四川省北川縣暴雨泥石流的發(fā)育與汶川地震的響應(yīng)特征*

鐵永波，唐川

(1.成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川成都610081;2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059)

一次強(qiáng)烈的地震不僅可以直接觸發(fā)泥石流，而且由于地震引起的大量巖體松動，也會產(chǎn)生許多崩滑體，為泥石流的孕育提供了豐富的物質(zhì)來源，從而使地震后相當(dāng)長時期內(nèi)泥石流都很活躍[1]。從我國泥石流災(zāi)害的空間分布特征上看，泥石流主要集中分布在一些大斷裂、深大斷裂發(fā)育的強(qiáng)震區(qū)河流溝谷兩側(cè)，這些地區(qū)的泥石流具有密度最大、活動最頻繁、危害最嚴(yán)重等特征[2]。

汶川8.0級地震發(fā)生后，震區(qū)內(nèi)因地震誘發(fā)大量的滑坡和崩塌，大量的松散固體物質(zhì)堆積在溝道兩側(cè)山坡或溝道內(nèi)，為泥石流的孕育提供了必要條件。2008年9月24日，僅距汶川大地震后的短短4個多月，極震區(qū)北川縣境內(nèi)普降暴雨，引發(fā)了大范圍泥石流災(zāi)害，造成40余人死亡或失蹤，數(shù)千畝良田及房屋被沖毀和淤埋，其中北川老縣城幾乎全部被泥石流所淤埋，致使縣城多處地震遺址被破壞，造成了不可估量的損失。這次震區(qū)暴發(fā)的泥石流災(zāi)害表明，汶川地震震區(qū)泥石流已進(jìn)入一個新的活躍期，震區(qū)內(nèi)泥石流的活動將會更加頻繁[3－4]。因此，研究汶川震區(qū)泥石流災(zāi)害的發(fā)育與地震的對應(yīng)關(guān)系特征對泥石流災(zāi)害的防治及風(fēng)險(xiǎn)控制有著重要的意義。

1 研究區(qū)概況

四川省綿陽市北川縣屬于典型的山區(qū)，境內(nèi)山高坡陡，地勢狹窄，地質(zhì)環(huán)境及生態(tài)環(huán)境脆弱，為泥石流災(zāi)害的發(fā)育提供了良好的條件，是典型的泥石流易發(fā)區(qū)。區(qū)內(nèi)出露的分布地層有寒武系、志留系、泥盆系、石炭系及新生界第四系松散堆積層。巖石類型包括寒武系的砂巖、砂頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r;志留系的板巖、千枚巖、灰?guī)r;泥盆系和石炭系的碳酸巖鹽;第四系松散堆積層廣泛分布于河流兩側(cè)和山前溝口地帶的階地和洪積扇上。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造以北東走向?yàn)橹鳎軜?gòu)造走向控制，巖層走向亦以北東走向?yàn)橹鳌Ｑ芯繀^(qū)位于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，屬四川區(qū)域著名的鹿頭山暴雨區(qū)，雨量充沛，年均降雨量1 399.1 mm，年最大降雨量2 340 mm，日最大降雨量101 mm，小時最大降雨量42 mm。區(qū)內(nèi)降雨主要集中在6－9月，占全年降雨量83%，空間分布不均，年均降雨量具有從東南向北西逐漸變小的規(guī)律。據(jù)震區(qū)次生地質(zhì)災(zāi)害排查結(jié)果顯示，汶川大地震后，震區(qū)內(nèi)發(fā)育有大量的滑坡、崩塌及不穩(wěn)定斜坡等不良地質(zhì)體形成的大量松散固體物質(zhì)，這些固體物質(zhì)堆積在坡面或溝道內(nèi)，為泥石流的孕育和發(fā)生提供了有利的條件，一旦遭遇暴雨，就容易引發(fā)泥石流。

