2021年云南漾濞MS6.4地震儀器地震烈度與宏觀地震烈度對比分析

明小娜 崔建文 楊健強 于江

摘要：利用云南省強震動及地震預警臺網獲得的漾濞MS6.4地震地震動記錄數據，根據《中國地震烈度表》的儀器烈度計算方法，得到各臺站的儀器地震烈度。對比分析了漾濞MS6.4地震的儀器烈度圖與宏觀烈度圖的異同，發現二者最高烈度相同、等震線長軸走向相似，但各烈度區面積與形狀不相同;對比分析了儀器烈度與調查點的評估烈度的吻合性，發現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際的震害情況。

關鍵詞：儀器地震烈度;宏觀地震烈度;漾濞MS6.4地震;地震動記錄

中圖分類號：P315.91?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2021）03-0422-07

0 引言

《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2020）定義地震烈度為地震引起的地面震動及其影響的強弱程度，該烈度又稱為宏觀烈度。宏觀烈度是由調查人員根據現場建（構）筑物震害、人的感覺和器物反應以及地表破壞綜合得出的評估結果，烈度調查工作量大、耗時長。儀器烈度是使用記錄到的地震動數據，利用特定濾波器和算法計算出來的烈度值。儀器烈度實際反映的是地震動的強度（孫得璋等，2018），它通過將地震動強度與宏觀烈度吻合使地震動能反映震害，以實現對地震影響的快速估計。與宏觀烈度相比較，儀器烈度以地震動記錄為基礎，科學概念和邏輯性清楚，具有客觀、產出快速的特點。相關研究表明：儀器烈度對宏觀調查時宏觀震中位置、震中最大烈度和烈度圖長軸方向的確定有重要的參考價值（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受諸多因素的影響，往往導致兩者之間存在差異，限制了儀器烈度的應用。因此，通過實際地震資料，找出導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，更好地發揮二者在地震應急工作中的協同作用。

2021年5月21日21時48分，云南漾濞（25.67°N，99.87°E）發生MS6.4地震。震后，云南強震動及地震預警臺網在震中距140 km范圍內快速獲取了156個臺站的地震動記錄數據，30 min內生成了儀器烈度圖，云南省地震局地震現場工作組歷經5天圈定了本次地震的烈度圖。本文對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震害的反映能力;對比了儀器烈度與調查點烈度的吻合性，檢驗了《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2020）儀器烈度計算方法在云南高原山區地震中的適用性;通過分析儀器烈度與調查點烈度差異的原因，為改善儀器烈度圖提供參考。

1 臺站獲取的記錄

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個縣（市）42個鄉鎮、2個街道不同程度受災。震區斷裂構造復雜，發育有NW向和NE向兩組斷裂，地震序列沿維西—喬后斷裂西側呈NW向展布云南省地震局.2021.2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震災害直接經濟損失評估報告.。云南省強震動及烈度速報臺網獲取了震中距140 km范圍內156個臺站（圖1）的地震動記錄，其中包含9個強震臺和147個一般站，一般站儀器架于云南鐵塔基站上。強震儀記錄器數采通道為3通道，采樣率為200 sps，頻帶范圍0～80 Hz，烈度計記錄器數采通道為3通道，采樣率為100 sps，頻帶范圍DC-40 Hz，各臺站獲取記錄波形完整，震相清晰。震中距為8.6 km的53YBX漾濞強震臺記錄了本次地震最大加速度為720 Gal（EW向為380 Gal，NS向為720 Gal，UD向為448 Gal），根據記錄計算出儀器地震烈度為8.4。

