“4·20”蘆山地震地質(zhì)災(zāi)害遙感快速解譯與空間分析

常 鳴，唐 川，李為樂，張丹丹，賈 濤，馬國超，周志遠(yuǎn)

（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（成都理工大學(xué)），成都610059）

四川省雅安市蘆山縣于北京時(shí)間2013年4月20日8時(shí)2分發(fā)生7.0級(jí)地震（簡(jiǎn)稱“4·20”蘆山地震），震中位于北緯30.3°、東經(jīng)103.0°，震源深度13km。截至25日12時(shí)，“4·20”蘆山地震已造成196人遇難、21人失蹤、11 470人受傷，其中重傷995人，全省大約200余萬人受到此次地震影響。為快速查明蘆山地震地質(zhì)災(zāi)害分布及其損失，幫助抗震救災(zāi)工作有序開展，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)室第一時(shí)間收集到了由四川省測(cè)繪地理信息局和四川省地質(zhì)調(diào)查院提供的蘆山縣城、太平鎮(zhèn)、寶盛鄉(xiāng)、龍門鄉(xiāng)、清仁鄉(xiāng)、上里鎮(zhèn)、思延鄉(xiāng)等重災(zāi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的震后高精度航空影像，并對(duì)地震觸發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了應(yīng)急解譯和分析。

為了進(jìn)一步分析這些地震重災(zāi)城鎮(zhèn)崩塌滑坡的基本特征，本文重點(diǎn)利用ARCGIS空間分析方法，研究了地震誘發(fā)崩塌滑坡的空間分布與相關(guān)影響因子的關(guān)系，重點(diǎn)分析了影響地質(zhì)災(zāi)害分布的地形坡度、海拔高度、地層巖性、到發(fā)震斷層的距離、到水系的距離共5個(gè)因子。這些因子能夠反映地質(zhì)災(zāi)害分布的基本特征[1，2]，通過對(duì)地震重災(zāi)城鎮(zhèn)崩塌滑坡分布特征的分析，尤其是與影響因子的關(guān)系研究，為今后震區(qū)恢復(fù)重建和減災(zāi)防災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)[3，4]。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)位置及蘆山地震烈度圖Fig.1 Location of the study area and seismic intensity of the Lushan earthquake

研究區(qū)地處四川盆地西緣與青藏高原的交接地帶，龍門山前緣構(gòu)造帶的南端，總體上北面地勢(shì)高于南面，由西北向東南傾斜的山地組成，河谷深切，地形起伏大，最高點(diǎn)海拔高度3 300m，最低點(diǎn)海拔高度367m，最大相對(duì)高差為2 933m。區(qū)內(nèi)以山地為主要地貌類型，中高山面積占總面積的94%，低山、河谷及盆地占6%。研究區(qū)內(nèi)出露的地層巖性主要為泥巖、砂巖、礫巖，灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、斜長(zhǎng)角閃巖等也有分布。由于龍門山北東向構(gòu)造帶作用強(qiáng)烈，致使區(qū)內(nèi)構(gòu)造表現(xiàn)為北東向，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致巖體破碎，為泥石流崩塌滑坡的形成提供了非常有利的條件。本次地震的最大烈度為Ⅸ度，等震線長(zhǎng)軸呈北東向分布，≥Ⅵ度區(qū)總面積約為18 682km2。Ⅸ度區(qū)包含研究區(qū)內(nèi)的太平鎮(zhèn)、寶盛鄉(xiāng)、蘆陽鎮(zhèn)（圖1）。

研究區(qū)內(nèi)氣候類型屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，降雨相對(duì)集中，多年平均氣溫15.2℃，月平均氣溫最高為24.2℃，最低為5.0℃。前期觀察發(fā)現(xiàn)降雨對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和復(fù)活有著直接的影響，特別是滑坡、泥石流的發(fā)生與暴雨強(qiáng)度有密切聯(lián)系[5，6]。研究區(qū)降雨在7～8月份最為集中（圖2）。

圖2 研究區(qū)多年降雨分布圖Fig.2 Mean monthly precipitation in study area

2 崩塌滑坡分布特征

根據(jù)震后四川省測(cè)繪地理信息局和四川省地質(zhì)調(diào)查院提供的蘆山震中區(qū)分辨率為0.5m的航片，并結(jié)合野外現(xiàn)場(chǎng)勘查，對(duì)地震誘發(fā)的崩塌滑坡進(jìn)行解譯和分析，解譯結(jié)果見圖3和圖4。共解譯出崩塌滑坡703處，災(zāi)害總面積約1.2km2。研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)航片范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害分布特征見表1。作者利用在同一分級(jí)條件下，崩滑體的面積占研究區(qū)面積的比例，即崩滑體密度來分析研究區(qū)崩塌滑坡的分布特征和規(guī)律。

