蘆山地震崩滑災害空間分布及相關問題探討

周 慶 江亞風 吳 果 陳國光

(中國地震局地質(zhì)研究所，活動構(gòu)造與火山重點實驗室，北京 100029)

0 引言

2013年4月20日蘆山地震發(fā)生在龍門山斷裂帶的南段，震源機制解及破裂過程反演表明該地震為逆沖型地震，發(fā)震斷層走向210°～220°，震源深度15～16km(陳運泰等，2013;王衛(wèi)民等，2013;謝祖軍等，2013)。震后應急科考中并未發(fā)現(xiàn)地震地表破裂帶，推測發(fā)震斷層為盲逆斷層(徐錫偉等，2013);蘆山地震是否為汶川地震的余震仍存在爭論，但汶川地震對蘆山地震應有觸發(fā)效應。由于均為逆沖型地震，且發(fā)震斷層為龍門山斷裂帶的不同段落或分支，二者之間有諸多可對比處或共性，如地震誘發(fā)的次生地質(zhì)災害的分布，其中呈現(xiàn)的逆斷層的上盤效應、斷層錯動的方向性效應等，在蘆山地震中均有所反映。由蘆山地震的余震分布、據(jù)建筑物破壞和人員傷亡等勾畫的等烈度線，本次工作得到的地震誘發(fā)崩塌和滑坡的分布特征，以及崩滑方向等的統(tǒng)計結(jié)果所反映的逆斷層效應，可提示我們從不同角度推測發(fā)震斷層的大概位置和宏觀震中等。

1 蘆山地震崩滑地質(zhì)災害的分布特征

2013年4月20日蘆山MS7.0地震是繼2008年5月12日汶川MS8.0地震以來，在龍門山斷裂帶上發(fā)生的又一次災害性地震事件。在地震中，以崩塌、滑坡為代表的地質(zhì)災害規(guī)模及其所造成的人員傷亡遠遠小于2008年的汶川地震。蘆山地震崩滑體最寬的只有160～170m，滑動距離最長約1400m，與汶川地震一系列巨形崩滑體比較，可謂是“小巫見大巫”。如在汶川地震中的安縣高川大光包滑坡，滑坡堆積體長2800m，寬1700～2200m，滑動距離長4500m，最大厚度達580m，為中國已發(fā)生單體滑坡之最(殷躍平，2009)。

蘆山地震中誘發(fā)的崩塌、滑坡多表現(xiàn)為在局部地段掩埋省道、縣道等交通線，造成交通堵塞(圖1)。如210省道蘆山—靈關段，直到2013年5月初仍因泥石流、山體滑坡堵塞交通，并有人員傷亡的報道。

圖1 蘆山地震誘發(fā)崩塌、滑坡Fig.1 Photos of rock falls and slides in Lushan earthquake.

此次蘆山地震誘發(fā)的滑坡絕大部分規(guī)模不大，且多數(shù)為山體表面風化土層剝落，俗稱“山剝皮”，因此實地調(diào)查及影像人工解譯均較容易;但蘆山所在的雅安地區(qū)雨水充沛，植被繁茂，當滑坡過小時，則會被植被覆蓋，不易識別。

圖2 蘆山地震崩滑地質(zhì)災害、余震及活動構(gòu)造分布圖Fig.2 Map of rock falls and slides，aftershocks and active faults related with Lushan earthquake.

在本次工作中，用于地震滑坡、崩塌人工目視解譯的影像來源于中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所，為地震當日通過無人機航拍的，影像分辨率為0.6m。由影像人工解譯，結(jié)合實地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌約2230處。一部分地區(qū)無影像數(shù)據(jù)，加之云層遮蔽、交通不便，無法解譯或?qū)嵉卣{(diào)查，估計有10%～20%的受災區(qū)域災害點未能標出。崩塌、滑坡出現(xiàn)的地區(qū)包括蘆山縣太平鎮(zhèn)、寶盛鄉(xiāng)、龍門鄉(xiāng)、雙石鎮(zhèn)，寶興縣大溪鄉(xiāng)和靈關鎮(zhèn)等(圖2)。出現(xiàn)地震誘發(fā)滑坡、崩塌的地區(qū)約1300km2，面積遠小于2008年汶川地震26000km2發(fā)生大規(guī)?；隆⒈浪氖転拿娣e。

