明小娜 崔建文 楊健強(qiáng) 于江

摘要：利用云南省強(qiáng)震動(dòng)及地震預(yù)警臺(tái)網(wǎng)獲得的漾濞MS6.4地震地震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)《中國(guó)地震烈度表》的儀器烈度計(jì)算方法，得到各臺(tái)站的儀器地震烈度。對(duì)比分析了漾濞MS6.4地震的儀器烈度圖與宏觀烈度圖的異同，發(fā)現(xiàn)二者最高烈度相同、等震線長(zhǎng)軸走向相似，但各烈度區(qū)面積與形狀不相同;對(duì)比分析了儀器烈度與調(diào)查點(diǎn)的評(píng)估烈度的吻合性，發(fā)現(xiàn)二者完全吻合的比例為81.25%，偏差±1度的比例為93.75%，說明儀器地震烈度在一定程度上能客觀反映實(shí)際的震害情況。

關(guān)鍵詞：儀器地震烈度;宏觀地震烈度;漾濞MS6.4地震;地震動(dòng)記錄

中圖分類號(hào)：P315.91?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1000-0666（2021）03-0422-07

0 引言

《中國(guó)地震烈度表》（GB/T 17742—2020）定義地震烈度為地震引起的地面震動(dòng)及其影響的強(qiáng)弱程度，該烈度又稱為宏觀烈度。宏觀烈度是由調(diào)查人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)建（構(gòu)）筑物震害、人的感覺和器物反應(yīng)以及地表破壞綜合得出的評(píng)估結(jié)果，烈度調(diào)查工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)。儀器烈度是使用記錄到的地震動(dòng)數(shù)據(jù)，利用特定濾波器和算法計(jì)算出來的烈度值。儀器烈度實(shí)際反映的是地震動(dòng)的強(qiáng)度（孫得璋等，2018），它通過將地震動(dòng)強(qiáng)度與宏觀烈度吻合使地震動(dòng)能反映震害，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地震影響的快速估計(jì)。與宏觀烈度相比較，儀器烈度以地震動(dòng)記錄為基礎(chǔ)，科學(xué)概念和邏輯性清楚，具有客觀、產(chǎn)出快速的特點(diǎn)。相關(guān)研究表明：儀器烈度對(duì)宏觀調(diào)查時(shí)宏觀震中位置、震中最大烈度和烈度圖長(zhǎng)軸方向的確定有重要的參考價(jià)值（徐欽等，2013;李亮等，2018;馮蔚等，2014;王玉石等，2010;孫柏濤等，2019;田秀豐等，2020）。由于宏觀烈度和儀器烈度都會(huì)受諸多因素的影響，往往導(dǎo)致兩者之間存在差異，限制了儀器烈度的應(yīng)用。因此，通過實(shí)際地震資料，找出導(dǎo)致兩者之間不一致的原因以及可能的解決辦法，將有利于提高儀器烈度與宏觀烈度的吻合度，更好地發(fā)揮二者在地震應(yīng)急工作中的協(xié)同作用。

2021年5月21日21時(shí)48分，云南漾濞（25.67°N，99.87°E）發(fā)生MS6.4地震。震后，云南強(qiáng)震動(dòng)及地震預(yù)警臺(tái)網(wǎng)在震中距140 km范圍內(nèi)快速獲取了156個(gè)臺(tái)站的地震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，30 min內(nèi)生成了儀器烈度圖，云南省地震局地震現(xiàn)場(chǎng)工作組歷經(jīng)5天圈定了本次地震的烈度圖。本文對(duì)比分析了該次地震儀器烈度圖與宏觀烈度圖的異同，探討了儀器烈度圖對(duì)震害的反映能力;對(duì)比了儀器烈度與調(diào)查點(diǎn)烈度的吻合性，檢驗(yàn)了《中國(guó)地震烈度表》（GB/T 17742—2020）儀器烈度計(jì)算方法在云南高原山區(qū)地震中的適用性;通過分析儀器烈度與調(diào)查點(diǎn)烈度差異的原因，為改善儀器烈度圖提供參考。

