烈度速報子系統(tǒng)在2021年云南漾濞MS6.4地震中的應(yīng)用

許亞吉 龐衛(wèi)東

摘要：介紹了烈度速報子系統(tǒng)的產(chǎn)品產(chǎn)出流程、云南地區(qū)臺站接入情況、儀器烈度算法，并以云南漾濞MS6.4地震為例，從烈度速報子系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)、產(chǎn)出情況、儀器烈度與宏觀調(diào)查烈度的對比介紹該系統(tǒng)的應(yīng)用情況。該系統(tǒng)產(chǎn)出的震中附近儀器烈度與宏觀調(diào)查烈度在空間走向上基本吻合，二者在Ⅵ～Ⅷ度區(qū)儀器烈度與宏觀調(diào)查有一定程度的對應(yīng)，但各烈度區(qū)涉及的分布范圍有所不同，儀器烈度能較為客觀地反映震區(qū)災(zāi)害情況。

關(guān)鍵詞：漾濞MS6.4地震;烈度速報子系統(tǒng);儀器烈度

中圖分類號：P315.6?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1000-0666（2021）03-0407-07

0 引言

地震烈度是衡量地震對地表和工程建筑結(jié)構(gòu)的影響和破壞程度的重要參數(shù)，通常由地震工作者在震后數(shù)天通過分析處理實地調(diào)查資料得到。儀器地震烈度是指利用儀器記錄到的地震動觀測數(shù)據(jù)，通過峰值加速度、峰值速度等地震動參數(shù)與地震烈度之間的統(tǒng)計關(guān)系估算出臺站附近的破壞情況，在震后數(shù)分鐘或數(shù)十分鐘便可得到，其快速、直觀的特點有助于抗震救災(zāi)工作的及時展開。

目前國內(nèi)外使用較多的儀器地震烈度算法有：美國Shakemap方法綜合利用加速度峰值、速度峰值計算儀器烈度（Wald et al，1999）;日本氣象廳（JMA）利用儀器記錄到的三分向記錄，經(jīng)傅立葉變換、濾波等方法處理后，合成有效峰值加速度進而計算儀器烈度（Shabestari，Yamazaki，2001;Karim，Yamazaki，2002;解全才等，2020）。袁一凡（1998）提出地震烈度模糊評定方法，綜合利用峰值加速度、傅立葉譜卓越頻率、相對持時（地震動三要素）和相應(yīng)頻率點對應(yīng)的反應(yīng)譜值確定強震臺的儀器烈度。崔建文等（2008）利用隨機有限斷層法合成觀測點的地震動，然后采用模糊評定方法計算各觀測點的儀器烈度。王玉石等（2008）利用譜烈度與地震烈度的相關(guān)性來計算強震動記錄對應(yīng)的儀器烈度。金星等（2013）參考日本氣象廳儀器烈度的算法，充分考慮我國的房屋建筑類型和建筑材料的差異、主要建筑的自振周期，設(shè)計了純幅值的帶通濾波器，用該濾波器對三分量的加速度記錄濾波后合成有效峰值加速度。李亮等（2018）在研究了美國地質(zhì)調(diào)查局和日本氣象廳的儀器烈度算法的基礎(chǔ)上，對地震動數(shù)據(jù)記錄進行濾波處理，之后將三分量的加速度和速度進行合成后的峰值代入經(jīng)驗公式求出儀器烈度值。我國先后頒布實施《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2008）、《地震儀器烈度表》（DB35/T 1308—2012）、《儀器地震烈度計算規(guī)程》（試行）（2015）、《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2020）對地震動記錄的選取、處理、記錄轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、記錄合成、計算合成峰值加速度和峰值速度及儀器烈度的方法做了明確規(guī)定。部分地區(qū)結(jié)合自身實際，又出臺了各自的地方標準，例如福建地區(qū)就有自己的地震儀器烈度表。

