汶川地震驅(qū)動的滑坡災(zāi)害空間發(fā)育規(guī)律研究—以四川省安縣為例

陳浩，陳朝鎮(zhèn)

汶川地震驅(qū)動的滑坡災(zāi)害空間發(fā)育規(guī)律研究—以四川省安縣為例

陳浩，陳朝鎮(zhèn)

(綿陽師范學(xué)院資源環(huán)境工程學(xué)院，四川綿陽621006)

利用遙感影像數(shù)據(jù)和MAPGIS空間分析功能，對汶川地震驅(qū)動的滑坡災(zāi)害在四川省安縣的發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明:1)逆沖斷層發(fā)震時上下盤加速度峰值的差異導(dǎo)致上盤滑坡災(zāi)害點(diǎn)密度遠(yuǎn)大于下盤;2)由于北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂的雙重影響及鎖固段效應(yīng)的作用，安縣滑坡點(diǎn)高密度區(qū)位于距發(fā)震斷層2～6 km處，表現(xiàn)出與其他研究區(qū)域不同的特征;3)河流的側(cè)蝕、下蝕作用為滑坡的形成提供了破碎巖土體和有效臨空面，滑坡災(zāi)害多沿水系呈帶狀分布;4)滑坡災(zāi)害點(diǎn)高密度區(qū)與地震高烈度區(qū)基本重合;5)滑坡點(diǎn)密度值隨巖性硬度的減弱而增強(qiáng).

汶川地震;滑坡災(zāi)害;發(fā)育規(guī)律;安縣

1 預(yù)備知識

發(fā)生于2008年5月12日的汶川8.0級地震造成人員傷亡數(shù)量超過10萬.此次地震雖已過去6年多，但分布于斜坡之上的大量松散堆積物在外在條件成熟時仍有發(fā)育為大規(guī)模群發(fā)性滑坡災(zāi)害的可能.另外，汶川地震之后的6年間，在中國境內(nèi)(特別是在青藏高原周緣地區(qū))又發(fā)生了多次6.0級以上的淺源地震，地震觸發(fā)的滑坡災(zāi)害給人類的生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大損失.汶川地震發(fā)生后，文獻(xiàn)［1－9］對汶川地震區(qū)域的崩滑災(zāi)害發(fā)育規(guī)律進(jìn)行了前期研究，但前人對這一問題的探討主要集中于整個地震波及區(qū)這一空間范圍，對某一小范圍地震觸發(fā)的崩滑災(zāi)害發(fā)育規(guī)律研究甚少.在地震波及區(qū)域這個整體背景之下，各小區(qū)域地質(zhì)環(huán)境有其自身的復(fù)雜性，不同小區(qū)域斷裂展布狀況、水系發(fā)育特征、巖性分布規(guī)律等存在差異，因而，地震驅(qū)動的滑坡災(zāi)害在某一縣域的發(fā)育規(guī)律與滑坡災(zāi)害在整個地震波及區(qū)的發(fā)育規(guī)律可能呈現(xiàn)出不同的特征.同時，對各縣域的滑坡災(zāi)害空間發(fā)育規(guī)律進(jìn)行細(xì)化研究，其研究結(jié)果對該縣進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性評價也具有一定的指導(dǎo)意義.本次研究所選取區(qū)域——四川省安縣是汶川地震區(qū)中唯一的龍門山主中央斷裂和前山斷裂貫通全境且貫穿境內(nèi)的每條斷裂長度均在25 km以上的縣域(圖1).本次研究利用震后遙感影像數(shù)據(jù)和MAPGIS空間分析功能，通過對汶川地震驅(qū)動的滑坡災(zāi)害在安縣境內(nèi)的空間發(fā)育規(guī)律進(jìn)行分析，旨在探討各種地質(zhì)地貌因素對強(qiáng)震觸發(fā)的滑坡災(zāi)害的控制作用，為山岳地震帶的抗震設(shè)防和災(zāi)后重建選址提供理論參考.