1 臺(tái)站獲取的記錄

漾濞MS6.4地震造成大理州漾濞縣、大理市、洱源縣、巍山縣、云龍縣和永平縣6個(gè)縣（市）42個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、2個(gè)街道不同程度受災(zāi)。震區(qū)斷裂構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育有NW向和NE向兩組斷裂，地震序列沿維西—喬后斷裂西側(cè)呈NW向展布云南省地震局.2021.2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估報(bào)告.。云南省強(qiáng)震動(dòng)及烈度速報(bào)臺(tái)網(wǎng)獲取了震中距140 km范圍內(nèi)156個(gè)臺(tái)站（圖1）的地震動(dòng)記錄，其中包含9個(gè)強(qiáng)震臺(tái)和147個(gè)一般站，一般站儀器架于云南鐵塔基站上。強(qiáng)震儀記錄器數(shù)采通道為3通道，采樣率為200 sps，頻帶范圍0～80 Hz，烈度計(jì)記錄器數(shù)采通道為3通道，采樣率為100 sps，頻帶范圍DC-40 Hz，各臺(tái)站獲取記錄波形完整，震相清晰。震中距為8.6 km的53YBX漾濞強(qiáng)震臺(tái)記錄了本次地震最大加速度為720 Gal（EW向?yàn)?80 Gal，NS向?yàn)?20 Gal，UD向?yàn)?48 Gal），根據(jù)記錄計(jì)算出儀器地震烈度為8.4。

2 儀器地震烈度計(jì)算

目前常見的儀器烈度算法有美國(guó)ShakeMap儀器烈度計(jì)算方法、日本JMA儀器烈度計(jì)算方法（馬鵬舉，2020）、福建儀器烈度計(jì)算方法（金星等，2013）、王玉石等（2010）的譜烈度法、袁一凡的模糊方法以及2020年7月頒布實(shí)施的《中國(guó)地震烈度表》（GB/T 17742—2020）儀器烈度計(jì)算方法等。美國(guó)ShakeMap系統(tǒng)儀器地震烈度計(jì)算方法對(duì)獲取的地震動(dòng)記錄經(jīng)場(chǎng)地校正后得到峰值加速度（PGA）、峰值速度（PGV），再利用Wald等（1999）的研究成果計(jì)算出烈度值;日本氣象廳JMA儀器烈度算法首先將地震記錄經(jīng)預(yù)處理、轉(zhuǎn)換到頻域、濾波、變換到時(shí)間域等中間過程合成加速度，再取持時(shí)0.3 s所對(duì)應(yīng)的加速值作為參考加速度a0計(jì)算儀器烈度值并取整，最后根據(jù)日本儀器烈度與日本氣象廳的烈度對(duì)應(yīng)表確定其烈度值（馬鵬舉，2020）;福建儀器烈度借鑒日本氣象廳（JMA）的計(jì)算方法，選擇持時(shí)0.5 s為參考加速度的持時(shí)域值（金星等，2013）。本文選取《中國(guó)地震烈度表》（GB/T 17742—2020）中規(guī)定的儀器烈度計(jì)算方法，其具體計(jì)算方法為：①基線校正。采用記錄時(shí)間過程減去地震事件前記錄的算術(shù)平均值方法對(duì)獲取的地震動(dòng)記錄進(jìn)行基線校正處理，事前記錄時(shí)間長(zhǎng)度宜為10 s。②記錄轉(zhuǎn)換。將加速度記錄轉(zhuǎn)換為速度記錄。③數(shù)字濾波。對(duì)地震動(dòng)加速度和速度記錄的每個(gè)分向采用數(shù)字濾波器進(jìn)行0.1～10 Hz的帶通濾波，濾波器通帶波紋小于0.5 dB，濾波器帶外衰減大于12 dB/oct。④記錄合成。采用三分向（EW、NS、UD向）計(jì)算合成加速度記錄a（ti），即式（1），合成速度記錄v（ti），即式（2）。⑤采用式（3）和式（4）計(jì)算三分向合成地震動(dòng)參數(shù)PGA和PGV。⑥用式（5）和式（6）分別計(jì)算加速度峰值對(duì)應(yīng)的儀器地震烈度IA和速度峰值對(duì)應(yīng)的儀器地震烈度IV，并用式（7）計(jì)算儀器測(cè)定的地震烈度II。筆者運(yùn)用該方法計(jì)算出結(jié)果并四舍五入取值，得到了156個(gè)臺(tái)站的儀器地震烈度（圖2）。

