強震區(qū)疊溪松坪溝景區(qū)地質(zhì)災害發(fā)育分布規(guī)律

穆成林，習朝輝，裴向軍，崔圣華

（1.四川師范大學，四川成都 610066；2.成都市勘察測繪研究院，四川成都 610000；3.成都理工大學，四川成都 610059）

0 引言

地震是地球內(nèi)部運動釋放大量能量的過程，將會對地表巖土體結構、穩(wěn)定等造成強烈的影響，誘發(fā)大量的地質(zhì)災害[1]。例如：汶川地震誘發(fā)地質(zhì)災害56 000 多處[1?2]；九寨溝地震誘發(fā)地質(zhì)災害1 800 多處[3]；玉樹地震距離斷裂2 km 范圍內(nèi)誘發(fā)地質(zhì)災害700 多處[4]；蘆山地震誘發(fā)地質(zhì)災害2 900 多處[5]；魯?shù)榈卣鹫T發(fā)地質(zhì)災害1 700 多處[6?7]。尤其是在強震山區(qū)，由于受各種地形、坡體結構、水系以及地震斷裂帶因素的影響，誘發(fā)地質(zhì)災害具有規(guī)模大、數(shù)量及類型多、運動距離遠等特征[8]。地質(zhì)災害的發(fā)生將會直接對相關的人民生命財產(chǎn)及基礎建設工程安全造成嚴重的影響。因此，對強震區(qū)地質(zhì)災害的發(fā)育分布規(guī)律研究就顯得尤為必要和重要，對后期的防災減災工作提供科學依據(jù)。目前，大量學者對地震區(qū)地質(zhì)災害的發(fā)育分布、變形破壞特征進行了研究，形成了一定的成果資料。例如，黃潤秋等[1]、許強等[2]以汶川地震觸發(fā)地質(zhì)災害為例，對地質(zhì)災害發(fā)育類型、分布位置、發(fā)育規(guī)模以及形成機理等進行了詳細論述；程強等[9?10]分別對汶川和九寨溝震區(qū)內(nèi)公路沿線發(fā)育崩滑災害進行了統(tǒng)計分類，厘定了主要影響因素和總結了崩塌和滑坡數(shù)量、發(fā)育特征和規(guī)律，提出了相對應的防治對策；梁靖等[11]以九寨溝地震為例，系統(tǒng)的統(tǒng)計九寨溝景區(qū)內(nèi)的災害數(shù)量、類型，并通過確定相關的影響因素，分析了地震誘發(fā)地質(zhì)災害發(fā)育分布規(guī)律；戴嵐欣等[3]、王絢等[12]對九寨溝地震災害進行分布特征、活動性預測、易發(fā)性評價初步研究；高會會等[13]對汶川震區(qū)震后地質(zhì)災害發(fā)育分布及演化特征統(tǒng)計分析，以滑坡和泥石流為例，從規(guī)模、烈度及時間3 個方面對汶川震后9a 來地質(zhì)災害演化特征及差異性進行了初步統(tǒng)計分析，并預測了2018——2025年滑坡和泥石流的演化趨勢；李明威等[14]對汶川震區(qū)泥石流的物源分布特征及規(guī)律進行分析，刻畫泥石流災害的演化過程等。

強震區(qū)疊溪松坪溝景區(qū)地質(zhì)災害多發(fā)于高陡邊坡，對于地質(zhì)工作者來說進行地質(zhì)災害調(diào)查的危險性和難度較高。本文通過前期的InSAR、無人機技術配合人工調(diào)查而構建“空-天-地”一體化的多源信息研究成果資料，對研究強震區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)災害發(fā)育受影響的主要因素以及分布數(shù)量、破壞面積等進行統(tǒng)計歸納分析，揭示發(fā)育分布規(guī)律，擬合相關分析模型，為強震區(qū)的防災減災提供可靠依據(jù)和參考數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

疊溪松坪溝景區(qū),地處青藏高原東南邊緣，屬于典型的構造侵蝕高山地貌，具有“高陡山，窄河谷”特點，區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構造復雜，新近構造活動強烈。歷史上遭受多次地震的影響，包括：汶川地震、松潘地震、疊溪地震。區(qū)域內(nèi)發(fā)育有大面積的三疊系地槽沉積物，基巖則以雜谷腦組、新都橋組的板巖、千枚巖為主。區(qū)域內(nèi)海拔高度在1868～4 800m，高差約3 000m。松坪溝左岸主要為順向坡、斜向坡，右岸主要為反向坡。區(qū)域內(nèi)水系以松坪溝水系為主，居中貫穿整個研究區(qū)。斷裂帶以松坪溝斷裂帶為主，其大致沿松平溝斷續(xù)分布，長近30 km。1933年疊溪7.5 級地震即發(fā)生于該斷裂之上，造成了大量的山體滑坡，也是造成“6·24”新磨村滑坡區(qū)巖體震裂的主要因素[15?16]。