崩滑災害分布區(qū)整體為向NE傾斜的似矩形區(qū)，總體分布不均，呈現(xiàn)北強南弱、東強西弱的特征。崩滑災害點密集區(qū)北部包括寶興縣城、太平鎮(zhèn)、寶盛鄉(xiāng)附近及其以東一帶等，南部災害點主要分布在蘆山縣城東側(cè)山地、天全縣北部的山區(qū)等;在地質(zhì)災害分布區(qū)的東部，明顯存在崩滑災害點呈NE向線狀排列，上述線狀帶在衛(wèi)星影像圖、地形圖上對應地形梯度帶，即高坡度地帶。

2 地震崩塌、滑坡的方向性統(tǒng)計

2.1 崩滑體滑動方向個數(shù)統(tǒng)計

在影像人工解譯及實地調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)山谷兩側(cè)崩塌、滑坡的優(yōu)勢滑動方向為E向或SE向。圖3a為以10°為間隔各崩滑方向崩滑個數(shù)統(tǒng)計結(jié)果(崩滑方向以N為0°，順時針計量)。表1為相應統(tǒng)計數(shù)據(jù)。此次地震在各個坡向均造成滑坡，但大部分崩滑體的滑動方向在110°～180°之間，即E向、SE向、S向，優(yōu)勢方向的平均值為145°，個數(shù)最多的滑動方向是135°～144°(SE向)，崩滑個數(shù)最多約200個。

圖3 以10°為間隔各崩滑方向崩滑統(tǒng)計玫瑰圖Fig.3 Polar bar charts for different slide directions by interval 10°.

2.2 崩滑體滑動方向面積統(tǒng)計

圖3b為以10°為間隔各崩滑方向崩滑累積面積的統(tǒng)計結(jié)果。在110°～170°之間各間隔方向崩滑累積總面積＞159000m2，優(yōu)勢方向的平均值為140°，崩滑總面積最大的方向仍為135°～144°，崩滑累積總面積最大約348000m2。

2.3 崩滑方向為SE向的原因

上述崩滑體滑動方向依個數(shù)及累積面積統(tǒng)計表明，此次地震優(yōu)勢崩滑方向為SE向(135°～144°)，該方向大致垂直于由震源機制解獲得的斷層面走向，與NE－SW為主的區(qū)域構(gòu)造走向也接近垂直。由此可以判斷整個災區(qū)崩滑體優(yōu)勢滑動方向與發(fā)震斷層錯動方向一致。

為了分析優(yōu)勢崩滑方向為SE向的主要原因，在崩滑多發(fā)的災區(qū)利用空間分辨率30m的DEM數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心國際科學數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http:∥www.gscloud.cn)，統(tǒng)計災區(qū)坡向分布如圖4。由圖4可知，坡向在90°～135°之間的坡體明顯多于其他坡向，即E向、SE向坡體數(shù)量較多，這與該地區(qū)地貌反映的山谷走向多為NE向是協(xié)調(diào)一致的。但與圖3兩個玫瑰圖展示的主滑動方向為SE向顯著不同的是，該地區(qū)其他坡向的坡體仍有很多，如NE，NW，SW向。由此判斷，除坡向之外，地震動的方向性效應在此次地震崩塌、滑坡中起到重要的控制作用。在NW－SE向逆沖斷層作用下，坡向為SE向的坡體更容易發(fā)生滑坡。