a（ti）=a2（ti）EW+a2（ti）NS+a2（ti）UD（1）

v（ti）=v2（ti）EW+v2（ti）NS+v2（ti）UD（2）

PGA=max[a（ti）]（3）

PGV=max[v（ti）]（4）

IA=3.17lg（PGA）+6.59（5）

IV=3.00lg（PGV）+9.77（6）

II=IV（IA≥6.0且IV≥6.0）

（IA+IV）/2（IA<6.0且IV<6.0）（7）

3 儀器烈度與宏觀烈度對(duì)比分析

3.1 儀器烈度圖與宏觀烈度圖對(duì)比分析

筆者以宏觀烈度Ⅵ度區(qū)內(nèi)臺(tái)站儀器烈度值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合烈度衰減關(guān)系，繪制出漾濞地震的儀器烈度分布圖（圖2中紅色線條區(qū)域），儀器烈度最高為Ⅷ度，Ⅷ度區(qū)面積約90 km2，Ⅶ度區(qū)面積約365 km2，Ⅵ度區(qū)面積約2 900 km2。Ⅶ度、Ⅷ度等震線平滑，長(zhǎng)軸趨于北偏西向，Ⅵ度區(qū)邊界呈不規(guī)則狀。圖2中紅色漸變區(qū)域?yàn)楹暧^烈度圖云南省地震局.2021.2021年漾濞MS6.4地震災(zāi)評(píng)報(bào)告.，烈度最高為Ⅷ度，Ⅷ度區(qū)面積約170 km2，Ⅶ度區(qū)面積約930 km2，Ⅵ度區(qū)面積5 500 km2，等震線長(zhǎng)軸呈NNW向。

從儀器烈度圖與宏觀烈度從疊置圖（圖2）可以看出，二者最高烈度均為Ⅷ度;儀器烈度Ⅶ度、Ⅷ度等震線長(zhǎng)軸與宏觀烈度的長(zhǎng)軸走向相似，且這2個(gè)儀器烈度區(qū)基本位于對(duì)應(yīng)的宏觀烈度區(qū)內(nèi);Ⅵ度區(qū)儀器烈度與宏觀烈度在空間上具有一定的重合率，說明二者在空間分布方面較為

相似，它在一定程度可反映該區(qū)域內(nèi)整體震害水平。儀器烈度邊界呈不規(guī)則狀與臺(tái)站地震動(dòng)強(qiáng)度、臺(tái)站數(shù)量以及臺(tái)站分布的均勻度影響有關(guān);宏觀烈度是地震直接損失評(píng)估的基礎(chǔ)性資料，為便于災(zāi)害數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，通常情況下經(jīng)過了圖形平滑處理，因此邊界呈規(guī)則形狀。假設(shè)按照Ⅵ度臺(tái)站點(diǎn)位的外接矩形繪制內(nèi)接橢圓，并將其作為儀器烈度圖的Ⅵ度區(qū)，則儀器烈度圖與宏觀烈度圖空間分布會(huì)更吻合。

