汶川8.0級(jí)地震震后泥石流空間分布和控制因素分析*

李?yuàn)^生，李 勇，趙國(guó)華，顏照坤，鄭立龍，李敬波，王世元，閆 亮，張 威，馬 超

（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都610059；2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059；3.四川省地震局，四川成都610041）

汶川8.0級(jí)地震震后泥石流空間分布和控制因素分析*

李?yuàn)^生1，2，李 勇1，2，趙國(guó)華1，2，顏照坤1，2，鄭立龍1，2，李敬波1，2，王世元3，閆 亮1，2，張 威3，馬 超3

（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都610059；2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610059；3.四川省地震局，四川成都610041）

基于對(duì)汶川8.0級(jí)地震同震地質(zhì)災(zāi)害和震后5年來(lái)龍門(mén)山中北段地質(zhì)災(zāi)害空間分布的刻畫(huà)，對(duì)震后泥石流災(zāi)害空間分布及其控制因素進(jìn)行分析，獲得以下認(rèn)識(shí)：震后泥石流集中分布在北川－映秀斷裂上盤(pán)10 km范圍以?xún)?nèi)，相對(duì)于同震崩塌、滑坡具有更明顯的上盤(pán)效應(yīng)。震后泥石流的空間分布主要受松散堆積物分布范圍、地形地貌、巖性、降水等多種因素控制。其中同震崩塌、滑坡松散堆積物為震后泥石流的發(fā)生提供了重要的物質(zhì)來(lái)源；地形地貌是控制震后泥石流發(fā)生的重要影響因素，為泥石流提供了勢(shì)能和啟動(dòng)的空間條件；震后泥石流集中發(fā)生在前震旦系彭灌雜巖和古生界粉砂巖、砂巖等巖性分布區(qū)；降水是導(dǎo)致震后泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的直接誘發(fā)因素。

汶川地震；震后；泥石流；空間分布；控制因素

2008年5月12日14：28汶川8.0級(jí)強(qiáng)烈地震觸發(fā)了大量的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，其數(shù)量之多、分布之廣、類(lèi)型之復(fù)雜、破壞之巨大，舉世罕見(jiàn)［1－3］。汶川地震以及震后次生地質(zhì)災(zāi)害形成的大量松散堆積物仍然堆積在山谷中，為震后泥石流地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了物質(zhì)條件。國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)不同區(qū)域或從不同角度對(duì)汶川地震震后泥石流進(jìn)行了探討，取得了一些重要的認(rèn)識(shí)［4－8］。本文通過(guò)對(duì)同震地質(zhì)災(zāi)害和震后泥石流的野外考察，結(jié)合宏觀分析和微觀分析，通過(guò)對(duì)研究區(qū)同震地質(zhì)災(zāi)害的空間分布以及研究區(qū)地形地貌、巖性特征、降水特征等因素的分析，探討汶川地震震后泥石流的空間分布及其控制因素，希望能為震后泥石流災(zāi)害的預(yù)測(cè)和防治提供借鑒和參考。

1 研究區(qū)概況

龍門(mén)山?jīng)_斷帶處于揚(yáng)子地臺(tái)和松潘－甘孜褶皺帶的分界線上［9］。龍門(mén)山自西向東發(fā)育有茂縣－汶川斷裂（后山斷裂）、北川－映秀斷裂（中央斷裂）和彭灌斷裂（前山斷裂）。龍門(mén)山的最高峰九頂山4 984 m，而山前的成都盆地海拔高程僅為450～710 m，地形陡度變化的寬度僅為15～20 km，顯示了該區(qū)域?yàn)榍嗖馗咴吘壣矫}中陡度變化最大的地區(qū)（圖1）［10］。

圖1 龍門(mén)山及鄰區(qū)地貌特征圖

2 同震崩塌、滑坡的空間分布

汶川地震發(fā)生后，我們多次到地震災(zāi)區(qū)進(jìn)行野外實(shí)地考察和觀測(cè)，獲得了崩塌、滑坡的密度分布圖（圖2）。發(fā)現(xiàn)汶川地震同震地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型以崩塌、滑坡為主，主要發(fā)生在彭灌斷裂與茂縣－汶川斷裂之間，并且具有明顯的上盤(pán)效應(yīng)，即在主干發(fā)震斷裂（北川－映秀斷裂）上盤(pán)發(fā)育更多的同震地質(zhì)災(zāi)害（圖2）。

3 震后泥石流的空間分布

同震崩塌、滑坡松散堆積物為震后泥石流的發(fā)生提供了重要的物質(zhì)來(lái)源［11］，因此震后泥石流的空間分布也主要受同震崩塌、滑坡松散堆積物分布范圍的影響，但是根據(jù)對(duì)震后32個(gè)泥石流的野外考察（圖3），可以發(fā)現(xiàn)震后泥石流分布區(qū)與同震崩塌、滑坡松散堆積物分布區(qū)有一定的差異性：震后泥石流集中分布在北川－映秀斷裂上盤(pán)10 km范圍以?xún)?nèi)，相對(duì)于同震崩塌、滑坡具有更明顯的上盤(pán)效應(yīng)。

