考慮地震后效應(yīng)的青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)

楊志華，郭長寶，姚 鑫，杜國梁

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；2.國土資源部新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

考慮地震后效應(yīng)的青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)

楊志華1，2，郭長寶1，2，姚 鑫1，2，杜國梁1，2

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；2.國土資源部新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

青藏高原東緣地震活動(dòng)頻繁，地震作用形成的松散堆積物為滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害提供了豐富物源，增加了震后一段時(shí)期內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生強(qiáng)度。本文在青藏高原東緣地質(zhì)背景、已有地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查資料分析的基礎(chǔ)上，采用近年來發(fā)生的汶川地震、蘆山地震、魯?shù)榈卣鸬日T發(fā)的松散物源量表征地震作用對震后地質(zhì)災(zāi)害的影響，提出了考慮地震后效應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)思路，建立了青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)的指標(biāo)體系?；趥鹘y(tǒng)信息量模型和Logistic邏輯回歸模型，建立了加權(quán)信息量模型，并完成了青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)。研究表明，地震擾動(dòng)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性顯著高于震前水平，地震作用改變了地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)條件，增加了震后地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度，研究結(jié)果對于活動(dòng)構(gòu)造區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)和區(qū)劃具有重要的指導(dǎo)意義。

青藏高原東緣；地震后效應(yīng)；地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性；加權(quán)信息量模型

0 引言

青藏高原東緣位于四川盆地與青藏高原的過渡地帶，在地貌上從成都平原向西穿越龍門山，在不到100 km的距離內(nèi)從海拔400 m的成都平原上升到海拔4 000 m以上，形成一個(gè)巨大的地形陡變帶，是我國東西自然地理、地質(zhì)環(huán)境的重要分界帶。強(qiáng)烈起伏的地形表明青藏高原東緣遭受快速的隆升和強(qiáng)烈的河流深切，內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用都非常活躍，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)[1-3]，是國際新構(gòu)造與地質(zhì)災(zāi)害研究的熱點(diǎn)地區(qū)[4]。青藏高原東緣也是強(qiáng)震頻發(fā)地區(qū)，近年來，區(qū)內(nèi)先后發(fā)生了2008年Ms8.0級汶川地震、2013年Ms7.0級蘆山地震和2014年Ms6.5級魯?shù)榈卣鸬葟?qiáng)震，這些地震不僅直接誘發(fā)了大量的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害[5-8]，也對區(qū)內(nèi)原有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)產(chǎn)生了重要影響，降低了穩(wěn)定性，加劇了地質(zhì)災(zāi)害的破壞性和危險(xiǎn)性；特別是由地震誘發(fā)的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害組成的大量松散堆積物為震后滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害提供了豐富物源，增加了震后地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度，具體表現(xiàn)在震后一段時(shí)間來，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，點(diǎn)多面廣，且具有不確定性，如：文家溝泥石流在2008～2010年先后暴發(fā)5次、小崗劍泥石流2008～2011年先后暴發(fā)10次、都江堰三溪村滑坡造成43人死亡等，黃潤秋稱之為地質(zhì)災(zāi)害的地震后效應(yīng)[9]，并將持續(xù)幾十年時(shí)間[10-13]，Zhang等通過2008～2012年走馬嶺泥石流溝物源變化特征，認(rèn)為地震擾動(dòng)區(qū)泥石流從強(qiáng)烈活躍區(qū)恢復(fù)到震前水平需要約15年的時(shí)間[14]。由此可見，地震后效應(yīng)是震區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的重要影響因素，也直接制約著區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)和防災(zāi)減災(zāi)。