3.2 儀器烈度與調(diào)查點(diǎn)烈度的對(duì)比分析

由于云南臺(tái)網(wǎng)一般站架設(shè)于鐵塔公司基站上，且部分基站所在位置附近沒有居民點(diǎn)，因此，宏觀震害調(diào)查點(diǎn)與臺(tái)站往往不重合，為對(duì)比分析儀器烈度與調(diào)查點(diǎn)烈度，筆者選取臺(tái)站周圍5 km范圍內(nèi)的調(diào)查點(diǎn)（表1），對(duì)烈度存在差異的站點(diǎn)及其原因展開分析。

臺(tái)站儀器烈度與調(diào)查點(diǎn)烈度對(duì)比分析顯示，在Ⅵ度區(qū)，儀器烈度與調(diào)查點(diǎn)烈度吻合的比例為80%，相差-2度的比例為10%（圖3a）;在Ⅶ度區(qū)，兩者吻合的比例為77.78%，相差±1度的比例為22.22%（圖3b）;在Ⅷ度區(qū)，兩者完全吻合（圖3c）;總體而言，儀器地震烈度與調(diào)查點(diǎn)烈度完全吻合的占比為81.25%，相差±1度以內(nèi)的占比為93.75%（圖3d）。如果儀器地震烈度與調(diào)查點(diǎn)烈度相差±1度是可以接受的，說明對(duì)于云南高原山區(qū)的地震，采用《中國(guó)地震烈度表》（GB/T 17742—2020）的地震烈度儀器計(jì)算方法是可行的。

L3003臺(tái)站儀器烈度為Ⅵ度，其附近有兩個(gè)調(diào)查點(diǎn)。距離該臺(tái)站3.8 km的西山鄉(xiāng)團(tuán)結(jié)村獅子頭搬遷點(diǎn)土木結(jié)構(gòu)墻體局部倒塌（圖4a）、磚木結(jié)構(gòu)部分圍護(hù)墻體局部倒塌（圖4b），多數(shù)墻體開裂，屋面梭瓦，個(gè)別吊頂大面積脫落，調(diào)查點(diǎn)烈度評(píng)估為Ⅶ度，比儀器烈度高1度。距離該臺(tái)站1.7 km的團(tuán)結(jié)村橫澗小組土木結(jié)構(gòu)個(gè)別墻體開裂，部分墻皮脫落，部分屋面梭瓦（圖4c），調(diào)查點(diǎn)評(píng)估烈度為Ⅵ度，與儀器烈度吻合。這表明臺(tái)站離調(diào)查點(diǎn)越近，二者局部場(chǎng)地越相似，儀器烈度一定程度上可反映該調(diào)查點(diǎn)的實(shí)際震害。

L0101、53DLY臺(tái)站位于洱海西南側(cè)，儀器烈度為Ⅶ度。距L0101臺(tái)站4.1 km的大理市銀橋鎮(zhèn)馬久邑村調(diào)查點(diǎn)房屋結(jié)構(gòu)以磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)為主，磚木結(jié)構(gòu)部分山墻開裂（圖5a），少數(shù)倒塌，磚混結(jié)構(gòu)未受損，調(diào)查點(diǎn)烈度評(píng)估為Ⅵ度，比儀器烈度低1度。L0103臺(tái)站位于洱海東側(cè)，儀器烈度為Ⅶ度。這一方位的挖色鎮(zhèn)大成村房屋結(jié)構(gòu)以土木和磚混結(jié)構(gòu)為主，土木結(jié)構(gòu)少數(shù)墻體裂縫，墻皮局部脫落，屋面掉瓦;磚混結(jié)構(gòu)個(gè)別墻體與構(gòu)造柱結(jié)合部位細(xì)裂縫（圖5b），調(diào)查點(diǎn)烈度評(píng)估為Ⅵ度，比儀器烈度低1度。以上3個(gè)臺(tái)站儀器烈度偏高的原因可能受到了局部場(chǎng)地條件的影響，其所處的洱海流域，地層為第四系全新統(tǒng)，

