考察烈度（b）及其與微觀儀器烈度比較（c）Fig.5 Macroscopic instrumental intensity map（a），macroscopic inspection intensity map（b）and its comparison with microscopic instrumental intensity（c）of Lushan earthquake

表3 蘆山MS7.0地震微觀儀器烈度與宏觀考察烈度的比較Table 3 Comparison of microscopic instrumental intensity with macroscopic inspection intensity for Lushan MS7.0earthquake

3.4 051BXD臺(tái)站記錄個(gè)案分析

051BXD強(qiáng)震臺(tái)站位于3／4山坡上，地形十分陡峭，在蘆山MS7.0地震中該強(qiáng)震臺(tái)站記錄到了超過1g（1g＝9.8m／s2）的未校正單向峰值加速度記錄.在300—400m山下河灘處的寶興中學(xué)校門傳達(dá)室內(nèi)，另有成都高新減災(zāi)所布設(shè)的地震儀器獲得的單向峰值加速度記錄約0.4g.這兩個(gè)臺(tái)站的記錄參數(shù)見表4.

圖6 051BXD臺(tái)站記錄的未校正加速度時(shí)程Fig.6 Uncorrected acceleration time histories recorded by the station 051BXD

圖7 寶興中學(xué)觀測(cè)點(diǎn)記錄的未校正加速度時(shí)程Fig.7 Uncorrected acceleration time histories recorded by the Baoxing middle school observation point

表4 蘆山MS7.0地震051BXD臺(tái)站及寶興中學(xué)觀測(cè)點(diǎn)所記錄的未校正強(qiáng)震動(dòng)參數(shù)Table 4 Uncorrected strong motion parameters of Lushan MS7.0earthquake recorded by the station 051BXD and Baoxing middle school observation point

圖8 051BXD臺(tái)站與寶興中學(xué)觀測(cè)點(diǎn)記錄的反應(yīng)譜比較Fig.8 Comparison of response spectrum recorded by the station 051BXD with that by Baoxing middle school observation point

圖6 —8分別給出了051BXD臺(tái)站和寶興中學(xué)校門傳達(dá)室內(nèi)的地震儀器在蘆山地震中獲得的3個(gè)觀測(cè)方向的加速度記錄時(shí)程及其反應(yīng)譜比較.圖9給出了051BXD臺(tái)站及其附近的震害示意圖.可以看出，051BXD臺(tái)站的兩層砌體辦公樓有水平貫穿裂紋，已不適合辦公使用，屬嚴(yán)重破壞.但總體來看，寶興縣城的震害不算特別嚴(yán)重.從圖6—9可以看到，利用基于模糊方法的修正的袁一凡儀器烈度算法計(jì)算微觀儀器烈度時(shí)，如果該強(qiáng)震動(dòng)記錄PGA不具有代表性，則其對(duì)儀器烈度計(jì)算結(jié)果影響不大.

圖9 051BXD臺(tái)站及其附近的震害示意圖（引自溫瑞智等，2013）①6層框架剪力墻（1995年建）基本完好；②6層框架剪力墻（1990年建）嚴(yán)重破壞；③6層框架剪力墻（1995年建）基本完好；④4層框架剪力墻（1995年建）基本完好；⑤051BXD臺(tái)站觀測(cè)室完好；⑥2層砌體結(jié)構(gòu)（1970年建）嚴(yán)重破壞Fig.9 Damage schematic diagram at the station 051BXD and its surrounding areas（after Wen et al，2013）① 6-storey frame-shear wall built in 1995was intact；② 6-storey frame-shear wall built in 1990subjected to severe damage；③6-storey frame-shear wall built in 1995was intact；④ 4-storey frame-shear wall built in 1995was intact；⑤ The strong motion observation station 051BXD was intact；⑥2-storey masonry structure built in 1970subjected to severe damage

4 討論與結(jié)論

儀器烈度與考察烈度一致性對(duì)比的最大概念性困擾，在于局部場(chǎng)地效應(yīng)問題.因此，首先應(yīng)該明晰微觀儀器烈度與宏觀儀器烈度、微觀考察烈度與宏觀考察烈度的概念，在此基礎(chǔ)上我們認(rèn)為只有將宏觀儀器烈度與宏觀考察烈度進(jìn)行比較才具有實(shí)質(zhì)性的意義，從本文的實(shí)例中也可以看出將微觀儀器烈度與宏觀考察烈度直接進(jìn)行比較會(huì)存在較大的差距.

即使在一般場(chǎng)地，隨著我國(guó)高密度強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)的興建以及數(shù)字化寬頻帶強(qiáng)震動(dòng)儀的使用，我國(guó)強(qiáng)震動(dòng)臺(tái)網(wǎng)在歷次地震中仍舊獲得了大量的強(qiáng)震動(dòng)記錄，其中存在一些與地震宏觀考察烈度不匹配的強(qiáng)震動(dòng)記錄峰值，所以僅使用單個(gè)PGA或PGV值評(píng)價(jià)地震宏觀烈度的方法并不十分合適.現(xiàn)在常見的有效峰值加速度EPA及有效峰值速度EPV的方法，本質(zhì)上是通過對(duì)現(xiàn)代強(qiáng)震儀的記錄波形進(jìn)行過濾，使其大致能還原到傳統(tǒng)模擬強(qiáng)震記錄的峰值代表性特征；而利用譜烈度值或加速度反應(yīng)譜值等確定儀器烈度的算法與豪斯納的“譜烈度”概念是一脈相承的，因?yàn)橐肓朔磻?yīng)譜值參數(shù)，其實(shí)質(zhì)也是對(duì)不具有地震動(dòng)強(qiáng)度代表性的峰值進(jìn)行過濾.

理論上講，袁一凡儀器烈度算法在譜烈度思路上是最徹底的，由于其放棄了傳統(tǒng)的公式型算法，轉(zhuǎn)而采用不同地震反應(yīng)譜值獨(dú)立進(jìn)行烈度評(píng)價(jià)后的綜合評(píng)判，保留了烈度成因的復(fù)雜性解析，更為貼近地震破壞的實(shí)際情況，因而王玉石等（2013）認(rèn)為，在我國(guó)近年來的大震實(shí)踐中該算法可靠性更高.本文實(shí)例部分也詳細(xì)地解析了這一點(diǎn).另一方面，由于袁一凡儀器烈度算法是采用模糊數(shù)學(xué)方法判定烈度，每一個(gè)判定因子相對(duì)不同烈度只是隸屬程度不同，因此該算法的倒數(shù)第二步可以理解為不同烈度值的概率分布，這可以與震害預(yù)測(cè)理論并軌從而將烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)提升為損失快速評(píng)估臺(tái)網(wǎng)，這是一種可能的嘗試，我們將繼續(xù)對(duì)此展開研究.

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