用一個復雜滑坡體作為例子可說明此次蘆山地震在逆斷層作用下地震動的方向性效應。圖5為航拍得到的本次地震最大崩滑體影像圖，地點位于天全縣北部山區(qū)倒座頭村西北(102.7608°E，30.1792°N)。該地山脊走向近SN，西側(cè)溝谷NNW向、東側(cè)溝谷近SN向。相鄰2個坡體分別發(fā)生滑坡，西側(cè)滑坡初始向SSE崩滑，沿西側(cè)溝谷滑行750m后轉(zhuǎn)向SE，再滑行320m與另一滑坡堆積物匯合后繼續(xù)向SE滑行300m;東側(cè)滑坡初始SEE向，滑行300m之后與東側(cè)溝谷壁碰撞，轉(zhuǎn)向SN向，順東側(cè)溝谷向南滑行750m，再轉(zhuǎn)向SE，與前一滑坡合二為一?；缕鹗键c海拔約1600m，滑坡尾端海拔約1140m，最大高差約460m，最長滑行距離約1370m。

該處滑坡體在微觀上反映了地震動加速度的大致方向(SE向)。該滑坡點規(guī)模較大的原因可能是地震動加速度在地形陡峭處存在放大效應，加之高差大，滑坡體具有較大動能，滑行較遠。需要說明的是該地距離震中約26km，滑坡點位于整個災區(qū)的西南部，該地災害點遠少于災區(qū)的東北部。

由此可以認為發(fā)震斷層錯動方向是崩塌、滑坡的優(yōu)勢滑動方向為SE向的重要原因，當然災區(qū)特有的地形條件也有利于滑坡在該方向發(fā)生。

以往研究表明，在逆沖斷層型地震中，當極震區(qū)斜坡坡向與上盤的逆沖方向一致時，斜坡往往容易發(fā)生崩滑。汶川地震引發(fā)的85處大(巨)型滑坡的滑動方向與發(fā)震斷層的走向垂直或大角度斜交(黃潤秋等，2009);海地地震和玉樹地震滑坡與坡向的統(tǒng)計關系也表明了類似的結(jié)果，發(fā)震斷層兩盤相對運動方向決定了發(fā)生崩塌、滑坡的優(yōu)勢坡向(許沖等，2012a，b)。

表1 蘆山地震崩塌、滑坡在不同滑動方向數(shù)量及面積統(tǒng)計Table1 Statistics on number and area for rock fall and slide in Lushan earthquake

圖4 以10°為間隔災區(qū)坡向統(tǒng)計玫瑰圖Fig.4 Polar bar charts for slope direction by interval 10°in study area.

圖5 天全縣倒座頭村西北最大滑坡影像圖Fig.5 Aerial photograph of the largest landslide in study area.

1999年臺灣集集地震、2008年汶川地震及蘆山地震均顯示，逆斷層上盤的逆沖方向為地震誘發(fā)崩塌、滑坡的易發(fā)坡向。

雖然從震源機制解可以判斷發(fā)震斷層的傾向、主壓應力方向，然而地表滑坡滑動的優(yōu)勢方向從另一側(cè)面反映了斷層的錯動方向。由于信息來源不同，二者可以互為補充，互為印證。

3 宏觀震中位置的確定

在中國西部很多地方，歷史強震宏觀震中位置有時是由極震區(qū)滑坡、崩塌等地震誘發(fā)的地質(zhì)災害點確定的。如1654年禮縣8級地震，極震區(qū)“山崩水壅，水聚為?！?1933年疊溪7?級地震，“山崩地陷，地貌改觀，極震區(qū)無一幸免者，計死于地震者約6800余人”;1976年松潘、平武間7.2級地震，極震區(qū)“山體剝落、垮塌普遍。元寶山多處山崩”。

蘆山地震災區(qū)雖為山區(qū)，但由于緊鄰四川盆地，人口并不稀少。由圖2可知，儀器記錄震中周邊2～3km范圍之內(nèi)，崩滑地質(zhì)災害極少，顯然宏觀震中與儀器記錄地震震中并不在同一個地點。圖6為蘆山地震災區(qū)崩滑面積等值線圖，圖7為相應的崩塌、滑坡密度圖。仔細分析上述兩圖可知，崩滑地質(zhì)災害在太平鎮(zhèn)與寶盛鄉(xiāng)附近最多，其中寶盛鄉(xiāng)北從崩滑面積、崩滑個數(shù)均同時達到最大值。為精確定位宏觀震中而繪制圖8，在震中區(qū)將崩滑災害點疊置在崩滑災害面積等值線之上。

本次地震的崩滑密集中心點應為以地質(zhì)災害為判定標志的宏觀震中位置(103.03°E，30.32°N)，位于儀器記錄震中東北約3.6km，距太平鎮(zhèn)東南約4km，緊鄰寶盛鄉(xiāng)政府所在地。震后的震害調(diào)查與評估顯示寶盛鄉(xiāng)房屋破壞最為嚴重，定為極震區(qū)(李志強等，2013)。

圖6 蘆山地震災區(qū)崩滑面積等值線圖Fig.6 Area contour map of rock falls and slides in Lushan earthquake.