地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性是指在現(xiàn)狀自然地理、地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性等成災(zāi)背景條件下地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)程度，表征地理地質(zhì)環(huán)境基本屬性對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的控制作用。地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)度評價(jià)已經(jīng)發(fā)展了多種方法[15-17]，總體上可以概括為兩類：定性方法和定量方法，定性方法主要是指基于專家經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)場分析和因子專題圖疊加分析，定量分析法主要是指統(tǒng)計(jì)分析方法[18]。由于近年來多次發(fā)生的強(qiáng)震在一定程度上改變了青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害的成災(zāi)條件，增加了震后地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度，所以在震后地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)過程中，地震作用是一個(gè)需要考慮的重要因素。本文在分析傳統(tǒng)信息量模型和Logistic邏輯回歸模型的基礎(chǔ)上建立了加權(quán)信息量模型，提煉地質(zhì)災(zāi)害主要影響因素及相關(guān)信息，提出了考慮地震后效應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)思路，建立了青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)的指標(biāo)體系，完成了考慮地震后效應(yīng)的青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)。

1 青藏高原東緣地質(zhì)背景

在青藏高原向東擠出過程中，高原東部形成了顯著的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造分異帶，成為強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)區(qū)[19-20]。受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制，青藏高原東緣地貌形態(tài)極不規(guī)則，同時(shí)受河流的深切作用，形成了復(fù)雜的構(gòu)造地貌。青藏高原東緣的構(gòu)造地貌演化具明顯的分段性，且具有南段老、北段新的特點(diǎn)。

在青藏高原東部南北向構(gòu)造帶演化過程中，地殼東向運(yùn)動(dòng)不均勻的部位形成了不同方向的活動(dòng)斷裂帶，這些活動(dòng)斷裂對地震分布具有顯著的控制作用。其中，龍門山斷裂帶、鮮水河斷裂帶和安寧河斷裂帶在平面上呈“Y”字型展布，是主要的分區(qū)邊界斷裂，控制著區(qū)內(nèi)新構(gòu)造活動(dòng)的發(fā)展和演化。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，歷史地震活躍，據(jù)國家地震臺網(wǎng)中心記錄的歷史地震數(shù)據(jù)，自1216年以來，發(fā)生Ms6.0級以上地震100余次，Ms6.5級以上地震50余次。區(qū)內(nèi)構(gòu)造地震有逆沖型地震和走滑型地震，分別發(fā)生在逆沖型活動(dòng)斷裂帶和走滑型活動(dòng)斷裂帶。

區(qū)內(nèi)地層巖性極其復(fù)雜，跨越多個(gè)地層分區(qū)，從前震旦系到第四系各時(shí)代地層均有出露，地層巖性的分布受地質(zhì)構(gòu)造控制比較明顯。另外，區(qū)內(nèi)還分布著大量與斜坡地質(zhì)災(zāi)害有關(guān)的典型特殊巖土體：膨脹巖(侏羅紀(jì)以來的泥質(zhì)巖)、昔格達(dá)層、紅土(紅色風(fēng)化殼)和斷裂帶碎裂巖土體等。

2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)思路與方法

2.1 綜合評價(jià)思路

在青藏高原東緣，觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主導(dǎo)因素是降雨和地震。在非震時(shí)期，降雨是觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主導(dǎo)因素；然而在地震發(fā)生時(shí)，地震作用是觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主導(dǎo)因素，地震誘發(fā)的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害組成的大量松散堆積物為震后地質(zhì)災(zāi)害提供了豐富物源，增加了震后地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度。因此，在震后地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)過程中，地震作用是一個(gè)需要考慮的重要因素?；诖耍岢隽丝紤]地震后效應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)的基本思路(圖1)：(1)選取(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)的指標(biāo)體系并進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)；(2)選取地震作用影響下的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)的指標(biāo)體系并進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)；(3)綜合分析(非震)降雨主導(dǎo)型和地震作用影響下的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)結(jié)果，獲得地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)結(jié)果。

圖1 考慮地震后效應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)思路Fig.1 Comprehensive assessment flow chart of geohazard susceptibility considering seismic effect

2.2 加權(quán)信息量模型

2.2.1信息量模型

信息量模型已被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)研究中，它是一種基于統(tǒng)計(jì)分析的預(yù)測方法。地質(zhì)災(zāi)害受多種因素影響，信息量模型所考慮的是一定地質(zhì)環(huán)境下的最佳地質(zhì)災(zāi)害因素組合，包括基本因素的數(shù)量和基本狀態(tài)。對于某一具體斜坡而言，信息量模型所考慮的是一定區(qū)域內(nèi)所獲取的與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)的所有信息的數(shù)量和質(zhì)量[21-23]，用信息量表示為：