我們對(duì)7個(gè)較為典型的震后泥石流進(jìn)行資料收集和實(shí)地勘測(cè)，統(tǒng)計(jì)出該7個(gè)泥石流溝谷的同震滑坡量、泥石流輸出量，并根據(jù)這兩個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算出本次泥石流輸出量占溝谷中滑坡量的百分比，即輸出率。對(duì)輸出率的統(tǒng)計(jì)將對(duì)以后泥石流的預(yù)測(cè)提供重要的參考，并隨著統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的完善，可以預(yù)測(cè)地震對(duì)該地區(qū)泥石流災(zāi)害持續(xù)影響的時(shí)間（表1）。

圖3 汶川地震震后泥石流控制因素分析

4 震后泥石流的控制因素分析

本次重點(diǎn)對(duì)汶川地震同震滑坡區(qū)地形地貌、降水分布特征、巖性差異性等因素進(jìn)行分析，研究其對(duì)震后泥石流災(zāi)害的控制作用。

4.1 地形地貌對(duì)震后泥石流的控制作用

本文利用ArcGIS10.0軟件，基于DEM數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)多次選取柵格窗口計(jì)算窗口內(nèi)地面坡度的平均值，獲得研究區(qū)平均坡度區(qū)間為0～74.7°的坡度分布圖（圖4），并將平均坡度范圍分為四個(gè)等級(jí)，獲得平均坡度為0～10°、10°～21°、21°～35°和35°～74.7°四個(gè)坡度區(qū)間的分布范圍圖（圖4）。通過(guò)對(duì)震后32個(gè)較為典型泥石流的野外考察，確定這些泥石流的坐標(biāo)，進(jìn)而可以獲得其所處的宏觀地形環(huán)境。通過(guò)對(duì)研究區(qū)平均坡度分布圖的分析可知，震后泥石流多發(fā)生在前山帶，平均坡度一般在20°以上。另外，通過(guò)對(duì)7個(gè)震后泥石流的詳細(xì)考察，發(fā)現(xiàn)這7條溝的相對(duì)高度均超過(guò)1 000 m，平均坡度一般為30°～45°。我們認(rèn)為較大的地形高差可以給予同震滑坡堆積物更高的勢(shì)能，而較大的坡度可以使靜態(tài)的同震滑坡堆積物更容易向下運(yùn)動(dòng)，形成泥石流。

因此，地形地貌是控制震后泥石流發(fā)生的重要影響因素，為泥石流提供了勢(shì)能和啟動(dòng)的空間條件。另外，對(duì)于這種松散堆積物（并不限于同震崩塌、滑坡堆積物）較多、相對(duì)高度較大、坡度較大的溝谷，我們今后需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

表1 一致性檢驗(yàn)及均一性檢驗(yàn)結(jié)果

表2 汶川地震震后泥石流控制因素分析

圖4 汶川地震滑坡區(qū)平均坡度分布圖

4.2 巖性對(duì)震后泥石流的控制作用

巖性對(duì)泥石流的發(fā)生也具有一定的影響［19］。針對(duì)本文所涉及的研究區(qū)，我們通過(guò)對(duì)震后泥石流的野外考察確定其巖性，從圖5可以看出，震后泥石流集中發(fā)生在前震旦系彭灌雜巖和古生界粉砂巖、砂巖等巖性分布區(qū)，說(shuō)明二者具有很好的相關(guān)性，這表明巖性對(duì)震后泥石流也具有一定的控制作用。因此，在前震旦系彭灌雜巖和古生界粉砂巖、砂巖等巖性分布區(qū)是發(fā)生泥石流的高危區(qū)，需重點(diǎn)關(guān)注。

圖5 汶川地震滑坡區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

4.3 降水對(duì)震后泥石流的控制作用

降水是震后泥石流發(fā)生的直接誘發(fā)因素［11］，但是究竟什么樣的降水強(qiáng)度可以誘發(fā)泥石流呢？我們通過(guò)對(duì)研究區(qū)宏觀年平均降水量分布圖和典型泥石流小時(shí)降雨量的分析來(lái)回答這一問(wèn)題。

首先，通過(guò)對(duì)較為典型的32個(gè)震后泥石流在年平均降水量分布圖（圖6）中的位置進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)震后泥石流多發(fā)生在年平均降水量大于1 400 mm的地區(qū)，特別是在清平至映秀一帶，震后泥石流恰好集中分布在年平均降水量1 400～1 800 mm之間。表明在松散堆積物和地形地貌相似的地區(qū)，年平均降水量大于1 400mm的地區(qū)將是震后泥石流發(fā)生的高危區(qū)，需重點(diǎn)關(guān)注。