2 地質(zhì)災害發(fā)育分布規(guī)律

強震區(qū)山高坡陡，傳統(tǒng)的調(diào)查手段和方法難以全區(qū)域、全空間的開展災害識別和調(diào)查測繪，通過構建“空-天-地”一體化的多源信息調(diào)查手段，共發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災害107 處，其中崩塌82 處，滑坡25 處。通過對疊溪松坪溝景區(qū)地質(zhì)災害統(tǒng)計分析，甄選原始坡度、發(fā)育高程、坡體結構、水系距離及斷裂帶距離等為地質(zhì)災害發(fā)育分布規(guī)律的5 個影響因素。

2.1 災害發(fā)育分布與原始坡度之間規(guī)律

原始坡度的大小不但可以直接影響災害的易發(fā)性[1?2]，而且同樣影響災害的發(fā)育特征。研究區(qū)內(nèi)92%的災害發(fā)育的坡度大于30°，其中30°～50°坡度區(qū)域，滑坡和崩塌災害分別為18 處、73 處，各占滑坡和崩塌總數(shù)的72%、89%；滑坡破壞面積為1 285.32×104m2，約占滑坡總破壞面積的95.2%；崩塌破壞面積為268.26×104m2，約占崩塌總破壞面面積的86.4%。其中，單個最大破壞面積的滑坡、崩塌均在該坡度范圍內(nèi)。依據(jù)統(tǒng)計分析，災害發(fā)育數(shù)量和規(guī)模與原始坡度之間關系見圖1—圖3。

圖1 災害發(fā)育與原始坡度關系圖Fig.1 The relationship between disaster development and original slopes

圖2 災害發(fā)育數(shù)量與原始坡度關系圖Fig.2 The relationship between disaster development quantity and original slopes

圖3 災害破壞面積與坡度關系圖Fig.3 The relationship between disaster damage area and original slopes

2.2 災害發(fā)育分布與高程之間規(guī)律

研究區(qū)內(nèi)災害發(fā)育位置高程幅度較大，從2 000～4 200m 范圍內(nèi)均存在。其中，高程為2 200～3 400m范圍內(nèi)災害最為發(fā)育，滑坡、崩塌分別為10 處、43 處，分別占該類型總量的40%、51.5%，但該高程范圍內(nèi)災害破壞面積小。高程3 400～3 800m 范圍內(nèi)，發(fā)育滑坡4 處，崩塌5 處，破壞面積高達718.44×104m2，占總破壞面積的42.6%，其中以大型變形破壞滑坡最為顯著，例如，2017年發(fā)生于疊溪的新磨村滑坡等。依據(jù)統(tǒng)計分析，災害發(fā)育數(shù)量和破壞面積與高程之間關系見圖4—圖6。

圖4 災害發(fā)育與高程關系圖Fig.4 The relationship between disaster development and elevation

圖5 災害發(fā)育數(shù)量與高程關系圖Fig.5 The relationship between disaster development quantity and elevation

圖6 災害破壞面積與高程關系圖Fig.6 The relationship between disaster damage area and elevation

2.3 災害發(fā)育分布與坡體結構之間規(guī)律

震區(qū)災害的發(fā)育程度受坡體結構控制，這是大量的研究成果一致的結論[2，9]。針對研究區(qū)坡體結構特征，將其分為順向坡、斜向坡和反傾坡。崩塌主要發(fā)育于斜向坡中，共43 處，占總數(shù)的52.4%，總破壞面積高達193.32×104m2，占崩塌破壞面積的62.2%，最大規(guī)模的崩塌發(fā)育于反傾坡中；滑坡主要發(fā)育于順向坡和斜向坡中，兩種類型的斜坡共有20 處滑坡，且破壞面積巨大，其中順向坡中最大滑坡單體破壞面面積為173.73×104m2，斜向坡中順向坡中最大滑坡單體破壞面面積為332.94×104m2，順向坡和斜向坡發(fā)育滑坡的總破壞面積高達12.735 4×106m2，占滑坡破壞面積的94.4%。依據(jù)統(tǒng)計分析，災害發(fā)育數(shù)量和破壞面積與坡體結構之間關系見圖7—圖8。