(1)

式中：IAj→B——表示因子指標(biāo)A在j狀態(tài)顯示地質(zhì)災(zāi)害(B)發(fā)生的信息量；

Nj——具有因子指標(biāo)Aj出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的單元(面積)數(shù)；

N——研究區(qū)內(nèi)已知地質(zhì)災(zāi)害分布單元(面積)總數(shù)；

Sj——因子指標(biāo)Aj的單元(面積)數(shù)；

S——研究區(qū)單元(面積)總數(shù)。

2.2.2Logistic邏輯回歸模型

Logistic邏輯回歸模型是一種概率模型，它是以地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率為因變量，影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的因素為自變量建立回歸模型。Logistic回歸模型的參數(shù)估計(jì)通常采用最大似然法。Logistic回歸模型見公式2和3，其中，P為地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率，x1，x2，……，xp表示地質(zhì)災(zāi)害影響因子，β0，β1，……，βp表示回歸模型參數(shù)，e為自然數(shù)[24-26]。

(2)

(3)

2.2.3加權(quán)信息量模型

結(jié)合傳統(tǒng)信息量模型和Logistic回歸模型，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)的加權(quán)信息量模型，充分發(fā)揮兩種模型的優(yōu)勢，主要思路是：(1)采用信息量模型計(jì)算因子指標(biāo)等級的信息量(地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的貢獻(xiàn)率)；(2)采用Logistic回歸模型進(jìn)行因子指標(biāo)信息量的回歸分析，獲得因子指標(biāo)權(quán)重；(3)根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性=∑(因子指標(biāo)信息量×因子指標(biāo)權(quán)重)(公式4)，進(jìn)行因子加權(quán)疊加分析，獲得地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性加權(quán)信息量。

(4)

式中：I——評價(jià)區(qū)某單元發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的信息量；

Wi——第i個(gè)因子的權(quán)重值；

Ii——第i個(gè)評價(jià)因子提供的信息量；

Ni，Si，N和S——參考公式1。

3 青藏高原東緣(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)

3.1 地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)

圖2 青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig.2 General geohazard distribution in the Eastern Margin of Tibetan Plateau

根據(jù)我國地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)庫，選擇青藏高原東緣117個(gè)縣(市)地質(zhì)災(zāi)害作為研究對象(圖2)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害主要分布在龍門山區(qū)、岷江流域、鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶、白龍江流域以及大涼山地區(qū)和巴中地區(qū)，具有顯著的沿活動(dòng)斷裂帶、河流和道路密集分布的特征。根據(jù)發(fā)生時(shí)間，去除地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，選擇降雨誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害17 915處，其中，崩塌2 427處，滑坡10 560處，泥石流4 728處。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)指標(biāo)體系

對于地形地貌，地形坡度和地形起伏度對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育具有更大的影響作用，因此選擇地形坡度和地形起伏度來表征地形地貌對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響；對于地層巖性和巖體結(jié)構(gòu)，采用同時(shí)考慮兩者的工程地質(zhì)巖組來表征其對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響；活動(dòng)斷層能夠引起地形地貌演化，造成斷層附近巖體破碎，增加地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度，因此選擇到斷層距離來表征構(gòu)造活動(dòng)對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響；區(qū)內(nèi)歷史地震頻發(fā)，地震動(dòng)峰值加速度值較高，增加了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育強(qiáng)度，選擇我國第五代地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃來表征歷史地震活動(dòng)對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響；選擇河網(wǎng)密度來表征河流深切、河岸庫岸對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響；選擇年24小時(shí)最大降雨量來表征氣象水文環(huán)境對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響；人類工程活動(dòng)主要集中于河谷兩岸、坡度較緩等地區(qū)，這里城鎮(zhèn)和道路密度較高，選擇人類工程活動(dòng)強(qiáng)度來表征人類工程活動(dòng)對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響[27]。綜上，選擇地形坡度、地形起伏度、工程地質(zhì)巖組、到斷裂距離、地震動(dòng)峰值加速度、河網(wǎng)密度、年24小時(shí)最大降雨量和人類工程活動(dòng)強(qiáng)度8個(gè)因子指標(biāo)(圖3)，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)工作。