軟土層巖性為砂、礫、粘土、砂質(zhì)粘土、局部夾泥炭（呂洲珩，2020），湖相沉積的軟土具有高壓縮性、高孔隙比，高含水量的特點(diǎn)。軟土場(chǎng)地地震動(dòng)頻率含量豐富，在各個(gè)周期段內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)加速度的放大作用尤為明顯，筆者采用美國(guó)全球vs30模型及相應(yīng)的振幅調(diào)整方法，將臺(tái)站記錄按軟土調(diào)整到硬土，儀器烈度四舍五入取整后得到的烈度均為Ⅵ度，與調(diào)查點(diǎn)烈度相符。

L2906臺(tái)站儀器烈度為IV度。調(diào)查點(diǎn)舊街小組以土木結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)為主，土木結(jié)構(gòu)墻體輕微裂縫（圖5c），磚混結(jié)構(gòu)連接處墻體開裂，裂縫加寬，調(diào)查點(diǎn)烈度評(píng)估為Ⅵ度，比儀器烈度高2度。該臺(tái)站為一般臺(tái)，儀器架設(shè)在鐵塔公司位于山腰的移動(dòng)基站上，該區(qū)域處于順濞河斷裂附近，儀器烈度偏低可能是受局部場(chǎng)地、地形和地質(zhì)條件的影響。筆者采用美國(guó)全球vs30模型及相應(yīng)的振幅調(diào)整方法將臺(tái)站記錄調(diào)整到軟土情況，由于其本身的幅值太小，修正后儀器烈度為Ⅴ度，比調(diào)查點(diǎn)烈度低1度。

4 結(jié)論

本文利用漾濞MS6.4地震獲取的地震動(dòng)記錄，對(duì)儀器烈度與宏觀烈度進(jìn)行比較和分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）本文對(duì)比了漾濞地震儀器烈度圖與宏觀烈度圖，儀器烈度Ⅶ度、Ⅷ度長(zhǎng)軸方向與宏觀烈度長(zhǎng)軸方向相似，且2個(gè)烈度區(qū)基本位于對(duì)應(yīng)的宏觀烈度區(qū)內(nèi)，說明儀器烈度與宏觀烈度在空間分布方面較為相似，在一定程度可宏觀反映該區(qū)域內(nèi)整體震害水平。但二者面積和邊界形狀不同，儀器烈度圖邊界形狀受臺(tái)站地震動(dòng)強(qiáng)度強(qiáng)弱、臺(tái)站數(shù)量的多少以及臺(tái)站分布的均勻度影響呈不規(guī)則狀。

（2）將根據(jù)《中國(guó)地震烈度表》（GB/T 17742—2020）計(jì)算得到的儀器地震烈度與臺(tái)站附近的調(diào)查點(diǎn)實(shí)際烈度對(duì)比，完全吻合的比率為81.25%，偏差±1度以內(nèi)的比率為93.75%，三者吻合性高，表明該儀器烈度計(jì)算方法在云南高原山區(qū)具有較好的適用性。

（3）L0101、53DLY、L0103和L2906這4個(gè)臺(tái)站儀器烈度與調(diào)查點(diǎn)烈度不匹配，一方面由于地震動(dòng)本身復(fù)雜，儀器烈度值除了與儀器安裝方式、儀器頻帶和烈度計(jì)算方法等因素有關(guān)，還受局部場(chǎng)地、地形以及地質(zhì)條件等因素影響。云南臺(tái)網(wǎng)一般臺(tái)架設(shè)于鐵塔公司移動(dòng)基站上，目前缺乏這些基站詳細(xì)的場(chǎng)地資料，建議開展臺(tái)站局部場(chǎng)地和地形調(diào)查，便于計(jì)算儀器烈度時(shí)考慮場(chǎng)地修正。另一方面，宏觀烈度為綜合指標(biāo)，烈度評(píng)定受地震動(dòng)特性、調(diào)查點(diǎn)場(chǎng)地條件、建（筑）構(gòu)物結(jié)構(gòu)類型、調(diào)查人員對(duì)震害特征的認(rèn)識(shí)等因素影響，因此二者存在差異。