2.1 次生地質(zhì)災(zāi)害與高程的關(guān)系

利用ARCGIS空間分析功能將解譯的崩塌滑坡圖層與DEM進(jìn)行疊加分析（圖5）。研究區(qū)范圍內(nèi)崩塌滑坡分布于海拔高度0.5～2km的范圍內(nèi)，崩塌滑坡面積主要集中在海拔高度為1～1.5km的范圍（表2）。此結(jié)果驗(yàn)證了在地震重災(zāi)區(qū)崩塌滑坡分布的規(guī)律[7]，在海拔高度較高的1～1.5km區(qū)域，崩塌滑坡分布比較明顯。這一范圍內(nèi)崩滑體密度最高，原因是受地震自然條件影響，促使巖體自身應(yīng)力集中釋放，海拔高度較高的崩塌滑坡能夠?qū)⒐逃械闹亓?shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，直接促使崩滑體的發(fā)生。但是如果高度一直增加，崩塌滑坡的相對(duì)數(shù)量將會(huì)減少。由于研究區(qū)的地勢(shì)相對(duì)平緩，所以在0.5～1km內(nèi)的崩滑體也大量分布。

表1 研究區(qū)蘆山地震誘發(fā)崩塌滑坡體分布特征Table1 Distribution of landslides induced by the Lushan earthquake in study area

圖3 蘆山縣寶盛鄉(xiāng)地質(zhì)災(zāi)害解譯圖Fig.3 Interpretation of geohazards induced by the earthquake in Baosheng village

圖4 蘆山縣龍門鄉(xiāng)地質(zhì)災(zāi)害解譯圖Fig.4 Interpretation of geohazards induced by the earthquake in Longmen village

圖5 崩滑體在不同海拔高度上的分布Fig.5 Distribution of landslides at different elevations above sea－level

2.2 次生地質(zhì)災(zāi)害與地形坡度的關(guān)系

通常狀況下斜坡的坡度從幾何特征上決定了滑坡是否發(fā)生，它反映的是地表面位于該地點(diǎn)的傾斜程度[8]。作者統(tǒng)計(jì)了崩滑體在不同坡度上的分級(jí)（表3），根據(jù)分布范圍繪制了坡度分級(jí)圖（圖6）。發(fā)現(xiàn)研究區(qū)在重災(zāi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)場(chǎng)鎮(zhèn)的崩滑體主要分布在坡度為30°～50°的范圍，尤其是40°～50°斜坡上崩滑體密度最高。

表2 崩塌滑坡分布與海拔高度的關(guān)系Table2 Relationship between the distribution of landslides and the elevations above sea－level

表3 崩塌滑坡分布與坡度的關(guān)系Table3 Relationship between the distribution of landslides and slope gradients

2.3 次生地質(zhì)災(zāi)害與到發(fā)震斷層距離的關(guān)系

研究區(qū)位于康滇南北構(gòu)造帶、龍門山推覆構(gòu)造帶及四川盆地相結(jié)合部位的北東側(cè)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的主體為褶皺構(gòu)造；斷裂構(gòu)造也較為發(fā)育，且比較復(fù)雜。此次地震主要發(fā)生在龍門山地震斷裂帶南段，屬于上沖型，即斷層上盤相對(duì)下盤向上運(yùn)動(dòng)。對(duì)發(fā)震斷層進(jìn)行緩沖區(qū)分析后得到研究區(qū)崩滑體如表4。

表4 崩塌滑坡分布與到斷裂帶距離的關(guān)系Table4 Relationship between the distribution of landslides and the distance from the seismogenic fault

圖6 研究區(qū)崩滑體在不同坡度上的分布Fig.6 Distribution of landslides atdifferent slope gradients

對(duì)研究區(qū)發(fā)震主斷層進(jìn)行緩沖區(qū)分析（圖7），發(fā)現(xiàn)崩塌滑坡主要位于距離發(fā)震斷層0～6 km的范圍內(nèi)，而且在距離發(fā)震斷層0～3km范圍內(nèi)崩滑體密度最大；在15～19km有支斷層的存在，同樣崩滑體密度較高：與汶川地震后李為樂統(tǒng)計(jì)綿遠(yuǎn)河流域崩塌滑坡特征是吻合的[9]，基本符合唐春安利用數(shù)值方法得到崩塌滑坡更加容易發(fā)生在背向震源情況[10]。隨著與斷層的距離加大，崩滑體密度逐步減小，相對(duì)比例下降。