2 研究區(qū)地質(zhì)背景

四川省安縣位于川西地槽區(qū)與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺的過渡地帶［10－13］.總體來看，地處龍門山脈東緣的西北部地區(qū)地勢較高，山脊海拔在2 000 m上下，分布于安昌江和雎水河兩岸的東南部地區(qū)屬平壩地段，海拔高度為800 m左右［14－15］.另外，研究區(qū)主要發(fā)育2個活動斷層體系，北部為龍門山主中央斷裂——北川－映秀斷裂，該斷裂也是汶川地震的發(fā)震斷裂;南部為龍門山前山斷裂——彭縣－灌縣斷裂，2條斷裂的主要運(yùn)動方向?yàn)樽员蔽飨蚰蠔|逆沖，兼具一定的右旋走滑分量.安縣境內(nèi)地層發(fā)育齊全，從古生界至新生界均有出露，根據(jù)工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)(GB50218－94)［3，16］，可以把研究區(qū)的地層巖性劃分為5個巖組，即堅(jiān)硬巖組、較堅(jiān)硬巖組、較軟巖組、軟巖組及極軟巖組.

3 滑坡災(zāi)害空間分布的影響因素

3.1上下盤效應(yīng)從圖1可以較為直觀地看出，北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂上盤的滑坡點(diǎn)密度明顯高于下盤(根據(jù)“滑坡分布密度等值線圖”所推斷災(zāi)害點(diǎn)標(biāo)注為空心圓點(diǎn)).進(jìn)一步計(jì)算可知，北川－映秀斷裂上盤滑坡點(diǎn)密度為1.68個/km2，下盤密度為1.03個/km2;彭縣－灌縣斷裂上盤滑坡點(diǎn)密度為1.03個/km2，下盤密度為0.04個/km2.北川－映秀斷裂上盤滑坡點(diǎn)密度是下盤的1.63倍，彭縣－灌縣斷裂上盤滑坡點(diǎn)密度是下盤的25.75倍.從上述計(jì)算數(shù)據(jù)可知，北川－映秀斷裂上下盤的滑坡點(diǎn)密度均大于彭縣－灌縣斷裂，究其原因，主要是北川－映秀斷裂是汶川地震的發(fā)震斷裂，在此次地震中，其垂直方向的逆沖分量和水平方向的走滑分量均大于彭縣－灌縣斷裂.在安縣境內(nèi)，沿北川－映秀斷裂均出現(xiàn)了地表破裂現(xiàn)象，而沿彭縣－灌縣斷裂地表破裂帶終止于縣境西南側(cè)的雎水鎮(zhèn)附近.進(jìn)一步分析可以看出，北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂所夾持的區(qū)域即位于北川－映秀斷裂的下盤，同時又隸屬彭縣－灌縣斷裂的上盤，由于受2條斷裂的雙重影響，因而該區(qū)域的滑坡點(diǎn)密度遠(yuǎn)大于彭縣－灌縣斷裂的下盤區(qū)域(滑坡點(diǎn)數(shù)據(jù)來源于參考文獻(xiàn)［1］).

關(guān)于這一效應(yīng)，前人在對逆沖斷層發(fā)震的研究中就有發(fā)現(xiàn)，即逆沖斷裂發(fā)震時上盤地表的加速度峰值高于下盤，上盤破壞比下盤更為嚴(yán)重［2－4］.從圖2也可以看出，以汶川地震的發(fā)震斷裂——北川－映秀斷裂為界，以每隔2 km的距離作為研究區(qū)段，除緊臨彭縣－灌縣斷裂、受2條斷裂雙重作用的距北川－映秀斷裂8～10 km的下盤區(qū)域外，其余區(qū)域上盤滑坡點(diǎn)密度均大于下盤.