圖7 災害發(fā)育數(shù)量與坡體結構關系圖Fig.7 The relationship between disaster development quantity and slope structure

圖8 災害破壞面積與坡體結構關系圖Fig.8 The relationship between disaster damage area and slope structure

2.4 災害發(fā)育分布與水系距離之間規(guī)律

研究區(qū)地質(zhì)構造復雜且新運動強烈，形成以多條河流水系，其中松坪溝水系則直接居中穿過研究區(qū)，而災害基本發(fā)育在松坪溝水系左右4.0 km 范圍內(nèi)。通過調(diào)查分析，災害的發(fā)育程度與水系關系密切，即距離水系距離小，則災害發(fā)育程度高。通常小型崩塌、大型滑坡發(fā)育距離水系距離為0～2.5 km，大型崩塌發(fā)育距離為2.0～3.0 km。滑坡破壞面積以0～1.0 km 最大，崩塌破壞面積以2.0～3.0 km 最大，兩種災害的破壞面積呈現(xiàn)差異性分布。依據(jù)統(tǒng)計分析，災害發(fā)育數(shù)量和破壞面積與水系距離之間關系見圖9—圖11。

圖9 災害發(fā)育與水系距離關系圖Fig.9 The relationship between disaster development and river system distance

圖10 災害發(fā)育數(shù)量與水系距離關系圖Fig.10 The relationship between disaster development quantity and river system distance

圖11 災害破壞面積與水系距離關系圖Fig.11 The relationship between disaster damage area and river system distance

通過對災害發(fā)育與水系距離的擬合，獲取相關計算模型：

災害發(fā)育數(shù)量與水系距離計算模型為：

災害發(fā)育破壞面積與水系距離計算模型為：

式中：N——災害發(fā)育數(shù)量/處；

S——災害發(fā)育破壞面積/km2；

Dw——災害發(fā)育處與水系的距離/km。

2.5 災害發(fā)育分布與地震斷裂帶距離之間規(guī)律

松坪溝斷裂帶直接穿過研究區(qū)，目前仍具有一定的活動性，很大程度上控制了災害的發(fā)育程度，對災害的發(fā)育分布影響最大。研究區(qū)地質(zhì)災害沿松坪溝斷裂帶呈“串珠狀”分布，并且災害的發(fā)育與距離呈現(xiàn)一定的規(guī)律性：距離斷裂帶1.0 km 范圍內(nèi)，發(fā)育滑坡16 處、崩塌34 處；距離斷裂帶1.0～2.0 km 范圍內(nèi)，發(fā)育滑坡6 處、崩塌26 處；距離斷裂帶2.0～3.0 km 范圍內(nèi)，發(fā)育滑坡2 處、崩塌16 處；距離斷裂帶3.0～5.0 km 范圍內(nèi)，發(fā)育滑坡1 處、崩塌5 處；距離松坪溝斷裂5 km 以外的范圍，地質(zhì)災害發(fā)育較少。破壞面積隨著距離斷裂帶逐漸增加而具有逐漸較小分布規(guī)律。依據(jù)統(tǒng)計分析，災害發(fā)育數(shù)量和破壞面積與斷裂帶距離之間關系見圖12——14。

圖12 災害發(fā)育與斷裂帶距離關系圖Fig.12 The relationship between disaster development and fault zone distance

圖13 災害發(fā)育數(shù)量與斷裂帶距離關系圖Fig.13 The relationship between disaster development quantity and fault zone distance

圖14 災害破壞面積與斷裂帶距離關系圖Fig.14 The relationship between disaster damage area and fault zone distance

災害發(fā)育數(shù)量、破壞面積與松坪溝斷裂帶距離Dr的計算模型為：

式中：N——災害發(fā)育數(shù)量/處；

S——災害發(fā)育破壞面積/km2；

Dr——災害發(fā)育處與水系的距離/km。

3 分析與討論

研究區(qū)疊溪松坪溝景區(qū)地質(zhì)構造復雜，山高坡陡，地震活動頻繁，為典型的強震區(qū)，其特點為地質(zhì)災害發(fā)育數(shù)量及破壞面積較大，且具有一定的發(fā)育分布規(guī)律。本文依據(jù)前期多元信息的調(diào)查研究成果為基礎，對研究區(qū)內(nèi)的107 處地質(zhì)災害（崩塌、滑坡）進行統(tǒng)計歸納分析，以災害發(fā)育原始坡度、高程、坡體結構、水系距離以及斷裂帶距離為研究因素，分別進行了與崩塌、滑坡災害的數(shù)量及破壞面積之間發(fā)育分布歸納總結，繪制了各因素與災害之間相應的發(fā)育分布規(guī)律圖以及建立了分析模型。研究基礎數(shù)據(jù)可靠，影響因素選取合理，發(fā)育分布規(guī)律歸納總結科學準確。