2 汶川地震與泥石流發(fā)育的響應(yīng)特征

2.1 泥石流發(fā)育數(shù)量與斷層上下盤的對應(yīng)關(guān)系

斷裂帶活動的上下盤與泥石流的發(fā)育有著密切的關(guān)系，許多大斷裂帶和深大斷裂帶附近發(fā)育的河流或溝谷兩側(cè)往往是泥石流集中分布區(qū)[2]。雖然目前沒有較系統(tǒng)的研究成果專門論述泥石流的分布特征與斷裂帶上下盤的關(guān)系，但這種現(xiàn)象在汶川地震后表現(xiàn)得尤為明顯。從斷裂帶的運(yùn)動特征上分析，北川縣境內(nèi)的汶川—映秀斷裂是鮮水河斷裂帶的中央斷裂，受其影響，上盤地表破壞強(qiáng)烈，使得滑坡、崩塌等不良地質(zhì)體較為發(fā)育，并成為泥石流的主要物源，這就必然導(dǎo)致相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的泥石流也較為發(fā)育。根據(jù)前期的研究，北川縣境內(nèi)緊靠映秀—北川斷層西北端的泥石流溝在空間上呈“帶狀”展布，且泥石流溝沿湔江等河流兩岸分布密度也較高，反映出斷層和水系對泥石流空間分布特征的控制性[5]。為直觀地了解北川—映秀斷裂帶上下盤與暴雨泥石流的發(fā)育特征，將兩者在圖上進(jìn)行疊加分析。從圖1中可以看出，在斷裂帶的兩側(cè)，泥石流的發(fā)育數(shù)量和密度也呈顯著的差異，主要體現(xiàn)在泥石流溝集中發(fā)育在北川—映秀斷裂帶的上盤:在72條泥石流溝中，有65條泥石流溝發(fā)育在上盤，占總數(shù)的90%;有4條泥石流溝發(fā)育在下盤，占總數(shù)的5.6%，剩下的3條泥石流溝流域跨過上下盤(圖1)。

圖1 汶川地震烈度與北川縣泥石流發(fā)育數(shù)量關(guān)系圖

2.2 泥石流密度與地震烈度的對應(yīng)關(guān)系

泥石流的發(fā)育密度與發(fā)震時不同的地震烈度區(qū)有著很好的對應(yīng)關(guān)系，并與某具體的地震序列或某一次強(qiáng)震的時空相關(guān)，主要分布在烈度≥Ⅶ度的地區(qū)，這也是泥石流分布密度的突變轉(zhuǎn)折烈度區(qū)[1，6]。根據(jù)1976年四川松潘—平武地震烈度與泥石流的耦合關(guān)系圖可看出，隨地震烈度增大，地震泥石流發(fā)生的條數(shù)增多，密度急劇增加，并在烈度Ⅷ～Ⅸ度之間形成地震泥石流密度分布的突變轉(zhuǎn)折區(qū)，可稱為地震泥石流突增耦合烈度區(qū)[6](圖2)。

圖2 松潘—平武地震烈度與泥石流分布關(guān)系圖[6]

根據(jù)余斌等的研究，汶川地震后岷江上游地震烈度在Ⅶ以下的泥石流溝發(fā)育較少，從Ⅷ度區(qū)開始，泥石流的發(fā)育數(shù)量增多，Ⅹ度及以上地區(qū)影響顯著增加[7]。為驗(yàn)證北川縣境內(nèi)暴雨泥石流的分布是否與地震烈度也呈現(xiàn)這樣的特征，論文將72條泥石流溝與汶川地震的烈度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果顯示，在地震烈度為Ⅹ度以上的地區(qū)，泥石流溝的發(fā)育數(shù)量急劇增加，說明在汶川震區(qū)內(nèi)地震烈度為Ⅹ以上的地區(qū)泥石流較為發(fā)育，這與其它學(xué)者的研究基本一致[8－9](圖3)。

圖3 汶川地震震級與北川縣泥石流發(fā)育密度對應(yīng)關(guān)系圖

根據(jù)地震烈度與泥石流發(fā)育數(shù)量的比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，離地震斷裂帶越遠(yuǎn)，泥石流的發(fā)育密度具有明顯減小的趨勢，這主要是因?yàn)榈卣鹆叶容^大的地區(qū)，泥石流松散物源的匯集程度及匯集量相對較大，泥石流發(fā)育的密度就相對較大，反之則較小。此外，還可以看出，泥石流分布數(shù)量最多的是在Ⅺ度區(qū)(37條)，其次為Ⅷ度區(qū)(15條)，兩個烈度區(qū)泥石流發(fā)育數(shù)量占總數(shù)的72%(表1)。

