前言

俗話說：“外行看熱鬧，內行看門道”。昨天凌晨在云南昭通市永善縣發生了4.7級地震（詳見：RED-ACT: 云南省昭通市永善縣4.7級地震破壞力分析）。雖然這次地震的震級不大，但是這次地震應急分析中的“門道”倒確實頗有值得一提之處。

首先回顧一下這次地震應急的歷程，并感謝中國地震臺網中心為本研究提供數據支持。0516昭通地震發生在凌晨4時33分。我一看震級只有4.7級，基于傳統上“破壞性地震一般大于5級”的經驗，就沒有辛苦研究生們起床動手分析，直到早上8點多，估計大家都開始到崗上班了，才開始干活。結果拿到地震數據后發現居然加速度超過10cm/s2的地震動多達20余條，這大大出乎我們的意料。當然，這一方面充分體現出我國強震臺網建設的最新成果，目前在川滇交界局部，我國的強震臺網密度已經超過了令我們此前羨慕很久的，號稱世界最密集的日本臺網的密度。相信隨著臺網建設水平的提高，未來必將實現覆蓋全國的密集強震臺網，為地震工程和震后應急提供重大支持。當然，伴隨著建設的過程，也必然會存在各種“成長的煩惱”，比如一些臺站的數據格式和傳統格式不一致等等。這個問題導致這次應急耽誤了一些時間。但無論如何，密集的臺站給我們揭開了地震很多有意思的秘密。

一、震級 vs 強震記錄

這次地震的震級雖然只有4.7級，尚未達到經驗里“破壞性地震一般大于5級”的標準，但是實際上還是造成了一定的破壞（圖1）。

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圖1 災區實際震害(CCTV-13新聞頻道, 2019; 新京報網, 2019)

（1）落石（2）土木結構破壞1（3）土木結構破壞2（4）土木結構破壞3（5）土木結構破壞4（6）土木結構破壞5

而強震觀測利用儀器來觀測地震時強地面運動記錄，能為震害的分析與評估提供定量的數據。由于地震記錄是一個隨著時間不斷變化結果，所以，目前大多采用地震記錄的峰值來表征一個地震的強弱。比如，現在地震記錄中最常用的峰值就是峰值加速度PGA或者峰值速度PGV。我國也給出了根據峰值數據確定儀器烈度的方法：

首先根據式(1)、(2)將三個方向的地震動進行合成得到合成地震動的PGA和PGV，接著根據式(3)、(4)和(5)推算得到儀器烈度I、IPGA和IPGV（中國地震局監測預報司, 2015）。

按照以上方法，對本次云南地震四個典型臺站記錄進行了對比分析，臺站PGA及儀器烈度如表1所示。四個臺站地震動反應譜對比如圖2-5所示。本次地震W3006、C2510和W3709等臺站的儀器烈度達到六度，說明本次地震會對這些臺站周邊建筑造成一定的破壞。因此，相較于根據震級的地震破壞力的判定方法，儀器烈度能夠較好地反映本次地震的破壞力，為應急救援提供參考。

表1 典型臺站信息

圖2 W3605臺站記錄反應譜

圖3 W3006臺站記錄反應譜

圖4 C2510臺站記錄反應譜

圖5 W3709臺站記錄反應譜

所以，通過震級大小來估計地震損失，其準確性有較大的不確定性。在具備了密集臺網監測條件的今天，其局限性已經越來越明顯。隨著傳感器價格的下降和通訊技術的提升，發展基于密集強震臺網的震害評估手段顯然是未來的發展趨勢。

二、儀器烈度 vs 抗震彈塑性分析

實測的儀器烈度雖然比通過震級來估算地面運動強度進步了不少，但是它畢竟把一個復雜的地面運動過程簡化成了一個峰值。因此，在某些情況下峰值可能就不能很好的反映世界的真實情況。而彈塑性時程分析把完整的時程記錄輸入到對象結構中，可以更好地考慮地震動的時域、頻域各特性。