圖7 蘆山地震災區(qū)崩滑災害密度圖Fig.7 Density map of rock falls and slides in Lushan earthquake.

圖8 震中區(qū)崩滑地質(zhì)災害點分布與崩滑面積等值線圖Fig.8 Distribution of rock falls and slides in epicentre area with area contour map.

中國地震局現(xiàn)場工作隊由建筑物破壞調(diào)查確定的宏觀震中為寶盛鄉(xiāng)玉溪村(李志強等，2013)，2個宏觀震中相距2.8km(圖8)。

4 地震滑坡與地層巖性的關系

在研究地震誘發(fā)崩滑與地層巖性的關系時，通常采用的方法是統(tǒng)計不同地層巖性單位面積發(fā)生滑坡的個數(shù)或面積，由此可以得出某個或某幾個地層易發(fā)生地震滑坡的結(jié)論。

在汶川地震和此次蘆山地震野外調(diào)查及滑坡影像識別過程中，逐漸認識到不能簡單判斷地震滑坡與地層巖性的關系。在汶川地震中，沿都汶高速(213國道)、303省道映秀—耿達段以及北川極震區(qū)，所有山體均發(fā)生崩塌、滑坡，初步判斷在這些地方，地層巖性對滑坡不起任何控制作用。而對于蘆山地震，從局部地區(qū)統(tǒng)計結(jié)果分析，二疊紀灰?guī)r與白云巖、元古代花崗巖是地震滑坡的易發(fā)巖性(許沖，2013)，直接分析災區(qū)地層與崩滑點分布圖(圖9)，也容易得出上述結(jié)論。

如將地形同時考慮進來，可以發(fā)現(xiàn)另一更深層次的規(guī)律，滑坡多發(fā)生在地形陡變處，而地形變化劇烈處往往是不同地層巖性分界線?；?guī)r、白云巖、礫巖及花崗巖均為耐風化的堅硬巖石，在山區(qū)通常表現(xiàn)為陡崖或大坡度山體。

圖9 蘆山地震災區(qū)地層與崩滑災害分布圖Fig.9 Rock falls and slides distribution on geological map.

蘆山縣城以東存在2條大致平行的NE向災害點線，長14～15km。西線對應古近系與中白堊系灌口組分界線;東線為下白堊統(tǒng)天馬山組與中白堊統(tǒng)夾關組分界線。太平鎮(zhèn)與高何鎮(zhèn)之間也存在1條白堊系與侏羅系分界線，呈NE向，亦為陡崖，地震時發(fā)生崩塌、滑坡點呈線狀排列，長約17km。

對地震誘發(fā)崩滑起控制作用的首先是地震動的大小和持續(xù)時間，地震震級越大、持續(xù)時間越長，發(fā)生崩塌、滑坡的范圍、規(guī)模就越大，而地形坡度、坡向決定單個山體發(fā)生滑坡、崩塌的可能性與滑坡發(fā)生時的規(guī)模與滑動方向。地層巖性對地形高度、坡度起決定作用，但不是地震滑坡的直接決定因素。

5 蘆山地震崩滑地質(zhì)災害分布與等震線

汶川地震之后，由反演得到的地表永久位移場的分布特征與沿斷層的地震災害分布特征非常接近，地表永久位移值較大的2個地區(qū)正好對應于地震后發(fā)布的烈度分布圖顯示的2個極震區(qū)，表明了汶川地震的大面積、大幅度、貫穿到地表的、以逆沖為主的斷層錯動是致使近斷層地帶發(fā)生嚴重地震災害在震源方面的主要原因，顯示了極震區(qū)與貫穿到地面的逆沖斷層錯動的密切聯(lián)系(陳運泰等，2008)。

