2021年云南漾濞MS6.4地震仪器地震烈度与宏观地震烈度对比分析

明小娜 崔建文 杨健强 于江

摘要：利用云南省强震动及地震预警台网获得的漾濞MS6.4地震地震动记录数据，根据《中国地震烈度表》的仪器烈度计算方法，得到各台站的仪器地震烈度。对比分析了漾濞MS6.4地震的仪器烈度图与宏观烈度图的异同，发现二者最高烈度相同、等震线长轴走向相似，但各烈度区面积与形状不相同;对比分析了仪器烈度与调查点的评估烈度的吻合性，发现二者完全吻合的比例为81.25%，偏差±1度的比例为93.75%，说明仪器地震烈度在一定程度上能客观反映实际的震害情况。

关键词：仪器地震烈度;宏观地震烈度;漾濞MS6.4地震;地震动记录

中图分类号：P315.91   文献标识码：A   文章编号：1000-0666（2021）03-0422-07

0 引言

《中国地震烈度表》（GB/T 17742—2020）定义地震烈度为地震引起的地面震动及其影响的强弱程度，该烈度又称为宏观烈度。宏观烈度是由调查人员根据现场建（构）筑物震害、人的感觉和器物反应以及地表破坏综合得出的评估结果，烈度调查工作量大、耗时长。仪器烈度是使用记录到的地震动数据，利用特定滤波器和算法计算出来的烈度值。仪器烈度实际反映的是地震动的强度（孙得璋等，2018），它通过将地震动强度与宏观烈度吻合使地震动能反映震害，以实现对地震影响的快速估计。与宏观烈度相比较，仪器烈度以地震动记录为基础，科学概念和逻辑性清楚，具有客观、产出快速的特点。相关研究表明：仪器烈度对宏观调查时宏观震中位置、震中最大烈度和烈度图长轴方向的确定有重要的参考价值（徐钦等，2013;李亮等，2018;冯蔚等，2014;王玉石等，2010;孙柏涛等，2019;田秀丰等，2020）。由于宏观烈度和仪器烈度都会受诸多因素的影响，往往导致两者之间存在差异，限制了仪器烈度的应用。因此，通过实际地震资料，找出导致两者之间不一致的原因以及可能的解决办法，将有利于提高仪器烈度与宏观烈度的吻合度，更好地发挥二者在地震应急工作中的协同作用。

2021年5月21日21时48分，云南漾濞（25.67°N，99.87°E）发生MS6.4地震。震后，云南强震动及地震预警台网在震中距140 km范围内快速获取了156个台站的地震动记录数据，30 min内生成了仪器烈度图，云南省地震局地震现场工作组历经5天圈定了本次地震的烈度图。本文对比分析了该次地震仪器烈度图与宏观烈度图的异同，探讨了仪器烈度图对震害的反映能力;对比了仪器烈度与调查点烈度的吻合性，检验了《中国地震烈度表》（GB/T 17742—2020）仪器烈度计算方法在云南高原山区地震中的适用性;通过分析仪器烈度与调查点烈度差异的原因，为改善仪器烈度图提供参考。

1 台站获取的记录

漾濞MS6.4地震造成大理州漾濞县、大理市、洱源县、巍山县、云龙县和永平县6个县（市）42个乡镇、2个街道不同程度受灾。震区断裂构造复杂，发育有NW向和NE向两组断裂，地震序列沿维西—乔后断裂西侧呈NW向展布云南省地震局.2021.2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震灾害直接经济损失评估报告.。云南省强震动及烈度速报台网获取了震中距140 km范围内156个台站（图1）的地震动记录，其中包含9个强震台和147个一般站，一般站仪器架于云南铁塔基站上。强震仪记录器数采通道为3通道，采样率为200 sps，频带范围0～80 Hz，烈度计记录器数采通道为3通道，采樣率为100 sps，频带范围DC-40 Hz，各台站获取记录波形完整，震相清晰。震中距为8.6 km的53YBX漾濞强震台记录了本次地震最大加速度为720 Gal（EW向为380 Gal，NS向为720 Gal，UD向为448 Gal），根据记录计算出仪器地震烈度为8.4。