圖3 降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)因子指標(biāo)Fig.3 Geohazard susceptibility assessment factors without seismic effect

3.3 因子指標(biāo)信息量和權(quán)重值計(jì)算

3.3.1因子指標(biāo)信息量計(jì)算

采用隨機(jī)選擇方法把地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)集劃分為兩部分：地質(zhì)災(zāi)害訓(xùn)練集和地質(zhì)災(zāi)害驗(yàn)證集，分別占全部地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的80%(14 332處)和20%(3 583處)。地質(zhì)災(zāi)害訓(xùn)練集用來進(jìn)行因子指標(biāo)信息量和權(quán)重值計(jì)算，地質(zhì)災(zāi)害驗(yàn)證集用來對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證?；贏rcGIS平臺，對參與地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)的因子指標(biāo)圖層進(jìn)行柵格化和空間分析，柵格大小為25 m×25 m分辨率。對因子指標(biāo)圖層進(jìn)行等級劃分，獲得因子指標(biāo)等級區(qū)間的面積和位于該區(qū)間內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量，采用信息量模型(公式1)，計(jì)算因子指標(biāo)等級的信息量(表1)。

表1 降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)因子信息量表Table 1 Information values of geohazard susceptibility assessment factors without seismic effect

注：工程地質(zhì)巖組：1-堅(jiān)硬的厚層狀砂巖巖組；2-較堅(jiān)硬-堅(jiān)硬的中-厚層狀砂巖夾礫巖、泥巖、板巖巖組；3-軟硬相間的中-厚層狀砂巖、泥巖夾灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及其互層巖組；4-軟弱-較堅(jiān)硬薄-中厚層狀砂、泥巖及礫、泥巖互層巖組；5-軟弱的薄層狀泥、頁巖巖組；6-堅(jiān)硬的中-厚層狀灰?guī)r及白云巖巖組；7-較堅(jiān)硬的薄-中厚層狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r巖組；8-軟硬相間的中-厚層狀灰?guī)r、白云巖夾砂、泥巖、千枚巖、板巖巖組；9-較堅(jiān)硬-堅(jiān)硬薄-中厚層狀板巖、千枚巖與變質(zhì)砂巖互層巖組；10-較弱-較堅(jiān)硬的薄-中厚層狀千枚巖、片巖夾灰?guī)r、砂巖、火山巖巖組；11-堅(jiān)硬的塊狀玄武巖為主的巖組；12-堅(jiān)硬塊狀花崗巖、安山巖、閃長巖巖組；13-軟質(zhì)散體結(jié)構(gòu)巖組。

3.3.2因子指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

基于SPSS統(tǒng)計(jì)平臺，采用Logistic邏輯回歸模型(公式2、3)計(jì)算因子指標(biāo)的權(quán)重。隨機(jī)選取無地質(zhì)災(zāi)害分布點(diǎn)14 332個(gè)，與地質(zhì)災(zāi)害訓(xùn)練集(14 332個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn))組成二元回歸模型。無地質(zhì)災(zāi)害分布點(diǎn)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率為0，設(shè)置因變量P值為0，有地質(zhì)災(zāi)害分布點(diǎn)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率為1，設(shè)置因變量P值為1，因子指標(biāo)的信息量作為自變量xi(i=1，2，3，4，5，6，7，8)值。然后，采用最大似然估計(jì)進(jìn)行回歸分析，獲得因子指標(biāo)的權(quán)重值，即：地形坡度權(quán)重值Wsl=0.186，地形起伏度權(quán)重值Wfl=0.133，工程地質(zhì)巖組權(quán)重值Wgr=0.097，到斷層距離權(quán)重值Wfd=0.128，地震動(dòng)峰值加速度權(quán)重值Wpga=0.087，水系密度權(quán)重值Wdd=0.127，年24小時(shí)最大降雨量權(quán)重值Wap=0.141，人類工程活動(dòng)強(qiáng)度權(quán)重值Wha=0.101。

