強震地質(zhì)災(zāi)害效應(yīng)及風(fēng)險防控

黃潤秋

我國是一個地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)且損失極為嚴(yán)重的國家。目前，近30萬處登記在冊的地質(zhì)災(zāi)害隱患點，分布在2/5的國土上；400余座縣城，近5000座集鎮(zhèn)，約1/2的人口受到地質(zhì)災(zāi)害的影響。地質(zhì)災(zāi)害對人民的生命和財產(chǎn)構(gòu)成巨大威脅，造成重大損失，已成為影響我國社會公共安全的重要因素?？傮w來說，地質(zhì)災(zāi)害主要分布在我國南方地區(qū)，由于當(dāng)?shù)厝丝诒姸?，所以地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險更高。

中國地震災(zāi)害風(fēng)險特別高有幾個主要原因。一是復(fù)雜的地貌景觀。從西部到東部，從青藏高原到黃土高原、四川盆地，最后到東部的丘陵、平原、三角洲地區(qū)，形成了三級地形過渡帶，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了地理基礎(chǔ)。二是活躍的構(gòu)造環(huán)境。我國的地震構(gòu)造背景，特別是板內(nèi)地震強烈。三是特殊的巖土性質(zhì)。我國不僅大的宏觀地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且各區(qū)域巖土的基本特性也很復(fù)雜，特別是在高海拔地區(qū)。四是迥異的氣侯特征。這么多復(fù)雜的特征共同存在，決定了中國是一個地震災(zāi)害風(fēng)險極高、地震災(zāi)害發(fā)生頻繁的國家。

地震與滑坡災(zāi)害

中國的地質(zhì)災(zāi)害特別是滑坡災(zāi)害，總的來說分為三類：重力滑坡、地震滑坡、降雨滑坡，地震滑坡和降雨滑坡是主要類型。其中，地震滑坡必須有兩個條件：地震帶和比較復(fù)雜的地形。毫無疑問，在我國青藏高原周邊地帶，特別是南北向地震帶上，都具有符合這兩個條件最好的基礎(chǔ)。一方面，它們位于南北向的地質(zhì)構(gòu)造上，青藏高原板塊和揚子板塊剛性碰撞，板內(nèi)構(gòu)造活動非常強烈，處于強震活躍地帶；另一方面，在那里，青藏高原向云貴高原和四川盆地過渡，地形復(fù)雜。在這樣的背景下，青藏高原東側(cè)頻繁發(fā)生強震，同時觸發(fā)大量地震滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

近年來，尤其在汶川地震以后，我們對近200年以來地震帶上的地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)基本上每次強震都會觸發(fā)群體性的地質(zhì)災(zāi)害，都會導(dǎo)致大規(guī)?；拢一碌臄?shù)量與震級的關(guān)系非常密切。

地震引發(fā)的次生災(zāi)害中有三個科學(xué)問題值得我們深入思考。

第一，強震是如何觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的，機理是什么？在強震情況下，斜坡是怎么失穩(wěn)的，怎么滑下來的？

第二，震后地質(zhì)災(zāi)害如何表現(xiàn)，也就是它的后效應(yīng)如何表現(xiàn)。強震是一個瞬時事件，但是強震以后的地質(zhì)災(zāi)害是一個長期事件。怎么認(rèn)識強震以后地質(zhì)災(zāi)害的后效應(yīng)？它的發(fā)生過程有什么規(guī)律？

第三，如何發(fā)現(xiàn)和防控強震后的地質(zhì)災(zāi)害？

這三個科學(xué)問題是擺在我們面前比較具有挑戰(zhàn)性的問題。以慘烈的汶川地震為例，可以回答這三個問題中的大部分內(nèi)容，特別是第一個問題。汶川地震中，形成的地震破裂帶總長近300公里，觸發(fā)滑坡和崩塌61000余處，造成8萬多人死亡，其中因為滑坡導(dǎo)致的死亡人數(shù)達(dá)到2.5～3.0萬人，占死亡總?cè)藬?shù)的1/3。

通過對發(fā)生滑坡、崩塌位置的數(shù)據(jù)整理，我們發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律：地震滑坡都是沿著地震斷裂帶分布；地震滑坡受水系、地形以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響。

通過對汶川地震的研究發(fā)現(xiàn)，汶川地震引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害所具有的現(xiàn)象和特征已經(jīng)難以采用通常的術(shù)語去描述，為此我們定義了若干新的詞語，如震裂、潰滑、潰崩、拋射等，用以描述強震過程中坡體破壞的基本過程和特征。在此基礎(chǔ)上，將強震條件下斜坡失穩(wěn)機制劃分為五大類、14個小類，建立了新的強震誘發(fā)崩滑地質(zhì)災(zāi)害的成因機制分類體系。

汶川地震中，潰滑型滑坡是主要類型，山體結(jié)構(gòu)在地震中受到摧毀，像一盤散沙一樣潰滑下來。這種滑坡的滑動速度很高，滑動距離比較遠(yuǎn)，摧毀性很強。從地形上看，這種滑坡由高陡的后緣拉裂和低緩的前緣剪切段構(gòu)成 “L”型滑面，絕大多數(shù)物質(zhì)滑到了坡體的下部，山體上部的破壞以拉破壞為主，山體下部的剪切破壞較少，這是與傳統(tǒng)的重力滑坡不同的地方。安縣大光包滑坡是典型的地震引發(fā)的潰滑型山體滑坡，共產(chǎn)生堆積土石方11.5億立方米，形成的可見后緣斷壁陡壁裸露部分有800米，另外被碎石堆積掩蓋的陡壁還有幾百米。