2 仪器地震烈度计算

目前常见的仪器烈度算法有美国ShakeMap仪器烈度计算方法、日本JMA仪器烈度计算方法（马鹏举，2020）、福建仪器烈度计算方法（金星等，2013）、王玉石等（2010）的谱烈度法、袁一凡的模糊方法以及2020年7月颁布实施的《中国地震烈度表》（GB/T 17742—2020）仪器烈度计算方法等。美国ShakeMap系统仪器地震烈度计算方法对获取的地震动记录经场地校正后得到峰值加速度（PGA）、峰值速度（PGV），再利用Wald等（1999）的研究成果计算出烈度值;日本气象厅JMA仪器烈度算法首先将地震记录经预处理、转换到频域、滤波、变换到时间域等中间过程合成加速度，再取持时0.3 s所对应的加速值作为参考加速度a0计算仪器烈度值并取整，最后根据日本仪器烈度与日本气象厅的烈度对应表确定其烈度值（马鹏举，2020）;福建仪器烈度借鉴日本气象厅（JMA）的计算方法，选择持时0.5 s为参考加速度的持时域值（金星等，2013）。本文选取《中国地震烈度表》（GB/T 17742—2020）中规定的仪器烈度计算方法，其具体计算方法为：①基线校正。采用记录时间过程减去地震事件前记录的算术平均值方法对获取的地震动记录进行基线校正处理，事前记录时间长度宜为10 s。②记录转换。将加速度记录转换为速度记录。③数字滤波。对地震动加速度和速度记录的每个分向采用数字滤波器进行0.1～10 Hz的带通滤波，滤波器通带波纹小于0.5 dB，滤波器带外衰减大于12 dB/oct。④记录合成。采用三分向（EW、NS、UD向）计算合成加速度记录a（ti），即式（1），合成速度记录v（ti），即式（2）。⑤采用式（3）和式（4）计算三分向合成地震动参数PGA和PGV。⑥用式（5）和式（6）分别计算加速度峰值对应的仪器地震烈度IA和速度峰值对应的仪器地震烈度IV，并用式（7）计算仪器测定的地震烈度II。笔者运用该方法计算出结果并四舍五入取值，得到了156个台站的仪器地震烈度（图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 仪器烈度与宏观烈度对比分析

3.1 仪器烈度图与宏观烈度图对比分析

笔者以宏观烈度Ⅵ度区内台站仪器烈度值为基础数据，结合烈度衰减关系，绘制出漾濞地震的仪器烈度分布图（图2中红色线条区域），仪器烈度最高为Ⅷ度，Ⅷ度区面积约90 km2，Ⅶ度区面积约365 km2，Ⅵ度区面积约2 900 km2。Ⅶ度、Ⅷ度等震线平滑，长轴趋于北偏西向，Ⅵ度区边界呈不规则状。图2中红色渐变区域为宏观烈度图云南省地震局.2021.2021年漾濞MS6.4地震灾评报告.，烈度最高为Ⅷ度，Ⅷ度区面积约170 km2，Ⅶ度区面积约930 km2，Ⅵ度区面积5 500 km2，等震线长轴呈NNW向。

从仪器烈度图与宏观烈度从叠置图（图2）可以看出，二者最高烈度均为Ⅷ度;仪器烈度Ⅶ度、Ⅷ度等震线长轴与宏观烈度的长轴走向相似，且这2个仪器烈度区基本位于对应的宏观烈度区内;Ⅵ度区仪器烈度与宏观烈度在空间上具有一定的重合率，说明二者在空间分布方面较为

相似，它在一定程度可反映该区域内整体震害水平。仪器烈度边界呈不规则状与台站地震动强度、台站数量以及台站分布的均匀度影响有关;宏观烈度是地震直接损失评估的基础性资料，为便于灾害数据统计计算，通常情况下经过了图形平滑处理，因此边界呈规则形状。假设按照Ⅵ度台站点位的外接矩形绘制内接椭圆，并将其作为仪器烈度图的Ⅵ度区，则仪器烈度图与宏观烈度图空间分布会更吻合。

3.2 仪器烈度与调查点烈度的对比分析

由于云南台网一般站架设于铁塔公司基站上，且部分基站所在位置附近没有居民点，因此，宏观震害调查点与台站往往不重合，为对比分析仪器烈度与调查点烈度，笔者选取台站周围5 km范围内的调查点（表1），对烈度存在差异的站点及其原因展开分析。

台站仪器烈度与调查点烈度对比分析显示，在Ⅵ度区，仪器烈度与调查点烈度吻合的比例为80%，相差-2度的比例为10%（图3a）;在Ⅶ度区，两者吻合的比例为77.78%，相差±1度的比例为22.22%（图3b）;在Ⅷ度区，两者完全吻合（图3c）;总体而言，仪器地震烈度与调查点烈度完全吻合的占比为81.25%，相差±1度以内的占比为93.75%（图3d）。如果仪器地震烈度与调查点烈度相差±1度是可以接受的，说明对于云南高原山区的地震，采用《中国地震烈度表》（GB/T 17742—2020）的地震烈度仪器计算方法是可行的。