3.4 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)結(jié)果

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害因子指標(biāo)的信息量和權(quán)重值，使用加權(quán)信息量模型(公式4)進(jìn)行因子加權(quán)疊加，獲得每個(gè)計(jì)算單元的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性加權(quán)信息量值(I)，計(jì)算過程如下式所示：

采用地質(zhì)災(zāi)害驗(yàn)證集對獲得的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，按照地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性信息量值降序排列，計(jì)算面積累計(jì)百分比及其對應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量累計(jì)百分比，圖4中曲線包含的右下部分的面積(AUC)約占圖框總面積的84.5%，表明地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性預(yù)測正確率為84.5%，說明地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)結(jié)果很好的表征了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布規(guī)律。結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布特點(diǎn)，采用自然斷點(diǎn)分割法(Natural break)，將(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性劃分為3個(gè)等級(圖5)：地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害中等易發(fā)和地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)。

圖4 降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性和地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量關(guān)系圖Fig.4 Comparative relationships of geohazard susceptibility and number without seismic effect

圖5 青藏高原東緣降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)圖Fig.5 Geohazard susceptibility map without seismic effect in the eastern margin of Tibetan Plateau

4 考慮地震效應(yīng)的青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)

4.1 地震作用對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響

地震誘發(fā)的大量松散堆積物為震后地質(zhì)災(zāi)害提供了豐富物源，加上地震導(dǎo)致的山體松動(dòng)、地表形變等地震效應(yīng)，在震后強(qiáng)降雨條件下，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率、強(qiáng)度都有顯著增加[9-10, 14, 28]。因此，地震作用是震后地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)需要考慮的一個(gè)重要因子。

研究表明，地震引起的大量松散堆積物是地震作用影響地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的重要體現(xiàn)[4, 29]，因此，把地震誘發(fā)松散堆積物發(fā)育度作為震后地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的評價(jià)指標(biāo)是可行的。近年來，研究區(qū)先后發(fā)生了4次大地震：2008年Ms8.0級汶川地震、2013年Ms7.0級蘆山地震、2014年Ms6.5級魯?shù)榈卣鸷?014年Ms6.3級康定地震，這些地震誘發(fā)的大量崩塌、滑坡松散堆積物勢必增加震后地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性。在(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)過程中，地層巖性、斷裂等地質(zhì)要素和坡度、地形起伏度等地形地貌要素已經(jīng)作為因子指標(biāo)，據(jù)此，根據(jù)汶川地震、蘆山地震、魯?shù)榈卣鸷涂刀ǖ卣鹫T發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，在地震烈度VI度區(qū)內(nèi)編制了地震崩塌滑坡密度圖(圖6)，表征地震誘發(fā)松散堆積物發(fā)育度，作為震后易發(fā)性評價(jià)的補(bǔ)充指標(biāo)。

圖6 地震松散堆積物(地質(zhì)災(zāi)害)密度分布圖Fig.6 Density distribution of loose materials (geohazards) induced by earthquakes

4.2 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)過程

由于(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性信息量值和地震誘發(fā)松散堆積物密度值位于不同的取值區(qū)間，具有不同的量綱，不具有可比性，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。采用min-max標(biāo)準(zhǔn)化方法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行線性變換，使結(jié)果值映射到(0，1)之間。轉(zhuǎn)換函數(shù)如公式5所示，其中x為樣本數(shù)據(jù)，y為變換后的數(shù)據(jù)值，max為樣本數(shù)據(jù)的最大值，min為樣本數(shù)據(jù)的最小值。

y=(x-min)/(max-min)

(5)

已有學(xué)者研究了地震作用對震后地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響，發(fā)現(xiàn)相對于(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指標(biāo)因子的權(quán)重值，地震作用的權(quán)重值可以近似取0.3[4, 29]。以此類比，在青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)過程中，我們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)化后的(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性信息量值和地震誘發(fā)松散堆積物密度值分別賦予權(quán)重值0.7和0.3，然后進(jìn)行因子指標(biāo)疊加計(jì)算，獲得地震作用影響下的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)結(jié)果。