本次地震中L2803、L2802、L0104這3個(gè)臺(tái)站附近5 km范圍內(nèi)無調(diào)查點(diǎn)。建議將臺(tái)站附近的建（構(gòu)）筑物納入調(diào)查范圍，通過地震動(dòng)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)資料的積累修正儀器地震記錄與儀器烈度計(jì)算的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，減少儀器烈度與宏觀烈度的離散性，發(fā)揮儀器烈度與宏觀烈度在抗震救災(zāi)中的協(xié)同服務(wù)效能。

參考文獻(xiàn)：

馮蔚，姜立新，楊天青，等.2014.蘆山7.0級(jí)地震強(qiáng)震臺(tái)儀器地震烈度與調(diào)查點(diǎn)烈度的對(duì)比分析[J].地震地質(zhì)，36（1）：222-229.

金星，張紅才，李軍，等.2013.地震儀器烈度標(biāo)準(zhǔn)初步研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，28（5）：2336-2351.

李亮，李山有，紀(jì)忠華，等.2018.儀器烈度計(jì)算方法研究[J].震災(zāi)防御技術(shù)，13（4）：801-809.

呂洲珩.2020.洱海流域地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)研究[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué).

馬鵬舉.2020.儀器地震烈度計(jì)算方法[D].哈爾濱：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所.

孫柏濤，閆佳琦，李山有.2019.宏觀地震烈度發(fā)展與其用途的演變[J].地震工程與工程振動(dòng)，39（2）：1-8.

孫得璋，張仁鵬，孫柏濤.2018.淺談儀器地震烈度在地震烈度評(píng)定中的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，48（S2）：279-283.

田秀豐，張衛(wèi)東，袁潔，等.2020.汶川8.0級(jí)地震儀器地震烈度與宏觀地震烈度對(duì)比分析[J].地震工程學(xué)報(bào)，42（5）：1226-1231.

王玉石，周正華，蘭日清.2010.利用修正譜烈度確定我國(guó)西部地區(qū)儀器烈度的建議方法[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，（S1）：119-128.

徐欽，田秀豐，王維歡，等.2018.2013年甘肅岷縣—漳縣6.6級(jí)地震儀器地震烈度與宏觀調(diào)查烈度比較分析[J].地震工程學(xué)報(bào)，40（2）：124-129.

Wald D J，Quitoriano V，Heaton T H，et al.1999.Relationships between peak ground acceleration，peak ground velocity，and modified mercalli intensity in California[J].Earthquake Spectra，15（3）：557-564.

GB/T 17742—2020，中國(guó)地震烈度表[S].

Comparative Analysis of the Instrumental Seismic Intensity and theMacro-seismic Intensity of the 2021 Yangbi，Yunnan MS6.4 Earthquake

MING Xiaona，CUI Jianwen，YANG Jianqiang，YU Jiang

（Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

According to the China Earthquake Intensity Table，we use the ground motion records of the Yangbi，Yunnan MS6.4 earthquake on May 21，2021 obtained by strong-motion stations to calculate the instrumental seismic intensity.Then we compare the map of instrumental seismic intensity and the map of macro scopic seismic intensity of the Yangbi MS6.4.We find that the two maps have the same highest intensity and the similar long axis of the isoseismal lines，but the area and shape of each intensity zone are different;the consistency of the instrumental intensity at the stations and the intensity on the corresponding survey sites is 81.25%，and the ratio of 1-degree deviation is 93.75%.It can be seen that the instrumental seismic intensity can objectively reflect the actual earthquake damage to some extent.

Keywords：instrumental seismic intensity;macro-scopic seismic intensity;the Yangbi MS6.4 earthquake;ground motion records