九寨溝地震前后次生地質(zhì)災(zāi)害分布特征分析

劉果，張友誼，張珊珊，葉小兵，袁亞東

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，綿陽 621010)

2017年8月8日四川省阿壩州九寨溝縣境內(nèi)發(fā)生Ms7.0級(jí)地震，震中位于九寨溝核心景區(qū)西部5 km處比芒村(33.20°N，103.82°E)，震源深度20 km(據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù))。發(fā)震區(qū)位于巴顏喀拉塊體的東北部頂角區(qū)，屬于龍門山斷裂帶、塔藏?cái)嗔褞А⑨航瓟嗔褞Ш突⒀罃嗔褞У慕粎R區(qū)，本次地震發(fā)震斷裂帶為虎牙斷裂，地震破裂面沿北西走向，傾向西南，傾角較陡(70°～80°)，最大滑動(dòng)距離85 cm，主破裂長約30 km。地質(zhì)災(zāi)害空間分布和密度受地震斷裂帶和地震動(dòng)強(qiáng)度的控制，斷裂效應(yīng)和距離效應(yīng)明顯[1-2]。

九寨溝地震誘發(fā)大量地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全和公共基礎(chǔ)設(shè)施。本文應(yīng)用Arcgis軟件平臺(tái)對地震前后地質(zhì)災(zāi)害分布特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布規(guī)律，為地震災(zāi)區(qū)次生地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防和災(zāi)后重建工程選址提供科學(xué)依據(jù)。

1 自然環(huán)境

1.1 氣象、水文條件

研究區(qū)位于青藏高原東部邊緣，屬高原寒溫帶-亞熱帶季風(fēng)氣候。據(jù)九寨溝縣氣象站25 a(1991～2016)觀測資料，研究區(qū)多年平均氣溫7.3℃，多年降水量550～780 mm，集中在5～10月，約占全年降雨量的75%，多以暴雨的形式出現(xiàn)。研究區(qū)地處嘉陵江水系西支涪江水系的西源白水江，縣域內(nèi)發(fā)育黑河、白河、湯珠河、白水江4大河流，整體呈南北徑流。地表徑流主要接受地表水、地下水補(bǔ)給，地下水類型以潛水為主[3]。

1.2 地貌條件

九寨溝縣地處深切割高山峽谷地帶，地勢由北西向東南逐漸降低，最高海拔為尕而納峰4 654 m，最低處為東南邊緣的柴門關(guān)海拔1 161 m，境內(nèi)山脈縱橫，相對高差懸殊。根據(jù)區(qū)內(nèi)海拔高度，劃分為高山山地地貌、高山坡地地貌和高山河谷地貌[4](圖1)。

圖1 災(zāi)害點(diǎn)分布與地形關(guān)系圖

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及巖性

九寨溝縣屬于巴彥喀拉地塊東部的川西北斷塊，處于“南北向地震構(gòu)造帶”的中段，斷塊及附近區(qū)域包括西秦嶺地槽褶皺帶、龍門山推覆斷褶帶、川西北斷塊等構(gòu)造單元。對地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境有較大影響的文縣-馬沁斷裂、岷江斷裂及虎牙斷裂。區(qū)域內(nèi)巖石類型較多，以灰?guī)r為主，出露的地層有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、第三系和第四系(圖2)。

圖2 研究區(qū)地層巖性分布圖

2 地質(zhì)災(zāi)害分布特征分析

據(jù)筆者參加的“8.8九寨溝地震災(zāi)區(qū)恢復(fù)重建項(xiàng)目部”資料(截止2017年8月21日)，震前九寨溝縣共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害472處，222處泥石流、132處崩塌、78處滑坡、40處不穩(wěn)定斜坡；“8.8”九寨溝地震后，新增地質(zhì)災(zāi)害272處，崩塌156處、滑坡54處、不穩(wěn)定斜坡51處、泥石流11處。本文對地層巖性、高程、坡度、距河流距離、距斷層距離、震中距、地震烈度等7個(gè)影響地質(zhì)災(zāi)害分布的關(guān)鍵環(huán)境因素進(jìn)行分析，得到地質(zhì)災(zāi)害分布特征?；A(chǔ)資料包括1∶5萬區(qū)域工程地質(zhì)條件圖、1∶5萬地形圖、中國地震局2017年8月12日發(fā)布的《四川九寨溝7.0級(jí)地震烈度圖》以及研究區(qū)域DEM(數(shù)字高程模型)[5]。