2 儀器地震烈度計算

目前常見的儀器烈度算法有美國ShakeMap儀器烈度計算方法、日本JMA儀器烈度計算方法（馬鵬舉，2020）、福建儀器烈度計算方法（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月頒布實施的《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2020）儀器烈度計算方法等。美國ShakeMap系統儀器地震烈度計算方法對獲取的地震動記錄經場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預處理、轉換到頻域、濾波、變換到時間域等中間過程合成加速度，再取持時0.3 s所對應的加速值作為參考加速度a0計算儀器烈度值并取整，最后根據日本儀器烈度與日本氣象廳的烈度對應表確定其烈度值（馬鵬舉，2020）;福建儀器烈度借鑒日本氣象廳（JMA）的計算方法，選擇持時0.5 s為參考加速度的持時域值（金星等，2013）。本文選取《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2020）中規定的儀器烈度計算方法，其具體計算方法為：①基線校正。采用記錄時間過程減去地震事件前記錄的算術平均值方法對獲取的地震動記錄進行基線校正處理，事前記錄時間長度宜為10 s。②記錄轉換。將加速度記錄轉換為速度記錄。③數字濾波。對地震動加速度和速度記錄的每個分向采用數字濾波器進行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）計算三分向合成地震動參數PGA和PGV。⑥用式（5）和式（6）分別計算加速度峰值對應的儀器地震烈度IA和速度峰值對應的儀器地震烈度IV，并用式（7）計算儀器測定的地震烈度II。筆者運用該方法計算出結果并四舍五入取值，得到了156個臺站的儀器地震烈度（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比分析

3.1 儀器烈度圖與宏觀烈度圖對比分析

筆者以宏觀烈度Ⅵ度區內臺站儀器烈度值為基礎數據，結合烈度衰減關系，繪制出漾濞地震的儀器烈度分布圖（圖2中紅色線條區域），儀器烈度最高為Ⅷ度，Ⅷ度區面積約90 km2，Ⅶ度區面積約365 km2，Ⅵ度區面積約2 900 km2。Ⅶ度、Ⅷ度等震線平滑，長軸趨于北偏西向，Ⅵ度區邊界呈不規則狀。圖2中紅色漸變區域為宏觀烈度圖云南省地震局.2021.2021年漾濞MS6.4地震災評報告.，烈度最高為Ⅷ度，Ⅷ度區面積約170 km2，Ⅶ度區面積約930 km2，Ⅵ度區面積5 500 km2，等震線長軸呈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度等震線長軸與宏觀烈度的長軸走向相似，且這2個儀器烈度區基本位于對應的宏觀烈度區內;Ⅵ度區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域內整體震害水平。儀器烈度邊界呈不規則狀與臺站地震動強度、臺站數量以及臺站分布的均勻度影響有關;宏觀烈度是地震直接損失評估的基礎性資料，為便于災害數據統計計算，通常情況下經過了圖形平滑處理，因此邊界呈規則形狀。假設按照Ⅵ度臺站點位的外接矩形繪制內接橢圓，并將其作為儀器烈度圖的Ⅵ度區，則儀器烈度圖與宏觀烈度圖空間分布會更吻合。

3.2 儀器烈度與調查點烈度的對比分析

由于云南臺網一般站架設于鐵塔公司基站上，且部分基站所在位置附近沒有居民點，因此，宏觀震害調查點與臺站往往不重合，為對比分析儀器烈度與調查點烈度，筆者選取臺站周圍5 km范圍內的調查點（表1），對烈度存在差異的站點及其原因展開分析。

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

L3003臺站儀器烈度為Ⅵ度，其附近有兩個調查點。距離該臺站3.8 km的西山鄉團結村獅子頭搬遷點土木結構墻體局部倒塌（圖4a）、磚木結構部分圍護墻體局部倒塌（圖4b），多數墻體開裂，屋面梭瓦，個別吊頂大面積脫落，調查點烈度評估為Ⅶ度，比儀器烈度高1度。距離該臺站1.7 km的團結村橫澗小組土木結構個別墻體開裂，部分墻皮脫落，部分屋面梭瓦（圖4c），調查點評估烈度為Ⅵ度，與儀器烈度吻合。這表明臺站離調查點越近，二者局部場地越相似，儀器烈度一定程度上可反映該調查點的實際震害。