汶川地震崩滑地質(zhì)災害點絕大部分位于≥Ⅸ度區(qū)，Ⅶ～Ⅷ度區(qū)地質(zhì)災害點明顯減少，原因是當時用于解譯的是衛(wèi)星影像，分辨率不夠，無數(shù)小規(guī)模崩滑未放在圖上。

按照地震烈度劃分，蘆山地震有明顯破壞的Ⅵ度以上地區(qū)為18682km2，其中Ⅸ度極震區(qū)約208km2，包括了蘆山縣境內(nèi)的龍門、雙石、清仁、寶盛和太平5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(李志強等，2013)。

蘆山地震誘發(fā)的崩滑地質(zhì)災害絕大部分分布于地震等烈度線所圍的Ⅶ～Ⅸ度區(qū)之內(nèi)，其中Ⅸ度極震區(qū)為崩滑地質(zhì)災害多發(fā)區(qū)，約27%滑坡發(fā)生于Ⅸ度區(qū);在Ⅷ度區(qū)，崩滑地質(zhì)災害偏于西北側(cè)，約52%滑坡發(fā)生于該烈度區(qū)(圖2)。

6 蘆山地震余震分布

蘆山地震余震群長軸呈NNE方向，主要分布在雙石－大川斷裂地表出露位置的兩側(cè)。余震區(qū)南段地震相對較少，中北段地震較多。余震群NNE向長約40km，寬12～26km;余震密集區(qū)分布寬度在蘆山附近發(fā)生變化，蘆山北側(cè)余震展布較寬(14～16km);蘆山南側(cè)，余震展布寬度僅為9km左右。

余震震源深度剖面顯示，發(fā)震斷層向NW傾斜，淺部傾角較陡，深部略緩，表現(xiàn)為“鏟形”逆沖斷層的特征。擬合結(jié)果表明，發(fā)震斷層在淺部的傾角約為63°，在主震震源附近約為41°，在斷層底部的傾角為17°。震源機制反演結(jié)果表明，蘆山地震為逆沖型，斷層面走向220°，傾角35°，滑動角95°(http:∥www.cea-igp.ac.cn/tpxw/266824.shtml)?？紤]到震源機制反演結(jié)果是震源破裂面的平均解，35°的傾角與根據(jù)余震分布推測的斷層面傾角基本吻合(房立華等，2013)。

將2013年4月20日蘆山地震之后至2013年6月20日之間1500余個1級以上余震疊置于地質(zhì)災害分布圖之上，發(fā)現(xiàn)二者的分布范圍有相當大的一致性，只是在少部分地區(qū)，地質(zhì)災害明顯少一些，極有可能是因為云層覆蓋或影像數(shù)據(jù)不全所致。

蘆山地震余震的分布范圍反映了地下深處發(fā)震斷層破裂面在地表的投影，地震誘發(fā)次生地質(zhì)災害的分布范圍則反映了強地震動在地表的影響范圍，地震動包括峰值加速度、反應譜與持續(xù)時間。二者從2個方面反映了斷層錯動引起的地表強地震動的大致影響區(qū)域。

7 發(fā)震斷層位置判斷

崩滑區(qū)長軸方向為NE－SW向，長約45km，如以7級地震震中為中心，NE段長約20km，SW段長25km。余震區(qū)總體走向NE－SW，與崩滑區(qū)長軸方向一致，長約40km，如以7級地震震中為中心，NE段長約12km，SW段長約28km(圖2)。

崩滑地質(zhì)災害分布區(qū)大致包絡了整個余震區(qū)，二者總體反映了地震能量的主要釋放區(qū)域，該區(qū)域?qū)嶋H上應為發(fā)震斷層錯動面在地表的能量投射面。

劉成利等(2013)采用遠震體波數(shù)據(jù)反演得到了此次地震的震源破裂過程。反演結(jié)果顯示:此次地震的破裂分量以逆沖方式為主，地震能量主要釋放區(qū)域在沿震中兩側(cè)28km左右，特別是集中在起震點兩側(cè)20km范圍內(nèi)，其他的區(qū)域能量釋放很小。