2.1 與地層巖性的關(guān)系

對比震前、震后地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布與地層巖性的相對關(guān)系(表1)，震前地質(zhì)災(zāi)害分布于灰?guī)r地層最多，砂巖次之，多以崩塌、泥石流為主。地震前后第四系土層中災(zāi)害點(diǎn)密度最大，灰?guī)r次之。震后新增地質(zhì)災(zāi)害主要集中于灰?guī)r地區(qū)，多為淺表層滑坡、崩塌等地震伴生地質(zhì)災(zāi)害。這與多位學(xué)者對汶川地震、蘆山地震等地震伴生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展趨勢一致[6]。

表1 災(zāi)害分布與巖性的關(guān)系

2.2 與高程的關(guān)系

以600 m為區(qū)間對區(qū)域高程進(jìn)行劃分，統(tǒng)計(jì)災(zāi)害點(diǎn)分布與高程關(guān)系(表2)，震前、震后新增災(zāi)害點(diǎn)在高程2 000～2 600 m區(qū)間內(nèi)分布最多，高程<2 000 m災(zāi)害點(diǎn)密度最大，>2 000時(shí)隨著高程的增加災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量呈遞減的趨勢。研究區(qū)內(nèi)海拔2 000 m以下多為縣城及村鎮(zhèn)等地勢寬緩地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量較少，2 000～2 600 m主要為九寨溝景區(qū)內(nèi)各村寨聚集點(diǎn)、主要河流及景點(diǎn)分布高程。隨著高程的增加地貌呈現(xiàn)出由高山河谷地貌向高山山地地貌的過渡狀態(tài)，研究區(qū)內(nèi)山高坡陡，河床狹窄，山體臨空面較大，利于地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育[7]。

表2 地質(zhì)災(zāi)害分布與高程的關(guān)系

圖3 災(zāi)害分布與坡度關(guān)系

2.3 與坡度的關(guān)系

震前472處和震后新增272處災(zāi)害點(diǎn)中，在不同斜坡坡度范圍內(nèi)分布規(guī)律相似。15°～45°范圍內(nèi)震前和震后新增災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量分別占總數(shù)的82.2%和84.2%，其中25°～35°內(nèi)分布災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量最多(圖3)；震前災(zāi)害點(diǎn)密度隨斜坡坡度的增加而增大，在>15°后增長速率明顯增大；震后新增災(zāi)害點(diǎn)密度在0°～35°坡度范圍內(nèi)呈遞增趨勢，>45°范圍內(nèi)新增災(zāi)害點(diǎn)密度有所下降。因?yàn)殡S著地形坡度的增加，受災(zāi)對象減少，且地表地層由第四系覆蓋層向基巖過渡，這與前述次生地質(zhì)災(zāi)害在第四系土層中分布密度最大的觀點(diǎn)相吻合。震前災(zāi)害種類以崩塌、泥石流為主，多發(fā)育在坡度25°～45°[8]。

2.4 與河流距離的關(guān)系

以300 m為標(biāo)準(zhǔn)劃分災(zāi)害點(diǎn)與河流的距離，統(tǒng)計(jì)分析地震前后災(zāi)害點(diǎn)與距河流距離的關(guān)系，如圖4所示。地震前后災(zāi)害點(diǎn)集中分布在距河流300 m范圍內(nèi)，分別占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的79.45%和81.25%，災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量與密度均隨著與河流間距離增加而呈遞減的趨勢，災(zāi)害點(diǎn)沿河流呈明顯的線狀分布。因?yàn)楹恿鲗砂都皟蓚?cè)斜坡有較強(qiáng)下切侵蝕作用，導(dǎo)致山體臨空面增加，穩(wěn)定性下降。

圖4 災(zāi)害分布與距河流距離的關(guān)系

2.5 與主要斷層距離的關(guān)系

沿主要斷裂帶按5 km間距，對研究區(qū)域進(jìn)行劃分，其分布特征如表3所示。震前、震后新增災(zāi)害點(diǎn)距活動(dòng)斷裂帶越遠(yuǎn)，其密度越小，3 km以內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育，災(zāi)害點(diǎn)密度也相對較大，距斷層10 km以外范圍災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量明顯降低。宏觀分析，震前、震后新增災(zāi)害點(diǎn)沿?cái)鄬映蕩罘植迹?5 km范圍內(nèi)最為敏感，研究區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)受斷層控制明顯。