2.4 次生地質(zhì)災(zāi)害與地層巖性的關(guān)系

通過對(duì)研究區(qū)重點(diǎn)城鎮(zhèn)地層巖性的分析，發(fā)現(xiàn)有5個(gè)地質(zhì)年代的地層在研究區(qū)出露（表5）。其中導(dǎo)致崩塌滑坡分布廣泛的地層是白堊系、三疊系，占崩滑體總面積的77.64%，而且在這2個(gè)時(shí)代的地層巖性中崩滑體的密度比最高。一般在河谷及溝道地帶是由第四紀(jì)黏土和卵石組成。本文主要崩塌滑坡的數(shù)量，在第四系上分布很少。這與唐川通過對(duì)綿遠(yuǎn)河流域研究得到第四系主要分布河流階地和堆積扇的結(jié)論相一致[12]。白堊系巖性主要為泥巖、砂巖，發(fā)育其中的崩滑體面積約占總面積的56.29%。三疊紀(jì)巖性主要為白云巖、泥巖，發(fā)育其中的崩滑體面積約為0.25km2，約占總面積的21.35%。崩滑體密度最大，說明在這個(gè)地層中最容易產(chǎn)生垮塌。古近系巖性主要為泥巖，崩滑體面積約占總面積的19.75%。泥巖是研究區(qū)主要分布的巖性，它是由黏土礦物組成的巖石，組成結(jié)構(gòu)非常有利于小型崩滑體的產(chǎn)生（圖8）。

表5 崩塌滑坡分布與地層巖性的關(guān)系Table5 Relationship between the distribution of landslides and lithology

2.5 次生地質(zhì)災(zāi)害與河流分布的關(guān)系

通常說來，水系的河谷地帶比較寬廣，一般都有大量民房和工廠存在，分析崩滑體與距離河流的關(guān)系可為震后居民的安置提供合理的建議，也為將來災(zāi)后重建提供安全地址。對(duì)研究區(qū)重災(zāi)城鎮(zhèn)的崩滑體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)崩滑體大量集中分布在距離水系400m以內(nèi)的地方（表6）。此范圍占崩滑體總面積的57.47%，說明崩滑體數(shù)量較多，造成的威脅比較嚴(yán)重；但由于此范圍的面積很大，因此崩滑體的密度相對(duì)不高。而在1.2～1.4km范圍內(nèi)崩滑體數(shù)量較少，但是密度很大，說明這一區(qū)域極易產(chǎn)生崩塌滑坡，需要重點(diǎn)排查（圖9）。在靠近水系的地方崩滑體數(shù)量偏多，災(zāi)后重建的過程中必須考慮到適當(dāng)?shù)陌踩嚯x，如果要建立安置房，必須加強(qiáng)對(duì)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

圖8 崩滑體在不同地層巖性上的分布Fig.8 Distribution of landslides over different lithologies

表6 崩塌滑坡分布與到水系距離的關(guān)系Table6 Relationship between the distribution of landslides and the distances from the river

圖9 崩滑體在距水系不同距離上的分布Fig.9 Distribution of landslides at different distances from the river

3 結(jié)論

本文根據(jù)四川省測(cè)繪地理信息局和四川省地質(zhì)調(diào)查院提供的蘆山縣城、太平鎮(zhèn)、寶盛鄉(xiāng)、龍門鄉(xiāng)、清仁鄉(xiāng)、上里鎮(zhèn)、思延鄉(xiāng)等重災(zāi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的震后高精度航空影像進(jìn)行了應(yīng)急解譯和分析，通過對(duì)數(shù)據(jù)的解譯和分析得出以下結(jié)論：

a.“4·20”蘆山地震過后，研究區(qū)崩塌滑坡大量產(chǎn)生，主要以小型淺層崩滑體為主。崩滑體主要集中在海拔高度為1.0～1.5km的范圍；在坡度為40°～50°內(nèi)崩滑體密度比最高。

b.研究區(qū)崩塌滑坡在距離發(fā)震斷層0～3km的范圍內(nèi)密度最高，并且越靠近發(fā)震斷層其面積密度越高。崩滑體在距離水系400m以內(nèi)數(shù)量較多；1.2～1.4km范圍內(nèi)崩滑體面積密度最大，說明該區(qū)域極易產(chǎn)生崩滑體，需要重點(diǎn)排查。

c.研究區(qū)內(nèi)有5個(gè)地質(zhì)年代的地層出露，其中導(dǎo)致崩滑坡體分布廣泛的地層是白堊系、三疊系，巖性主要為泥巖。在這些地層巖性中崩滑體分布密度比例最高，在地震作用下，極易產(chǎn)生崩滑體。

本文共探討了“4·20”蘆山地震的崩塌滑坡特征，探討它們?cè)?個(gè)因子上的特征，初步分析了崩塌滑坡與這些因子的關(guān)系，但是具體的關(guān)聯(lián)和內(nèi)在深層次的轉(zhuǎn)化規(guī)律還需要更加深入的研究。

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