日本、美國、中國臺灣等國家和地區(qū)均建設(shè)了地震烈度速報系統(tǒng)或城市地震烈度速報臺網(wǎng)。隨著國家地震烈度速報與預(yù)警工程云南子項目的推進，云南省地震局于2020年7月部署由福建省地震局技術(shù)團隊研發(fā)的預(yù)警項目定制軟件——烈度速報子系統(tǒng)。試運行1年，該系統(tǒng)對責(zé)任區(qū)內(nèi)M≥3.0地震均有響應(yīng)，產(chǎn)出了儀器烈度圖、峰值加速度等值線圖、峰值速度等值線圖等一系列烈度速報產(chǎn)品。本文從烈度速報產(chǎn)品的產(chǎn)出流程、臺站接入情況、儀器烈度算法對該系統(tǒng)進行介紹，并以2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震為例，從烈度速報子系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)、產(chǎn)出情況、儀器烈度與宏觀調(diào)查烈度的對比等方面介紹其實際應(yīng)用情況。

1 地震烈度速報子系統(tǒng)

1.1 烈度速報產(chǎn)品產(chǎn)出流程

烈度速報子系統(tǒng)通過核心處理模塊從數(shù)據(jù)流服務(wù)器接收實時波形數(shù)據(jù)，在接收到來自EQIM平臺的地震三要素信息后進行觸發(fā)計算，得到各觀測臺站儀器烈度數(shù)據(jù)。儀器烈度繪圖服務(wù)接收核心處理程序的計算結(jié)果后，調(diào)用GMT進行繪圖，生成儀器烈度分布圖、峰值加速度等值線圖、峰值速度等值線圖、加速度反應(yīng)譜等值圖等數(shù)據(jù)產(chǎn)品，并通過消息中間件等對外服務(wù)。同時烈度速報客戶端接收計算結(jié)果，在客戶端進行展示。烈度速報產(chǎn)品產(chǎn)出流程如圖1所示。

1.2 臺站接入情況

目前烈度速報子系統(tǒng)接入的云南地區(qū)臺站為測震臺站和預(yù)警一般站，其中測震臺站68個、一般站1 230個，臺站平均臺間距約為15 m，臺站分布如圖2所示。臺站觀測數(shù)據(jù)通過公用網(wǎng)絡(luò)，實時將數(shù)據(jù)傳回中心。測震臺站配備寬頻帶和甚寬頻帶地震儀，記錄數(shù)據(jù)為地震動速度，采樣率為100 sps，使用GPS進行授時。一般站設(shè)備為泰德TMA-33、瑞琪VH-GL-LDY01、港震GL-P2B、臺灣Palert Advance四種烈度儀，主要技術(shù)參數(shù)見表1，其傳感器為微機械加速度傳感器（MEMS加速度傳感器），記錄數(shù)據(jù)為地震動加速度，采樣率為100 sps，使用NTP服務(wù)（網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）進行授時。MEMS加速度傳感器是微電子技術(shù)與微機械工程結(jié)合發(fā)展的一種慣性器件，與傳統(tǒng)加速度計相比體積更小、成本更低，利于大面積布設(shè)。在云南地震局預(yù)警項目攻堅團隊和云南鐵塔公司的共同努力下，云南地區(qū)一般站運行狀態(tài)良好，臺站運行率保持在97%以上，數(shù)據(jù)傳輸延時在2 s以內(nèi)的臺站達到96%以上。

1.3 儀器烈度計算方法

使用臺站實測記錄，在進行基線校正、記錄轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波后，計算合成峰值加速度和合成 峰值速度，根據(jù)儀器烈度計算的國家標準（或地方標準）得到單個測點的儀器烈度值。利用震中附近臺站資料擬合烈度衰減關(guān)系，臺站的選擇遵循以下條件：M<5.5地震選取震中距在100 km內(nèi)臺站，5.5≤M<6.5地震選取震中距150 km內(nèi)臺站，M≥6.5地震選取震中距200 km內(nèi)臺站。利用得到的衰減關(guān)系插值結(jié)合臺站實際烈度得出儀器烈度分布圖（金星等，2010，2013;張紅才，王士成，2008）。臺站對最近的插值網(wǎng)格的權(quán)重影響較大，對于臺站較稀疏的地區(qū)，以衰減關(guān)系為主;對于臺站較密集地區(qū)（平均臺間距在12 km以內(nèi)），使用各測點的儀器烈度已基本可以得到烈度分布情況（王士成等，2017;徐欽等，2019）。單個測點的儀器烈度值在作為輸入數(shù)據(jù)計算震中附近烈度時，需對臺站的可信度做篩選，對可信度較低的臺站采取權(quán)重為零處理。篩選條件為：①利用臺站波形記錄的信噪比和功率譜密度（PSD）對異常臺站進行篩查，剔除信噪比低、功率譜密度曲線異常臺站;②根據(jù)震中附近烈度衰減關(guān)系，用實際計算值與理論計算值做比較，剔除烈度偏差超過2度的臺站。