L0101、53DLY臺站位于洱海西南側，儀器烈度為Ⅶ度。距L0101臺站4.1 km的大理市銀橋鎮馬久邑村調查點房屋結構以磚木結構、磚混結構為主，磚木結構部分山墻開裂（圖5a），少數倒塌，磚混結構未受損，調查點烈度評估為Ⅵ度，比儀器烈度低1度。L0103臺站位于洱海東側，儀器烈度為Ⅶ度。這一方位的挖色鎮大成村房屋結構以土木和磚混結構為主，土木結構少數墻體裂縫，墻皮局部脫落，屋面掉瓦;磚混結構個別墻體與構造柱結合部位細裂縫（圖5b），調查點烈度評估為Ⅵ度，比儀器烈度低1度。以上3個臺站儀器烈度偏高的原因可能受到了局部場地條件的影響，其所處的洱海流域，地層為第四系全新統，

軟土層巖性為砂、礫、粘土、砂質粘土、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。軟土場地地震動頻率含量豐富，在各個周期段內對結構加速度的放大作用尤為明顯，筆者采用美國全球vs30模型及相應的振幅調整方法，將臺站記錄按軟土調整到硬土，儀器烈度四舍五入取整后得到的烈度均為Ⅵ度，與調查點烈度相符。

L2906臺站儀器烈度為IV度。調查點舊街小組以土木結構和磚混結構為主，土木結構墻體輕微裂縫（圖5c），磚混結構連接處墻體開裂，裂縫加寬，調查點烈度評估為Ⅵ度，比儀器烈度高2度。該臺站為一般臺，儀器架設在鐵塔公司位于山腰的移動基站上，該區域處于順濞河斷裂附近，儀器烈度偏低可能是受局部場地、地形和地質條件的影響。筆者采用美國全球vs30模型及相應的振幅調整方法將臺站記錄調整到軟土情況，由于其本身的幅值太小，修正后儀器烈度為Ⅴ度，比調查點烈度低1度。

4 結論

本文利用漾濞MS6.4地震獲取的地震動記錄，對儀器烈度與宏觀烈度進行比較和分析，得到以下幾點結論：

（1）本文對比了漾濞地震儀器烈度圖與宏觀烈度圖，儀器烈度Ⅶ度、Ⅷ度長軸方向與宏觀烈度長軸方向相似，且2個烈度區基本位于對應的宏觀烈度區內，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域內整體震害水平。但二者面積和邊界形狀不同，儀器烈度圖邊界形狀受臺站地震動強度強弱、臺站數量的多少以及臺站分布的均勻度影響呈不規則狀。

（2）將根據《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2020）計算得到的儀器地震烈度與臺站附近的調查點實際烈度對比，完全吻合的比率為81.25%，偏差±1度以內的比率為93.75%，三者吻合性高，表明該儀器烈度計算方法在云南高原山區具有較好的適用性。

（3）L0101、53DLY、L0103和L2906這4個臺站儀器烈度與調查點烈度不匹配，一方面由于地震動本身復雜，儀器烈度值除了與儀器安裝方式、儀器頻帶和烈度計算方法等因素有關，還受局部場地、地形以及地質條件等因素影響。云南臺網一般臺架設于鐵塔公司移動基站上，目前缺乏這些基站詳細的場地資料，建議開展臺站局部場地和地形調查，便于計算儀器烈度時考慮場地修正。另一方面，宏觀烈度為綜合指標，烈度評定受地震動特性、調查點場地條件、建（筑）構物結構類型、調查人員對震害特征的認識等因素影響，因此二者存在差異。

本次地震中L2803、L2802、L0104這3個臺站附近5 km范圍內無調查點。建議將臺站附近的建（構）筑物納入調查范圍，通過地震動和結構基礎資料的積累修正儀器地震記錄與儀器烈度計算的統計關系，減少儀器烈度與宏觀烈度的離散性，發揮儀器烈度與宏觀烈度在抗震救災中的協同服務效能。

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GB/T 17742—2020，中國地震烈度表[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