4.3 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)結(jié)果

結(jié)合區(qū)內(nèi)降雨、地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布特征和野外地質(zhì)災(zāi)害實(shí)地調(diào)查經(jīng)驗(yàn)，采用自然斷點(diǎn)分割法，按照地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)的大小將地質(zhì)災(zāi)害綜合易發(fā)性的自然單元(柵格數(shù)據(jù))劃分為3個(gè)級別：地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害中等易發(fā)和地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)，并進(jìn)行相應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃(圖7)。

圖7 青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)圖Fig.7 Comprehensive geohazard susceptibility considering seismic effect in the eastern margin of Tibetan Plateau

(1)地震作用對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響

與(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性(圖5)相比，地震影響區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性具有顯著增加趨勢，尤其是沿龍門山斷裂帶，從汶川縣到北川縣的汶川地震影響區(qū)域，蘆山和寶興等蘆山地震影響區(qū)域，魯?shù)槲髂喜康若數(shù)榈卣鹩绊憛^(qū)域，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性顯著高于震前水平，充分體現(xiàn)了地震作用對震后地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響?？刀ǖ卣饘φ鸷蟮刭|(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響不大，只是略微增加了震中東北部地形復(fù)雜區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性。

(2)地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)分布特征

地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)主要分布于龍門山斷裂帶、大渡河中上游、雅礱江流域下游、金沙江寧南—金陽—雷波段和白龍江流域舟曲段等區(qū)域。其中，龍門山斷裂帶地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)主要沿龍門山斷裂帶呈NW向展布，受汶川地震影響較大；大渡河中上游、雅礱江流域下游和金沙江寧南—金陽—雷波段地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)受深切河谷影響較大，呈現(xiàn)沿河谷分布特征。在這些地質(zhì)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)中，不乏人類活動(dòng)強(qiáng)度高、人口密度較大的區(qū)域，給人類生命財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重威脅。

(3)地質(zhì)災(zāi)害中等易發(fā)區(qū)分布特征

地質(zhì)災(zāi)害中等易發(fā)區(qū)分布于研究區(qū)的大部分區(qū)域，基本不受地震作用的影響。如川東紅層區(qū)、松潘—文縣—康縣一線、大金川河流域、鮮水河流域、雅礱江中游和大渡河下游等地區(qū)。

(4)地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)分布特征

地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)不受地震作用的影響，主要分布于巴顏喀拉塊體內(nèi)部、川滇菱形塊體內(nèi)部，四川盆地邊緣和零散分布的斷裂拉分盆地、寬緩河谷等低坡度、低地形起伏度地區(qū)。

5 討論

目前，青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)主要包括(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)和地震地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)，前者不考慮地震作用，后者主要集中于地震發(fā)生時(shí)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)，采用地震烈度、地震動(dòng)峰值加速度等因子來表征地震作用對地質(zhì)災(zāi)害的影響。然而，在震后一段時(shí)間內(nèi)，地震作用形成的松散堆積物能夠?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害提供豐富物源，在強(qiáng)降雨條件下，易再次啟動(dòng)轉(zhuǎn)化為地質(zhì)災(zāi)害，增加了地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度。因此，在震后地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)過程中，地震作用是一個(gè)需要考慮的重要因素，基于此，提出了考慮地震后效應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)思路。

在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育分布特征和相關(guān)因素分析的基礎(chǔ)上，提出了青藏高原東緣(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)的指標(biāo)體系。地震作用強(qiáng)烈地區(qū)往往發(fā)生更多的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，這些地質(zhì)災(zāi)害是松散堆積物的主要來源，因此我們采用地震誘發(fā)的松散物源量(地震崩塌滑坡密度)來表征地震作用對震后地質(zhì)災(zāi)害的持續(xù)影響，與(非震)降雨主導(dǎo)型地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)的指標(biāo)體系共同組成了考慮地震后效應(yīng)的青藏高原東緣地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)的指標(biāo)體系。