L3003台站仪器烈度为Ⅵ度，其附近有两个调查点。距离该台站3.8 km的西山乡团结村狮子头搬迁点土木结构墙体局部倒塌（图4a）、砖木结构部分围护墙体局部倒塌（图4b），多数墙体开裂，屋面梭瓦，个别吊顶大面积脱落，调查点烈度评估为Ⅶ度，比仪器烈度高1度。距离该台站1.7 km的团结村横涧小组土木结构个别墙体开裂，部分墙皮脱落，部分屋面梭瓦（图4c），调查点评估烈度为Ⅵ度，与仪器烈度吻合。这表明台站离调查点越近，二者局部场地越相似，仪器烈度一定程度上可反映该调查点的实际震害。

L0101、53DLY台站位于洱海西南侧，仪器烈度为Ⅶ度。距L0101台站4.1 km的大理市银桥镇马久邑村调查点房屋结构以砖木结构、砖混结构为主，砖木结构部分山墙开裂（图5a），少数倒塌，砖混结构未受损，调查点烈度评估为Ⅵ度，比仪器烈度低1度。L0103台站位于洱海东侧，仪器烈度为Ⅶ度。这一方位的挖色镇大成村房屋结构以土木和砖混结构为主，土木结构少数墙体裂缝，墙皮局部脱落，屋面掉瓦;砖混结构个别墙体与构造柱结合部位细裂缝（图5b），调查点烈度评估为Ⅵ度，比仪器烈度低1度。以上3个台站仪器烈度偏高的原因可能受到了局部场地条件的影响，其所处的洱海流域，地层为第四系全新统，

软土层岩性为砂、砾、粘土、砂质粘土、局部夹泥炭（吕洲珩，2020），湖相沉积的软土具有高压缩性、高孔隙比，高含水量的特点。软土场地地震动频率含量丰富，在各个周期段内对结构加速度的放大作用尤为明显，笔者采用美国全球vs30模型及相应的振幅调整方法，将台站记录按软土调整到硬土，仪器烈度四舍五入取整后得到的烈度均为Ⅵ度，与调查点烈度相符。

L2906台站仪器烈度为IV度。调查点旧街小组以土木结构和砖混结构为主，土木结构墙体轻微裂缝（图5c），砖混结构连接处墙体开裂，裂缝加宽，调查点烈度评估为Ⅵ度，比仪器烈度高2度。该台站为一般台，仪器架设在铁塔公司位于山腰的移动基站上，该区域处于顺濞河断裂附近，仪器烈度偏低可能是受局部场地、地形和地质条件的影响。笔者采用美国全球vs30模型及相应的振幅调整方法将台站记录调整到软土情况，由于其本身的幅值太小，修正后仪器烈度为Ⅴ度，比调查点烈度低1度。

4 结论

本文利用漾濞MS6.4地震获取的地震動记录，对仪器烈度与宏观烈度进行比较和分析，得到以下几点结论：

（1）本文对比了漾濞地震仪器烈度图与宏观烈度图，仪器烈度Ⅶ度、Ⅷ度长轴方向与宏观烈度长轴方向相似，且2个烈度区基本位于对应的宏观烈度区内，说明仪器烈度与宏观烈度在空间分布方面较为相似，在一定程度可宏观反映该区域内整体震害水平。但二者面积和边界形状不同，仪器烈度图边界形状受台站地震动强度强弱、台站数量的多少以及台站分布的均匀度影响呈不规则状。

（2）将根据《中国地震烈度表》（GB/T 17742—2020）计算得到的仪器地震烈度与台站附近的调查点实际烈度对比，完全吻合的比率为81.25%，偏差±1度以内的比率为93.75%，三者吻合性高，表明该仪器烈度计算方法在云南高原山区具有较好的适用性。

（3）L0101、53DLY、L0103和L2906這4个台站仪器烈度与调查点烈度不匹配，一方面由于地震动本身复杂，仪器烈度值除了与仪器安装方式、仪器频带和烈度计算方法等因素有关，还受局部场地、地形以及地质条件等因素影响。云南台网一般台架设于铁塔公司移动基站上，目前缺乏这些基站详细的场地资料，建议开展台站局部场地和地形调查，便于计算仪器烈度时考虑场地修正。另一方面，宏观烈度为综合指标，烈度评定受地震动特性、调查点场地条件、建（筑）构物结构类型、调查人员对震害特征的认识等因素影响，因此二者存在差异。

本次地震中L2803、L2802、L0104这3个台站附近5 km范围内无调查点。建议将台站附近的建（构）筑物纳入调查范围，通过地震动和结构基础资料的积累修正仪器地震记录与仪器烈度计算的统计关系，减少仪器烈度与宏观烈度的离散性，发挥仪器烈度与宏观烈度在抗震救灾中的协同服务效能。

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GB/T 17742—2020，中国地震烈度表[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