3.2距離效應(yīng)

3.2.1 與發(fā)震斷裂的距離從理論上分析，地震觸發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害距發(fā)震斷層越遠(yuǎn)，地質(zhì)災(zāi)害分布密度越?。?－6］，但對于安縣這個較為特殊的區(qū)域，滑坡災(zāi)害距發(fā)震斷裂的分布規(guī)律與前人的研究結(jié)果存在差異.沿北川－映秀斷裂2～6 km區(qū)段滑坡災(zāi)害點(diǎn)密度最大，每km2滑坡點(diǎn)的密度達(dá)到1.63個，而緊臨發(fā)震斷裂2 km以內(nèi)，災(zāi)害點(diǎn)的密度為1.58個/km2，不及距發(fā)震斷層2～6 km的災(zāi)害點(diǎn)密度，6 km之外，災(zāi)害點(diǎn)密度迅速減小，8～10 km處僅為0.81個/ km2(表1和圖3).

究其原因，主要是在安縣境內(nèi)龍門山2條主干斷裂貫穿全境，北川－映秀斷裂南東側(cè)2～6 km區(qū)域即受北川－映秀斷裂逆沖和右旋走滑作用的強(qiáng)烈影響，又受彭縣－灌縣斷裂上盤效應(yīng)的控制，因而區(qū)域內(nèi)滑坡點(diǎn)密度較大.北川－映秀斷裂北西側(cè)2～6 km處位于斷裂局部錯列點(diǎn)的末端，該區(qū)域是斷裂的局部“鎖固段”(圖1)，在構(gòu)造應(yīng)力的積累過程中，斷裂的右旋走滑和逆沖作用在“鎖固段”積蓄了更多的能量，當(dāng)汶川地震發(fā)生時，鎖固區(qū)域產(chǎn)生了比周邊地區(qū)更為強(qiáng)烈的震動，導(dǎo)致“鎖固段”內(nèi)滑坡點(diǎn)密度遠(yuǎn)高于其余區(qū)域.計(jì)算可知，鎖固區(qū)域內(nèi)滑坡點(diǎn)密度為3.26個/km2，除去鎖固區(qū)域，北川－映秀斷裂上盤其余區(qū)域滑坡點(diǎn)密度僅為1.28個/km2，兩者相差2.55倍.這一現(xiàn)象在映秀段、小魚洞段、紅白－茶坪段、擂鼓－陳家壩段、南壩－東河口段都有表現(xiàn)［1，4］.

表1 滑坡點(diǎn)密度與距發(fā)震斷層距離的關(guān)系Table 1Relationship between the density of landslides and distance along the causative fault

3.2.2 與水系的距離在安縣境內(nèi)，北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂的疊瓦狀逆沖導(dǎo)致地勢自北西向南東呈階梯狀下降，沿地勢起伏方向，全境主要發(fā)育雎水河和安昌江2組河流系統(tǒng)，在干流上游發(fā)育有黃洞子溝、金溪溝、茶坪河、蘇包河等支流.沿安縣主要水系，以0.5 km間隔作為研究區(qū)段，用緩沖區(qū)分析的方法計(jì)算可以看出，河流兩側(cè)0.5 km處滑坡點(diǎn)共計(jì)194個，0.5～1 km處和1～1.5 km處滑坡點(diǎn)數(shù)目依次減少，分別為136個和123個.進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)可知，沿河兩岸1.5 km處的面積為412.50 km2，僅占研究區(qū)域總面積的29.38%，但分布于其中的滑坡點(diǎn)數(shù)目占研究區(qū)滑坡點(diǎn)總數(shù)的54.71%，表明汶川地震驅(qū)動的滑坡災(zāi)害有沿河流呈線狀分布的特征(圖4).究其原因，主要是河流的侵蝕作用在山區(qū)形成高山溝谷深切割地貌，陡峻的地勢為滑坡災(zāi)害的形成提供了有效臨空面，另外，河流的下蝕和側(cè)蝕作用使河流沿岸的地層更為破碎，汶川地震發(fā)生時，岸坡之上的松散土體和巖體沿軟弱面整體順坡向下滑動，因而在河流沿岸易形成滑坡災(zāi)害.