基于城市抗震彈塑性分析和實測地面運動的地震破壞力速報系統給出了本次地震下典型單體建筑的響應情況，如表2所示。其中，速報所選的單體結構自振周期如表3所示。可見，3層和6層框架的層間位移角均小于《建筑抗震設計規范》GB 50011—2010規定的彈性層間位移角限值1/550，結構處于完好狀態。這是因為分析所用的典型臺站的地震動記錄主要為短周期分量，0.4 s 以上周期分量很小，而分析所用3層和6層鋼筋混凝土框架的一階周期均大于0.4 s，故此地震動對上述框架的破壞力較弱。從框架結構響應來看，W3709臺站記錄作用下框架結構層間位移角大于W3006臺站，而W3709臺站儀器烈度小于W3006臺站，這說明儀器烈度的大小并不能反映該框架結構響應的大小。

單層未設防砌體的一階周期處于W3006、C2510和W3709臺站反應譜峰值段，因此，W3006、C2510、W3709臺站記錄對單層未設防砌體的破壞較W3605臺站嚴重。總體上，儀器烈度大的臺站記錄對該砌體結構的破壞力更大，但也存在個別情況，如W3709和C2510臺站儀器烈度均為6.1，但W3709記錄作用下砌體結構較C2510臺站更為嚴重，這說明儀器烈度并不能全面地反映不同臺站地震動記錄對該砌體結構破壞力的大小。

表2 結構響應及破壞情況匯總

表3 速報分析所采用結構的自振周期

利用密布強震臺網在震后獲取的實時地震動信息，再結合城市抗震彈塑性分析，就可以得到地震發生后不同地點的建筑破壞情況。本次地震典型臺站地震動作用下建筑的破壞比例如表4所示，其中中等破壞的建筑主要為土木結構，這與實際震害調查結果一致（圖1）。從表4中可知，總體上儀器烈度大的臺站處建筑破壞更為嚴重，但也存在個別異常情況（如W3006臺站儀器烈度更大，但是破壞卻不及W3709臺站），說明儀器烈度并不能全面反映地震對區域建筑的破壞。對于同一臺站，城市抗震彈塑性分析的結果不僅能給出不同破壞狀態建筑的比例，還能給出考慮建筑對加速度的放大效應及人員加速度感受，分析結果較儀器烈度更為豐富。同時，儀器烈度只能考慮地震的作用，不能考慮建筑的抗震能力，而城市抗震彈塑性分析則能很好地考慮建筑的特性。

表4 不同臺站破壞比例與儀器烈度對比

三、RED-ACT的地震滑坡分析

RED-ACT地震速報系統能夠根據實測地震動進行地震滑坡分析，表5給出了不同臺站地震滑坡臨界坡度與儀器烈度對比。根據臨界坡度，就可以對周邊地區的滑坡風險給出較為合理的評估。進一步對比分析可知，儀器烈度大的臺站臨界坡度不一定小，這主要是因為地震滑坡不僅與地震動強度相關，還和地震動的完整時程相關，還與當地的地形及巖土體的力學性質相關。因此，基于密集強震臺網實時記錄的滑坡分析未來將可以提供更加合理的評估結果。

表5 不同臺站地震滑坡臨界坡度與儀器烈度對比

四、結論

我小時候，父母每天都聽天氣預報，但是聽的是南京、合肥的天氣預報。因為當時氣象和通訊技術不夠，只能給出南京、合肥這些省會城市的天氣，進而我們自己再根據南京、合肥的天氣來估計我老家蕪湖的天氣，往往會給出錯誤的天氣預測結果。而現在我們不僅可以給出更細粒度的天氣預報（比如給出各個城區的（比如北京海淀區）的天氣預報），還可以給出更多的天氣預報產品。最典型的例子就是體感溫度：比如刮大風天的零度和不刮風天的零度絕對不是一樣的冷。而之所以有這些進步，就是傳感手段、傳輸手段、分析手段進步的結果。利用現代發達的密集強震傳感網絡，我們希望通過與相關部門共同的努力，為大家提供更好的地震應急分析產出。

最后說一句，在這個強調自主研發的時代，我們掌握著RED-ACT系統的每一行代碼。