岷江流域映秀—茂縣段地震次生地質災害分布規律及發展趨勢分析

魏永明， 魏顯虎， 陳玉

(中國科學院遙感與數字地球研究所，北京 100101)

0 引言

2008年5月12日14時28分，四川省汶川縣映秀鎮(E103.4°,N31.0°)發生里氏8.0級強烈地震。這次地震是龍門山斷裂帶中段最新活動的強烈體現[ 1-6]。由于汶川大地震發生在中、高山地區，因而誘發了大量的崩塌、滑坡等地質災害。據估計，地震誘發的地質災害點有3～4萬處，分布在沿龍門山斷裂帶的四川省境內50個縣(市)和甘肅、陜西省的部分地區，受災面積達44萬km2[7-11]。其中，汶川縣、茂縣、北川縣及青川縣地震引起的次生地質災害最為嚴重。本次地震誘發了大量的大(巨)型滑坡，如北川縣唐家山滑坡、青川縣東河口滑坡、綿竹市清平鄉文家溝滑坡和安縣大光包滑坡等，其中安縣大光包滑坡是我國乃至世界目前發生的最大地震滑坡，分布面積約為7.12 km2，估算體積達74 200萬m3。

岷江流域映秀—茂縣段雖然沒有出現巨型滑坡，但因距震中很近，且龍門山斷裂帶中段的后山斷裂(汶川—茂縣活動斷裂)造成的陡峭山坡為崩塌、滑坡等次生地質災害的發生提供了有利的地形條件。因此，汶川大地震也在映秀—茂縣段岷江及其支流兩岸的山坡上形成許多滑坡、崩塌及崩滑體，造成多處公路被阻斷、河道被堵塞或局部堵塞，對流域內人民群眾的生命財產和重大工程等構成了巨大威脅。此外，大地震形成的21個潛在滑坡體及震后5 a來在該流域多次發生的泥石流對災后重建都是潛在威脅。因此，利用遙感新技術對快速、準確查明汶川大地震誘發的次生地質災害的分布規律及其發展趨勢具有非常重要的意義。

遙感數據具有信息量大、覆蓋面積寬、分辨率高及獲取速度快等優勢，尤其是航空遙感數據的空間分辨率已達到dm級，非常適用于大型震災造成的次生地質災害的快速調查及動態監測。中國科學院遙感與數字地球研究所自2008年汶川大地震后至今，2012年除外每年都進行地震災區的航空遙感飛行，以連續動態監測災區地質災害發展趨勢、城鎮建設及生態環境恢復等狀況。每次航空飛行都覆蓋了作為重災區之一的汶川和茂縣等范圍。因此，利用2008—2011年及2013年這5期高分辨率航空遙感數據所得到的地質災害解譯結果并結合實地考察驗證，可對岷江流域映秀—茂縣段地震次生地質災害分布規律及發展趨勢進行快速、準確分析，對有活動跡象的潛在滑坡體進行連續動態監測，以期為當地政府救災、防災部門對崩塌、滑坡、泥石流的預測、預警及災后重建提供科學依據。

1 遙感數據源與研究方法

1.1 航空遙感數據源

本文選擇汶川大地震重災區之一的岷江流域映秀—茂縣地區為研究區。所使用的遙感數據為2008—2011年間及2013年共5期獲取的覆蓋研究區的航空遙感數據。每一期的航空遙感數據均包括可見光的紅、綠、藍3個波段，分辨率均優于0.5～0.6 m。其中，2008年震后的航空遙感數據經過基于高程平面的正射處理，2010年的數據經過輻射校正，2009年、2011年和2013年的數據則全部為正射糾正產品。用于地質災害解譯及動態監測的航空遙感數據經過重采樣，使用數據分辨率優于2～4 m。2008年航空遙感數據用于地震次生地質災害的詳細解譯和分布規律分析，其余年份的數據則用于次生地質災害動態變化的連續監測。航空遙感數據相關情況見表1。

表1 本文使用的航空遙感數據

1.2 研究方法

首先建立崩塌、滑坡及泥石流等次生地質災害的遙感解譯標志，對2008—2011年及2013年獲取的研究區航空遙感圖像進行地震地質災害的詳細解譯； 然后以2008年的次生地質災害解譯結果為基礎，對2008年汶川大地震后岷江流域映秀—茂縣段的次生地質災害分布規律進行詳細分析； 最后利用2009年以后逐年的地質災害解譯結果對潛在的和已發生的滑坡體進行動態監測及活動跡象分析，對泥石流災害的發展趨勢進行預測； 通過野外驗證，確定研究區次生地質災害發展趨勢。