2013年4月21日至5月1日期間中國地震局現(xiàn)場應急科學考察表明，蘆山地震極震區(qū)以及大邑隱伏斷裂、雙石－大川斷裂、鹽井－五龍斷裂、耿達－隴東斷裂等沿線沒有出現(xiàn)明顯的地震地表破裂帶，顯示蘆山地震的發(fā)震斷層不是出露地表的雙石－大川斷裂或其他地表可見的活動斷層;重新定位后余震在剖面上呈向NW傾斜的密集帶和逆斷層震源機制解等基礎數(shù)據(jù)反映出蘆山地震為盲逆斷層型地震，徐錫偉等(2013)推測盲逆斷層上斷點隱伏在蘆山縣城至龍門鄉(xiāng)一線至下里鎮(zhèn)、上里鎮(zhèn)、高河鎮(zhèn)、安順鄉(xiāng)一線的背斜隆起山地之下。

沿NW－SE向3個剖面(與A—A'垂直的3條測線剖面(圖2中B—B'、C—C'、D—D'))統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，滑坡個數(shù)與滑坡累積面積自NW向SE有逐漸增多、增大的趨勢，在距太平鎮(zhèn)東南3～4km處、距雙石鎮(zhèn)東南7～8km處達到最高值(圖2，10)。

以往震例表明，地表破裂帶通常出現(xiàn)在強震極震區(qū)。在汶川地震中，中央斷裂的地表破裂帶出現(xiàn)在Ⅺ度區(qū)，前山斷裂的地表破裂帶出現(xiàn)在Ⅹ度區(qū)，由于上盤效應，地表破裂帶偏于等震線的東南側(cè)。由蘆山地震NW－SE向3條測線剖面滑坡個數(shù)與滑坡面積統(tǒng)計結(jié)果及地震等震線初步判斷，地震斷層推測位置應在極震區(qū)東南部、Ⅸ度區(qū)外側(cè)，通過地質(zhì)災害、余震密集區(qū)東側(cè)的邊緣地帶，總體平行于雙石－大川斷裂的位置。此時假設當震級加大時，地表出現(xiàn)發(fā)震斷層地表破裂帶，余震群與崩滑災害區(qū)也相應向SE擴展、Ⅸ度區(qū)擴大。

圖10 NW－SE向3條測線剖面地震崩滑個數(shù)與累積面積統(tǒng)計結(jié)果Fig.10 Statistics of rock falls and slides along 3 NW －SE lines.

8 結(jié)語

在逆斷層強震事件中，災區(qū)崩塌、滑坡事件的發(fā)生、規(guī)模與地形、斷層上盤逆沖加速度大小及方向密切相關，與巖性相關性沒有以往認為的大，巖性決定了地形，進而影響崩塌、滑坡的發(fā)生與崩滑方向等。

此次蘆山地震地表未發(fā)育破裂帶，無法根據(jù)地表破裂帶統(tǒng)計滑坡與斷層的相關性。但從滑坡的優(yōu)勢滑動方向可以粗略判斷逆斷層的錯動方向，可作為從地表地震誘發(fā)地質(zhì)災害角度了解震源破裂過程的一個重要指標。從地質(zhì)災害點密度、規(guī)模判斷出的地震宏觀震中，與震害調(diào)查確定的宏觀震中有一定距離。2個宏觀震中均位于強地震動發(fā)生區(qū)，地震災害在山區(qū)表現(xiàn)為崩塌、滑坡，在盆地人類聚集區(qū)則表現(xiàn)為建筑物的倒塌、破壞。

在蘆山地震科考中，雖然未發(fā)現(xiàn)此次地震發(fā)震斷層的地表破裂帶，但從余震分布、地震誘發(fā)崩滑災害分布特征、地震等烈度線及其相互關系，以及由汶川地震相關研究與野外調(diào)查獲得的經(jīng)驗等，可以推測當震級足夠大時，發(fā)震斷層地表破裂帶的可能走向及可能出現(xiàn)的大致位置等。

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