上述5 種因素如何影響或控制地質(zhì)災害發(fā)育分布規(guī)律？隨著關于強震區(qū)地質(zhì)災害研究的深入，目前較為一致的結論認為[15?19]：原始坡度的坡面效應和地面徑流效應，即在較小坡度（<30°），坡面的地震效應較小，徑流效應較大，而較大坡度（>50°），坡面的地震效應較大，徑流效應較小，因此，在30°～50°的坡面時，地震效應和徑流效應的兩者耦合條件下，誘發(fā)地質(zhì)災害的發(fā)育；地震波傳播的高程效應，即在一定高程內(nèi)，地震波具有放大效應；能量傳播的距離衰減效應或斷層效應，即離發(fā)震斷裂越遠，地震波能量衰減越多，地震動越弱，地質(zhì)災害發(fā)育越少；同樣，距離水系越遠的山體，河谷深切產(chǎn)生的卸荷效應減弱，內(nèi)部含有裂隙水越少、地下水越深，地質(zhì)災害發(fā)育越少。上述的研究結論仍需進一步的深入的論證，這也是作者目前征在努力的研究方向和工作。

然而，強震區(qū)地質(zhì)災害的發(fā)育受眾多因素影響，除了上述的5 種影響因素外，還包括區(qū)域烈度、地層巖性、坡向（與斷裂帶方位）、后期的降雨以及人類活動等。因此，災害的發(fā)育是一個復雜的系統(tǒng)的工程，各因素之間相互作用和影響，最終表現(xiàn)出具有一定發(fā)育分布的規(guī)律現(xiàn)象。如何甄選影響因素并揭示或建立分析模型進而研究其災害的發(fā)育分布規(guī)律，對指導強震區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展、基礎工程建設以及防災減災等工作都具有重要的意義。然而，目前的研究尚未考慮全面或未能有機相互結合相關影響因素、各種差異的災害孕育條件等，分析預測系統(tǒng)存在欠缺完整性和實踐性，這是強震區(qū)地質(zhì)災害發(fā)育分布規(guī)律的研究的難點之一。

同樣，以災害發(fā)育分布規(guī)律為基礎，針對性的劃分區(qū)域，并建立科學的易發(fā)性、穩(wěn)定性評價模型或方法，是需要進一步深入研究。

4 結論

（1）通過多元信息手段對強震區(qū)疊溪松坪溝景區(qū)發(fā)育的107 處地質(zhì)災害類型、數(shù)量以及破壞面積等進行詳細調(diào)查，并甄選災害發(fā)育原始坡度、高程、坡體結構、水系距離以及斷裂帶距離為5 個主要影響因素，分別進行統(tǒng)計歸納，并繪制災害發(fā)育分布規(guī)律圖以及與水系距離、斷裂帶距離的分析模型。

（2）研究成果揭示地質(zhì)災害發(fā)育在30°～50°坡度區(qū)域發(fā)育數(shù)量最多，占總量的70%以上，破壞面積最大，占總量的85%以上；高程為2 200～3 400m 范圍內(nèi)災害最為發(fā)育，占總量的約50%，高程3 400～3 800 m范圍內(nèi)單個災害破壞面積最大；順向坡、斜向坡條件下，滑坡災害發(fā)育數(shù)量及破壞面積近似相等，而崩塌在斜向坡最為發(fā)育，約占崩塌總量的52.3%；水系距離、斷裂帶距離在0～2.0 km 范圍內(nèi)，災害發(fā)生數(shù)量大，約占82.5%，破壞面積最大，約占總量的88.3%，整體呈現(xiàn)就近發(fā)育數(shù)量大，破壞面積大的規(guī)律。

（3）針對強震區(qū)地質(zhì)災害發(fā)育分布規(guī)律研究成果，對指導強震區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展、基礎工程建設以及防災減災等工作都提供科學依據(jù)或參考，具有重要的意義；同時，也討論分析了災害發(fā)育分布規(guī)律研究是一個系統(tǒng)的工程問題，目前所存在的問題等需要進一步深入研究和思考。