汶川地震后，很多山體雖然沒有發(fā)生可見的滑坡，但是地震造成山體松動，形成震裂山體，具有潛在不穩(wěn)定性。汶川地震后的次生地質(zhì)災(zāi)害如何表現(xiàn)，即后效應(yīng)問題成為困擾災(zāi)后重建和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個重要問題，它關(guān)系到什么時間適合重建、怎么建、在哪建的問題。地震觸發(fā)的大量松散物質(zhì)堆積于溝道和坡面，為形成泥石流體提供了條件。在我們后續(xù)的跟蹤研究中，也證實了這個現(xiàn)象，斷層的“鎖固段”地區(qū)是地震的高發(fā)區(qū)，這里有大量的滑坡堆積物，也是泥石流的高發(fā)區(qū)。2008年9月，北川縣城遭遇泥石流的二次摧毀。最近十年，已經(jīng)恢復(fù)重建的地區(qū)不同程度地受到次生地質(zhì)災(zāi)害的威脅和破壞。

近十年來，我們對震前震后泥石流發(fā)生情況進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)2012-2016年泥石流產(chǎn)生的次數(shù)陡增，如果不加以干涉，汶川地區(qū)的泥石流發(fā)生頻率估計需要20～25年才能恢復(fù)到震前水平。這個結(jié)論的依據(jù)是當(dāng)?shù)氐谋┯昴曛芷?。研究發(fā)現(xiàn)，從上世紀(jì)90年代到近年，汶川地區(qū)的暴雨年周期是4～6年。針對這個規(guī)律，我們構(gòu)建了新的基于臨界雨量的泥石流監(jiān)測預(yù)警模型，能夠?qū)δ嗍鞯陌l(fā)生進(jìn)行預(yù)警，包括災(zāi)害的發(fā)生時間和運動堆積范圍。我們也發(fā)現(xiàn)，強震后的山區(qū)，泥石流爆發(fā)的臨界降雨量下降了約30% 。對泥石流治理，可以采用“水砂分流”“水土分離”“柔性排導(dǎo)槽”等新思路和新工藝，解決震后大型泥石流治理的難題，目前已經(jīng)成功治理了清平文家溝、映秀紅椿溝、燒房溝等大型泥石流災(zāi)害。

發(fā)現(xiàn)與防控震后地質(zhì)災(zāi)害

地震導(dǎo)致大量山體震裂、松動，形成隱蔽的“震裂山體”，為震后降雨觸發(fā)大規(guī)模泥石流和滑坡提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，同時還可能形成高位滑坡。怎么識別、評估這些震裂山體和它們的潛在風(fēng)險，才是真正的難題。之所以難，一是發(fā)生部位高，很難開展人工排查；二是隱蔽性強，很容易被植被遮蔽；三是突發(fā)性強；四是破壞性大。

地震不可控，但地震引起的地質(zhì)災(zāi)害是可防可控的，關(guān)鍵是要知道它的規(guī)律。震裂山體有什么規(guī)律？滑坡大都是在震裂山體的基礎(chǔ)上發(fā)生的，地震之前就有裂縫，地震時又把裂縫加大了，這些都是滑坡發(fā)生的基礎(chǔ)。后來我們發(fā)現(xiàn)，識別這一類潛在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的關(guān)鍵，就是找到震裂山體。怎么找？不外乎兩種手段，地質(zhì)調(diào)查和人工排查的方法，但從實際情況來看顯然行不通。經(jīng)過這幾年的探索，我們構(gòu)建了由衛(wèi)星、飛機、地面?zhèn)鞲衅鳂?gòu)成的“空-天-地一體化多傳感器”的立體觀測體系。高精度遙感能夠觀測到不同時間里山體裂縫的變化情況，實現(xiàn)對潛在危險的普查。差分雷達(dá)干涉測量（D-InSAR）可以實現(xiàn)對同一地物不同時間的多次觀測，當(dāng)該地物的幾何位置發(fā)生了變化，我們認(rèn)為地表發(fā)生形變，以此實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的識別，其精度可以達(dá)到毫米級別。利用無人機攝影測量技術(shù)，我們形成了一套無人機航空攝影測量和三維數(shù)據(jù)處理技術(shù)流程，通過獲取大范圍正射影像、三維地形數(shù)據(jù)，生成地形圖，確定災(zāi)害體邊界，定位地震裂縫，獲取剖面。從地形圖測量到地質(zhì)填圖，再到災(zāi)害填圖、災(zāi)害識別，克服了人力難以實現(xiàn)的難題，并提高了準(zhǔn)確性。我們將激光掃描儀、成像裝置、定位系統(tǒng)、飛行慣導(dǎo)系統(tǒng)等設(shè)備組成一套系統(tǒng)，搭載在無人機或直升機上，形成機載型激光掃描系統(tǒng)。它的優(yōu)勢是雷達(dá)信號可以穿透植被到達(dá)地表，對地表的“損傷”作高精度探測。以上四種方法，特點不一樣，不足之處也很明顯，所以一般來說，能夠把這四種方法綜合運用，對震裂山體的識別，對潛在危害和風(fēng)險的識別，都會上一個新的臺階。

今后2～3年內(nèi)，我們擬采用這套技術(shù)對四川西部山區(qū)人口相對集中的區(qū)域開展大面積的災(zāi)害識別和核查工作，以此構(gòu)建災(zāi)害的主動防御體系，從而改變長期以來對震后滑坡災(zāi)害被動應(yīng)對的局面，最大限度減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。endprint