3.3烈度效應(yīng)從圖5可以看出，在安縣境內(nèi)，Ⅺ、Ⅹ級2個地震高烈度區(qū)及Ⅸ級烈度區(qū)主要分布于北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂兩側(cè)，Ⅷ級和Ⅶ級烈度區(qū)距龍門山主干斷裂較遠(yuǎn).從表2中可以看出，滑坡點(diǎn)密度與烈度等級大小呈正相關(guān)關(guān)系.在Ⅺ級和Ⅹ級烈度區(qū)，滑坡點(diǎn)密度分別達(dá)到1.51個/km2和1.49個/km2，自Ⅸ級烈度區(qū)，滑坡點(diǎn)密度值迅速降低，僅為0.25個/km2，相當(dāng)于Ⅹ級區(qū)域的0.17，而Ⅷ級烈度區(qū)的滑坡點(diǎn)密度又僅為Ⅸ級區(qū)域的0.16.

本次地震最大滑坡——大光包滑坡(位于安縣高川鄉(xiāng))和緊臨安縣縣界、位于綿竹境內(nèi)的另一大型滑坡——文家溝滑坡都位于Ⅹ級烈度區(qū)，在安縣境內(nèi)Ⅺ級烈度區(qū)反而沒有特大型滑坡分布，另外，Ⅺ級和Ⅹ級烈度區(qū)、Ⅷ級和Ⅶ級烈度區(qū)滑坡災(zāi)害密度基本一致.究其原因，主要是地震烈度是根據(jù)房屋建筑的損毀情況來確定的［1］，由于房屋的抗震性能等因素存在差異，地震對地面的實(shí)際破壞程度與地震烈度不完全重合，因而滑坡災(zāi)害的規(guī)模與地震烈度的等級并不一一對應(yīng).

表2 滑坡點(diǎn)密度與烈度等級的關(guān)系Table 2Relationship between the density of landslides and seismic intensity

3.4巖性控制作用如前所述，研究區(qū)的地層巖性可劃分為5個巖組，即硬巖組、較硬巖組、較軟巖組、軟巖組及極軟巖組(圖6)［3］.硬巖為震旦系燈影組和陡山沱組硅質(zhì)巖及粉砂質(zhì)白云巖，較硬巖為三疊系紅星巖組和祁讓溝組灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖和泥質(zhì)灰?guī)r等，較軟巖分布范圍較廣，主要為侏羅系白田壩組砂巖、遂寧組粉砂巖和泥巖、蓬萊鎮(zhèn)組巖屑砂巖和礫巖及泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系炭質(zhì)千枚巖、泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、板巖夾砂巖等，軟巖主要為志留系中巖組砂質(zhì)灰?guī)r夾千枚巖，極軟巖為第四系洪沖積層和殘坡積層.由于彭縣－灌縣斷裂南東側(cè)的下盤區(qū)域地震烈度相對較小，滑坡災(zāi)害點(diǎn)密度極低，因而本次對巖性控制作用的研究主要以彭縣－灌縣斷裂北西側(cè)區(qū)域作為研究區(qū).由表3可知，從大面積區(qū)域來看，隨著巖性硬度減弱，滑坡災(zāi)害的發(fā)育程度呈增強(qiáng)趨勢，較硬巖區(qū)域內(nèi)滑坡點(diǎn)的密度為0.86個/km2，在較軟巖和軟巖區(qū)域，滑坡災(zāi)害點(diǎn)的密度分別增至1.12個/km2和1.65個/km2.從理論上分析，硬巖區(qū)域更易發(fā)生崩塌災(zāi)害而非滑坡災(zāi)害，但在彭縣－灌縣斷裂北西區(qū)域，主要分布軟巖、較軟巖、較硬巖，其面積達(dá)到整個區(qū)域總面積的94.28%，可能由于硬巖區(qū)和極軟巖區(qū)面積過小造成兩區(qū)域缺乏代表性(硬巖區(qū)占整個區(qū)域總面積的3.41%，極軟巖區(qū)占整個區(qū)域總面積的2.31%)以及受到上下盤效應(yīng)、烈度效應(yīng)等因素的影響，導(dǎo)致硬巖區(qū)滑坡災(zāi)害點(diǎn)密度較高，極軟巖區(qū)滑坡點(diǎn)密度反而較低.