2 烈度速報子系統(tǒng)在漾濞MS6.4震中的檢驗

2.1 產(chǎn)出情況

2021年5月21日21時48分云南漾濞發(fā)生MS6.4地震，22：00：48系統(tǒng)產(chǎn)出第一張烈度分布圖（圖3a），隨后陸續(xù)產(chǎn)出震中附近儀器烈度分布圖（3b）、峰值加速度等值線圖（圖4a）、峰值速度等值線圖（圖4b）、加速度反應(yīng)譜等值圖（圖5）、2度以上鄉(xiāng)鎮(zhèn)烈度報告、2度以上縣市烈度報告。震后16 min產(chǎn)出所有烈度速報產(chǎn)品。

烈度速報子系統(tǒng)在接收到來自EQIM平臺的地震信息后，選用位于（23.67°～28.17°N、97.37°～102.17°E）范圍內(nèi)的臺站數(shù)據(jù)進行處理，通過上述的篩選方法最終選取476個臺站的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)集。選取震中距在150 km范圍內(nèi)的臺站擬合烈度衰減關(guān)系，根據(jù)得到的衰減關(guān)系插值并結(jié)合臺站實際計算結(jié)果得出儀器烈度分布圖。對于此次地震，由于系統(tǒng)中沒有較為詳細的發(fā)震斷層信息和震源過程信息，故選用基于點源模型的衰減關(guān)系進行插值計算，參照EPRI（2003）推薦的方法將衰減關(guān)系式中的震中距轉(zhuǎn)換為等價斷層距（張紅才，王士成，2016）。地震動峰值（PGA、PGV）等值線圖通過擬合地震動衰減關(guān)系進行插值結(jié)果與臺站實測值得到。目前擬合地震動衰減關(guān)系時，臺站場地均選擇為Ⅰ類場地。后續(xù)隨著軟件本地化——臺站場地效應(yīng)工作的持續(xù)開展，場地條件將按照臺站實際場地選擇。

此次地震最高儀器烈度為Ⅷ度，主要涉及漾濞縣蒼山西鎮(zhèn)、太平鄉(xiāng)2個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）。儀器烈度Ⅶ度區(qū)主要涉及漾濞縣漾江鎮(zhèn)、瓦廠鄉(xiāng)、平坡鎮(zhèn)、龍?zhí)多l(xiāng)、富恒鄉(xiāng)、順濞鎮(zhèn)，永平縣北斗彝族鄉(xiāng)，巍山縣紫金鄉(xiāng)以及大理市太邑鄉(xiāng)9個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）。儀器烈度Ⅵ度區(qū)主要涉及漾濞縣、洱源縣、永平縣、彌渡縣、巍山縣、賓川縣、大理市、云龍縣、保山隆陽區(qū)、昌寧縣的42個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）。

2.2 儀器烈度與宏觀調(diào)查烈度對比

圖6為云南省地震局現(xiàn)場工作隊通過宏觀調(diào)查繪制的漾濞MS6.4地震烈度分布圖。地震烈度Ⅷ度區(qū)主要涉及漾濞縣蒼山西鎮(zhèn)、漾江鎮(zhèn)、太平鄉(xiāng)3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。地震烈度Ⅶ度區(qū)主要涉及漾濞縣蒼山西鎮(zhèn)、漾江鎮(zhèn)、富恒鄉(xiāng)、太平鄉(xiāng)、順濞鎮(zhèn)、平坡鎮(zhèn)，云龍縣團結(jié)鄉(xiāng)，洱源縣西山鄉(xiāng)、煉鐵鄉(xiāng)，巍山縣紫金鄉(xiāng)和大理市太邑鄉(xiāng)等11個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）。Ⅵ度區(qū)主要涉及漾濞縣、洱源縣、云龍縣、永平縣、巍山縣、大理市的42個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）和2個街道辦事處。圖3b震中附近儀器烈度在空間上呈北西向分布，與宏觀調(diào)查烈度走向基本吻合。儀器烈度分區(qū)與各宏觀調(diào)查烈度分區(qū)具有一定程度的對應(yīng)關(guān)系，但在面積和分布范圍上有所不同。這主要是因為儀器烈度計算的是地震動的物理參數(shù)，直接由臺站的實測記錄計算得到;宏觀調(diào)查烈度是通過房屋破壞程度等受災(zāi)情況得到，受地震動強度、房屋結(jié)構(gòu)等因素影響，故二者不可能完全一致。