傳統(tǒng)信息量模型的因子指標(biāo)沒有賦予權(quán)重值，不能夠反映因子指標(biāo)對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的貢獻(xiàn)率差異，而Logistic邏輯回歸模型不能夠反映因子指標(biāo)內(nèi)部等級對地質(zhì)災(zāi)害的貢獻(xiàn)率差異，為了彌補(bǔ)兩種模型的缺點(diǎn)，發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，提出了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)的加權(quán)信息量模型，主要思路是：采用信息量模型計(jì)算的因子指標(biāo)信息量值和Logistic回歸模型計(jì)算的因子指標(biāo)權(quán)重值，進(jìn)行加權(quán)疊加分析，獲得地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指標(biāo)值。

考慮地震后效應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)結(jié)果表明：地震擾動(dòng)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性具有顯著增加趨勢，特別是沿龍門山斷裂帶的汶川地震影響區(qū)域，蘆山和寶興等蘆山地震影響區(qū)，魯?shù)槲髂喜康若數(shù)榈卣鹩绊憛^(qū)，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性顯著高于震前水平，說明地震效應(yīng)對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性具有顯著影響。采用的4次地震都大于Ms 6.0級，然而Ms 6.5級魯?shù)榈卣饘φ鸷蟮刭|(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的影響顯著大于震級相近的Ms 6.3級康定地震，這是因?yàn)榈匦螐?fù)雜的魯?shù)檎饏^(qū)產(chǎn)生了相對較多的地質(zhì)災(zāi)害，所以地震作用對震后地質(zhì)災(zāi)害的影響不僅與震級相關(guān)，也與地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量和強(qiáng)度相關(guān)，需要綜合考慮。

6 結(jié)論

(1)針對青藏高原東緣地震頻發(fā)和地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的特征，提出的兼顧降雨和地震后效應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性綜合評價(jià)思路能夠獲得較好的評價(jià)結(jié)果。

(2)將地震形成的松散物源量作為震后地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)因子，能夠很好的反映地震作用對震后地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的持續(xù)影響。

(3)結(jié)合傳統(tǒng)信息量模型和Logistic邏輯回歸模型，建立的加權(quán)信息量模型能夠獲得準(zhǔn)確的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)結(jié)果。

(4)相對于震前水平，地震擾動(dòng)區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性具有顯著增高趨勢，說明地震作用對地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性具有顯著影響。

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Geohazardsusceptibilityassessmentconsideringthelong-termseismiceffectintheeasternmarginofTibetanPlateau

YANG Zhihua1, 2, GUO Changbao1, 2, YAO Xin1, 2, DU Guoliang1, 2

(1.InstituteofGeomechanics,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100081，China; 2.KeyLaboratoryofNeotectonicMovementandGeohazard,MinistryofLandandResources,Beijing100081，China)

In the eastern margin of Tibetan Plateau, the frequent seismic activities induce lots of loose materials, which provide abundant sources for post-earthquake geohazards and increase considerably their intensity for a period of time. Based on the analysis of geological settings and archived geohazard survey data, the comprehensive assessment method of geohazard susceptibility considering the long-term seismic effect is presented. Using the amount of earthquake-induced loose materials to characterize the seismic effect on post-earthquake geohazards, the factors system of comprehensive geohazard susceptibility assessmentin the Eastern Margin of Tibetan Plateau is established. The traditional information value model and the logistic regression model are integrated to establish the weighted information value model, which is used to complete the comprehensive assessment of geohazard susceptibility. The study results show that the geohazards susceptibility in the earthquake-disturbed area is significantly higher than that before earthquakes. The seismic effect can change the forming conditions of geohazards and improve the post-earthquake geohazard susceptibility. The study results are of great significance to the geo-hazards evaluation and zoning in the active tectonic area.

eastern margin of Tibetan Plateau; seismic effect;geohazard susceptibility;weighted information value model

10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2017.04.17

P694

A

1003-8035(2017)04-0103-10

2017-06-24;

2017-07-26

國家自然科學(xué)基金(41502313)；國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)課題(2011FY110100-2)；中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(DD20160271，DD20179282)

楊志華(1982-)，男，山東濰坊人，博士，助理研究員，主要從事工程地質(zhì)與地質(zhì)災(zāi)害方面的工作。E-mail：yangzh99@163.com