表3 滑坡點(diǎn)密度與巖性的關(guān)系Table 3Relationship between the density of landslides and lithology

4 結(jié)語

本次研究在已解譯的遙感影像資料基礎(chǔ)上，利用MAPGIS空間分析方法對汶川地震驅(qū)動的滑坡災(zāi)害在安縣境內(nèi)的空間發(fā)育規(guī)律進(jìn)行了研究，可以得出如下主要結(jié)論:1)由于逆沖斷裂發(fā)震時上盤地表的加速度峰值高于下盤，因而北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂上盤區(qū)域滑坡災(zāi)害點(diǎn)密度均大于下盤.同時，作為汶川地震的發(fā)震斷裂，北川－映秀斷裂在此次地震中的活動性明顯強(qiáng)于彭縣－灌縣斷裂，其上下盤滑坡點(diǎn)密度值遠(yuǎn)大于彭縣－灌縣斷裂上下盤滑坡點(diǎn)密度值;2)由于受北川－映秀斷裂、彭縣－灌縣斷裂的雙重影響及鎖固效應(yīng)的控制，研究區(qū)滑坡點(diǎn)密度與發(fā)震斷裂距離的關(guān)系有其自身的特點(diǎn)，滑坡點(diǎn)密度并未同其他研究區(qū)域一樣隨發(fā)震斷裂距離的增大而顯著降低，滑坡點(diǎn)密度最大值出現(xiàn)在距發(fā)震斷裂2～6 km處;3)河流的下蝕和側(cè)蝕作用為滑坡災(zāi)害的形成提供了有效臨空面，同時使河流沿岸地層更為破碎，巖石卸荷能力增強(qiáng)，滑坡災(zāi)害出現(xiàn)沿水系呈線狀分布的特點(diǎn);4)隨著地震烈度的增大和對地面實(shí)際破壞程度的增強(qiáng)，滑坡災(zāi)害點(diǎn)密度隨烈度等級的增加而增大;5)易破裂為碎片的巖體更有利于滑坡災(zāi)害的形成，因而隨著巖性硬度減弱，滑坡災(zāi)害的發(fā)育程度呈增強(qiáng)趨勢.

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Research on Spatial Development Rules of Landslide Hazards Induced by Wenchuan Earthquake:A Case of An County in Sichuan Province

CHEN Hao，CHEN Chaozhen
(College of Resources and Environmental Engineering，Mianyang Normal College，Mianyang 621006，Sichuan)

The spatial development rules of landslide hazards induced by Wenchuan earthquake in An county were studied by utilizing remote sensing image data and the space analysis function of MAPGIS.The main results of this research can be summarized as follows:1)There was difference in the peak acceleration of hanging and lower walls of fault，the density of landslide sites on the hanging wall of the fault was higher than that of landslide sites on the the foot wall.2)The high density region of the landslide hazards was located at location spacing 2-6 km from causative fault because of the dual influence of Beichuan-Yingxiu fault’Pengxian-Guanxian fault and the effect of locked segment;the density of landslide sites in An county showed different characteristics from other regions.3)The crushing rock and soil and effective freeing surface formed from lateral erosion and downcutting of rivers with the landslide hazards distributed in belts along the rivers.4)The high density region of landslide hazards was basically in coincidence with high intensity seismic region.5)The density of landslide hazards was decreased with the addition of rock hardness.

Wenchuan earthquake;landslide hazards;development rules;An county

P642

A

1001－8395(2016)03－0427－05

10.3969/j.issn.1001－8395.2016.03.022

(編輯鄭月蓉)

2015－03－11

四川省教育廳自然科學(xué)基金(14ZB0265)

陳浩(1977—)，男，副教授，主要從事構(gòu)造地貌與第四紀(jì)環(huán)境的研究，E－mail:chenhao11611@163.com