圖6 汶川地震滑坡區(qū)年平均降水量分布圖

其次，通過(guò)對(duì)7個(gè)典型泥石流的降水量的統(tǒng)計(jì)，我們發(fā)現(xiàn)發(fā)生大型泥石流的小時(shí)降水量均大于30 mm，最高可達(dá)71.3 mm，整體上降水強(qiáng)度多介于40～50 mm／h（表2）。因此，對(duì)于具體地區(qū)，降水強(qiáng)度是誘發(fā)泥石流的直接因素，當(dāng)降水強(qiáng)度大于30 mm／h時(shí)，需要密切關(guān)注，并且需要隨著降水強(qiáng)度的增加而加大監(jiān)測(cè)力度。

5 討論與認(rèn)識(shí)

通過(guò)對(duì)汶川地震同震崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害和震后泥石流的野外實(shí)地考察，結(jié)合研究區(qū)的地形地貌、降水量和巖性等因素的分析，獲得以下認(rèn)識(shí)：

（1）汶川地震導(dǎo)致的巨量松散堆積物大部分仍被保留在原地，導(dǎo)致大規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害將在震后持續(xù)一定時(shí)間，震后主要地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型為泥石流及其導(dǎo)致的堰塞湖等地質(zhì)災(zāi)害；

（2）同震崩塌、滑坡松散堆積物為震后泥石流的發(fā)生提供了重要的物質(zhì)條件，因此震后泥石流的空間分布也主要受同震崩塌、滑坡松散堆積物分布范圍的影響，但具有一定的差異性，即震后泥石流比同震崩塌、滑坡具有更明顯的上盤(pán)效應(yīng)；

（3）地形地貌對(duì)震后泥石流的控制作用主要體現(xiàn)在地形高差和坡度兩個(gè)方面，較大的地形高差（大于1 000 m）和坡度（30°～45°）可以為泥石流提供更合適的空間環(huán)境；

（4）巖性差異也可以控制震后泥石流的發(fā)生，在前震旦系彭灌雜巖和古生界粉砂巖、砂巖等巖性分布區(qū)是發(fā)生泥石流的高危區(qū)；

（5）降水是導(dǎo)致震后泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的直接誘發(fā)因素，在松散堆積物較多的地區(qū)，年平均降水量大于1 400 mm的地區(qū)是爆發(fā)泥石流的高危區(qū)，而當(dāng)降水強(qiáng)度大于30 mm／h時(shí)，極易誘發(fā)泥石流地質(zhì)災(zāi)害。

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Space Distribution and Control Factors of Debris Flows after W enchuan M 8.0 Earthquake

Li Fensheng1，2，Li Yong1，2，Zhao Guohua1，2，Yan Zhaokun1，2，Zheng Lilong1，2，Li Jingbo1，2，Wang Shiyuan3，Yan Liang1，2，Zhang Wei3and Ma Chao3
（1．College of Earth Sciences，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2．State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；3．Earthquake Administration of Sichuan Province，Chengdu 610041，China）

On the basis of coseismic geological disasters of and spatial distribution of geological disasters characterizations of the northern section in Longmen in 5 years afterWenchuan M8.0 earthquake，debris flow disaster of earthquake spatial distribution and its control factors are analyzed.Results show that debris flows after the earthquake distributed mainly 10km within the hanging wall in Beichuan-Yingxiu fault.Compared to the same earthquake collapse，the landslides are ofmore obvious hanging wall effect.The spatial distribution of landslides after the earthquake ismainly influenced by a variety of physical distribution of loose deposits，topography，lithology，precipitation and other factors.The same occurrence earthquake collapse，landslide loose deposits for post earthquake debris flow provide importantmaterial sources.The topography is the important factor that controls the occurrence of debris flow，and it offers potential energy and the space condition of start-up for the debris flow.After the earthquake，debris flow occurs in the pre Sinian Pengguan complex and Paleozoic siltstone，sandstone lithologic distribution area.Precipitation is the direct factor that leads to the occurrence of debris flow.

Wenchuan Earthquake；post-seismic；debris flow；space distribution；controlling factor

TP751；X43

A

1000－811X（2014）02－0038－04

10.3969／j.issn.1000－811X.2014.02.009

李?yuàn)^生，李勇，趙國(guó)華，等.汶川8.0級(jí)地震震后泥石流空間分布和控制因素分析［J］.災(zāi)害學(xué)，2014，29（2）：38－41.［Li Fensheng，Li Yong，Zhao Guohua，et al.Space Distribution and Control Factors of Debris Flows after Wenchuan M8.0 Earthquake［J］.Journal of Catastrophology，2014，29（2）：38－41.］

2013－10－09

2013－12－10

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“汶川地震驅(qū)動(dòng)的崩塌、滑坡和泥石流的河流響應(yīng)過(guò)程研究”（41172162）

李?yuàn)^生（1978－），男，湖南衡南人，博士研究生，副教授，主要從事第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)研究.E-mail：lifensheng＠163.com