表1 北川縣泥石流發(fā)育密度與汶川地震烈度對應(yīng)關(guān)系表

從表1可以看出，雖然泥石流溝的發(fā)育數(shù)量與地震烈度沒有明顯的函數(shù)關(guān)系，但泥石流的發(fā)育密度與地震烈度的對應(yīng)關(guān)系較為明顯。但從泥石流發(fā)育的密度上看，Ⅺ度區(qū)泥石流密度最大，Ⅷ度區(qū)泥石流發(fā)育密度最小，泥石流發(fā)育密度隨著地震震級的增大而增加，兩者具有顯著的正相關(guān)關(guān)系(圖2)。

3 結(jié)論

四川省綿陽市北川縣位于汶川大地震發(fā)震的主斷裂區(qū)，地表破裂程度和范圍都較大，大量的滑坡、崩塌等不良地質(zhì)體也隨之發(fā)育，為震區(qū)泥石流的孕育和發(fā)生提供了條件。通過對北川縣境內(nèi)震后發(fā)生的72條暴雨泥石流溝和汶川地震的耦合關(guān)系分析，主要得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)泥石流發(fā)育數(shù)量具有明顯的“上下盤效應(yīng)”。從汶川地震后北川縣暴雨泥石流的發(fā)育數(shù)量和所處斷層上下盤的對應(yīng)關(guān)系分析可以看出，泥石流主要集中發(fā)育在北川—映秀主斷裂帶的上盤(上升盤)，而下盤泥石流的發(fā)育數(shù)量顯著減小。這主要是因?yàn)辇堥T山斷裂帶為左旋逆沖斷層，斷層上盤的逆沖使得地表破裂程度強(qiáng)烈，致使滑坡、崩塌等不良地質(zhì)體發(fā)育，為泥石流的發(fā)育提供了充足的物源條件，致使該區(qū)域內(nèi)泥石流相對下盤較為發(fā)育。

(2)泥石流發(fā)育密度與地震烈度具有明顯的正對應(yīng)關(guān)系。研究區(qū)內(nèi)泥石流主要分布在地震烈度大于Ⅶ度的地區(qū)，且泥石流發(fā)育的密度與地震震級呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性，即泥石流發(fā)育密度隨震級的增加而增大。泥石流發(fā)育密度與震級的正效應(yīng)可以解釋為:離主斷裂越近，震級越大，地震發(fā)生時其地表的震動程度也就越強(qiáng)烈，這就直接導(dǎo)致坡表滑坡、崩塌等不良地質(zhì)體的發(fā)育密度也相應(yīng)增大，最終導(dǎo)致泥石流發(fā)育的密度也較大。雖然泥石流發(fā)育密度與震級烈度呈明顯的正比對應(yīng)關(guān)系，但泥石流發(fā)育的數(shù)量與地震震級卻沒有明顯的函數(shù)關(guān)系，這可能與不同震級區(qū)的巖性特征有很大的關(guān)系。

(3)汶川震區(qū)內(nèi)暴雨泥石流活動將會更頻繁。一次地震將使震區(qū)在未來很長一段時間內(nèi)泥石流都較為活躍，如1847年日本信濃善光寺7.4級地震及1923年關(guān)中7.9級地震發(fā)生后，震區(qū)內(nèi)暴雨泥石流持續(xù)強(qiáng)烈活動數(shù)年;1973年我國爐霍7.6級地震地震、1974年永善—大關(guān)7.1級地震、1976年的松潘—平武7.2級地震以及1996年的麗江7.0級地震，均導(dǎo)致災(zāi)區(qū)在震后很長一段時間內(nèi)泥石流災(zāi)害異?；钴S[10]。從汶川地震后兩個雨季誘發(fā)的暴雨泥石流特征可以看出，震區(qū)已進(jìn)入一個新的泥石流活躍期，在未來很長一段時間內(nèi)，泥石流將成為震區(qū)的主要地質(zhì)災(zāi)害之一，有針對性地對震區(qū)泥石流開展風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)及風(fēng)險(xiǎn)控制對災(zāi)后重建及災(zāi)區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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