表3 災(zāi)害分布與斷層距離的關(guān)系

3 地震與新增災(zāi)害點(diǎn)分布關(guān)系

研究區(qū)西、北、南三面均有明顯的斷裂帶，構(gòu)造復(fù)雜，存在不同構(gòu)造體系的新老構(gòu)造形跡，屬新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)，地震活動(dòng)頻發(fā)。根據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)速報(bào)目錄，此次震中(九寨溝核心景區(qū)西部5 km處)周邊200 km內(nèi)近5 a來發(fā)生3級(jí)以上地震共142次[9]。

3.1 與地震烈度的關(guān)系

根據(jù)中國地震局發(fā)布的《四川九寨溝7.0級(jí)地震烈度圖》，將研究區(qū)域劃分為Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ，4個(gè)烈度區(qū)，新增地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)在各地震烈度區(qū)分布如表4。新增災(zāi)害點(diǎn)主要集中分布Ⅷ度及以上區(qū)域區(qū)，共計(jì)新增183處，占總數(shù)的67.28%，該區(qū)域面積僅914 km2，占研究區(qū)面積的17.28%。隨著地震烈度的降低，新增災(zāi)害點(diǎn)密度也逐步減少。Ⅸ度區(qū)地震烈度最高，但該區(qū)域面積小，受災(zāi)體少，故地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量較少[10]。

表4 災(zāi)害分布與烈度的關(guān)系

3.2 與震中距的關(guān)系

采用10 km間距為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)震后新增災(zāi)害點(diǎn)與震中距的關(guān)系，如表5所示。本次地震震中位于九寨溝核心景區(qū)內(nèi)部深山林區(qū)，距震中<10 km范圍內(nèi)受災(zāi)體少，新增的災(zāi)害點(diǎn)數(shù)量相對較少。在震中距10～20 km范圍內(nèi)新增災(zāi)害點(diǎn)最多，共計(jì)117處，占總數(shù)的43%，大部分位于九寨溝景區(qū)內(nèi)部。新增災(zāi)害點(diǎn)密度隨震中距的增大而減小，地震對新增災(zāi)害點(diǎn)分布起主控作用。

表5 災(zāi)害分布與震中距的關(guān)系

4 結(jié)論

本文主要得出以下主要結(jié)論：

(1) 地震對震后新增地質(zhì)災(zāi)害的分布起主要控制作用，距震中30 km范圍內(nèi)震后新增災(zāi)害點(diǎn)220處，占新增總數(shù)的80.88%，新增災(zāi)害點(diǎn)密度隨震中距的增大而減小。此外，災(zāi)害點(diǎn)主要集中分布在地震烈度Ⅷ度及以上區(qū)域，災(zāi)害點(diǎn)占總數(shù)的67.28%，區(qū)域面積僅占總數(shù)的17.28%，災(zāi)害點(diǎn)密度隨地震烈度的減小而減小。

(2) 地震前后，災(zāi)害點(diǎn)的分布與河流距離有著密切關(guān)系，集中分布在距離河流300 m范圍以內(nèi)，其分布規(guī)律隨著距河流距離的增大而減小，呈明顯線狀分布。

(3) 震后新增地質(zhì)災(zāi)害分布在高程2 000～2 600 m最多，2 600～3 200 m次之。高程 2 000～3 200 m為高山河谷向高山山地過渡地貌，大部分河流、湖泊也位于此高程，有利于地質(zhì)災(zāi)害形成。

(4) 震后新增災(zāi)害點(diǎn)多分布在坡度25°～35°范圍內(nèi)，以淺表層滑坡、崩塌為主。

(5) 九寨溝景區(qū)內(nèi)各村寨聚集點(diǎn)、景點(diǎn)等符合地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)特征，并且地震伴生的淺表層地質(zhì)災(zāi)害為泥石流發(fā)育提供較好的物源條件。因此，在未來3～5 a內(nèi)雨季應(yīng)切實(shí)做好泥石流預(yù)防工作[11]。