表2給出了位于宏觀烈度Ⅵ度區(qū)以上的28個臺站記錄的儀器烈度。將各臺站儀器烈度與宏觀調(diào)查烈度進行對比可以看出，Ⅵ度區(qū)內(nèi)儀器烈度值具有一定的離散性，與宏觀調(diào)查烈度值偏差在±1度以內(nèi)的占66.7%，Ⅶ～Ⅷ度區(qū)內(nèi)儀器烈度值與宏觀調(diào)查烈度值偏差均在±1度以內(nèi)。如果儀器烈度值與宏觀調(diào)查烈度值偏差在±1度以內(nèi)是可接受的，對儀器烈度值四舍五入取整后，二者有一定程度的對應(yīng)，能較為客觀地反映震區(qū)災(zāi)害情況。

3 結(jié)論

預(yù)警工程定制軟件——烈度速報子系統(tǒng)在云南部署近一年時間，對責(zé)任區(qū)內(nèi)M≥3.0地震均有響應(yīng)。通過漾濞MS6.4地震，該系統(tǒng)經(jīng)受了一次很好的實戰(zhàn)檢驗。本文從輸入數(shù)據(jù)、烈度速報產(chǎn)出情況、儀器烈度與宏觀調(diào)查烈度的對比情況詳細介紹了烈度速報子系統(tǒng)在此次地震的應(yīng)用。該系統(tǒng)在震后16 min快速產(chǎn)出了烈度速報產(chǎn)品。對比儀器烈度與宏觀調(diào)查烈度發(fā)現(xiàn)震中附近二者在空間走向上基本吻合，在Ⅵ～Ⅷ度區(qū)有一定程度的對應(yīng)，但涉及的面積和分布范圍有所不同?？傮w上看，儀器烈度能較為客觀地反映震區(qū)災(zāi)害情況。該系統(tǒng)產(chǎn)出的結(jié)果在地震應(yīng)急初期可為抗震救援決策提供一定程度的科學(xué)依據(jù)，對地震現(xiàn)場工作隊開展現(xiàn)場災(zāi)害調(diào)查有一定程度的指導(dǎo)意義。從圖件的實用性上來看，該系統(tǒng)產(chǎn)出的震中附近烈度分布圖未能包含震中附近全部Ⅵ區(qū)，圖幅自適應(yīng)方面還有進一步優(yōu)化的空間。

感謝國家地震烈度速報與預(yù)警工程云南子項目攻堅團隊、云南省地震局漾濞地震現(xiàn)場工作隊及福建省地震局王士成在本文成稿過程中給予的幫助。兩位審稿專家對本文的完善提出了非常寶貴的意見，在此一并表示感謝。

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Application of the Rapid Intensity Reporting Subsystemto the 2021 Yangbi，Yunnan MS6.4 Earthquake

XU Yaji，PANG Weidong

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

Abstract

In this paper，we firstly introduced the Rapid Intensity Reporting Subsystem about its products output process，linked-up stations and algorithm of the instrumental intensity.Then we described the subsystem about its data input，intensity output，and the comparison between the instrumental intensity and the macroscopic intensity when the subsystem is used to handle the MS6.4 earthquake.We found that the spatial trend of the instrumental intensity was roughly consistent with the macroscopic intensity in the vicinity of the epicenter.The instrumental intensity and the macroscopic intensity in Ⅵ-Ⅷ areas to some extent corresponded to each other.In general，the instrumental intensity objectively reflected the damage in the disaster area.

Keywords：the Yangbi MS6.4 earthquake;the Rapid Intensity Reporting Subsystem;instrumental intensity