2 研究區地震次生地質災害

2008年汶川大地震引發的各種次生地質災害在高分辨率航空遙感圖像中顯示得比較清晰。由于次生地質災害形成時間很短，在色調上均較周圍地物淺； 不同地質災害發生的空間部位明顯不同，堆積體或滑動體的形態也有很大差異，因而形態特征是區別不同類型次生地質災害的重要標志。利用崩塌、滑坡、崩滑及泥石流等不同地質災害的形態特征和色調差異等遙感解譯標志[12-17]，可準確地解譯出這些次生地質災害的空間位置及規模大小，進而分析其分布規律。對于不同的次生地質災害，其色調(光譜)特征和形態特征的作用可能會各有側重。

2.1 形成過程與影像特征

岷江流域映秀—茂縣段崩塌、滑坡、崩滑、碎屑流及泥石流等次生地質災害的形成過程與影像特征簡述如下：

1)崩塌。由于重力作用造成巖塊或土體從較高處墜落到坡腳或山坡較平坦處堆積成的倒石堆，一般在國道側面上坡的凌空山坡面(坡度大于40°)或陡直的岷江岸坡上容易形成崩塌。由于崩塌的堆積形態比較特殊，堆積位置又在岷江或支流坡腳或國道上，因而崩塌在高分辨率航空遙感圖像中可通過形態特征及地貌部位較容易地被識別。當然，崩塌發生后，陡立而粗糙的崩塌后壁的色調較周圍地物淺，這也可作為崩塌發生的一個標志。

2)滑坡。滑坡發生在具有一定滑動條件的斜坡上，具有明顯的滑坡邊界特征、滑坡后壁特征和滑坡體內部的形態特征。滑坡邊界一般呈簸箕形，在航空圖像中比較清楚； 滑坡后壁一般呈圍椅狀且較陡立； 滑坡體下方由于土體擠壓，往往可見高低不平的地貌，可在低洼處形成封閉洼地； 滑坡體前緣常常堵塞河道，致使河流向外凸出而有顯著的舌狀地貌特征。因此，滑坡在高分辨率遙感圖像中可通過滑坡邊界、滑坡后壁及滑坡體前緣等典型的形態特征來識別。此外，新形成的滑坡較周圍地物色調淺，具有明顯的界限，色調差異也是識別新滑坡的標志之一。

3)崩滑。指滑坡與崩塌之間的過渡類型，為研究區內最主要的地震次生地質災害。由于映秀—茂縣段岷江兩岸的最主要巖性為花崗巖，花崗巖的2組垂直節理很發育，致使岷江兩側山體陡峭，特別是靠近河床的山體下部比山坡上部陡峭得多； 在山坡中部，坡度有一個轉折點，轉折點之上的相對緩坡表層土較薄(一般不超過1～2 m)，在強烈地震作用下表層部分首先形成滑坡。滑坡整體沿早期形成的淺溝槽向坡下滑動，留下滑坡后壁和不規則的凹型滑動(一般為葫蘆形的上半部分)； 當滑動至轉折點時，如遇其下是陡坡就變成崩塌，將滑體堆在坡腳下或山坡較低處的較平坦位置，形成典型的倒石堆。在遙感圖像中，根據滑坡后壁和不規則的凹型滑動以及倒石堆等形態特征可快速識別崩滑。當然，在轉折點處也可仍沿固定溝槽繼續向山坡下快速滑動，快到坡腳或山坡較低處時迅速散開而快速堆積，在岸坡坡腳或山坡較低處的平坦位置(如國道)堆積成倒石堆。在遙感圖像中，這種崩滑體具有明顯的完整葫蘆形滑動面且色調很淺，加之崩滑體的堆積形態——倒石堆，非常容易識別。

此外，在岷江及其支流的各級階地陡坎面的表層土也容易形成崩滑體，幾乎整個表層土全部被剝離而使崩滑體顯示較淺色調，容易識別。崩滑體在映秀—汶川段分布很廣泛。圖1為太平驛北約800 m處岷江東岸山坡汶川大地震沿固定溝槽形成的崩滑體(A)和在山坡中部坡度轉折點處向坡腳直接形成崩塌體(B)的分布情況。在遙感圖像中，崩滑體的葫蘆形態清晰，在坡腳處或山坡平緩處堆積的倒石堆也容易識別。此外，岸坡表層土形成的崩滑體(C)也能在此處看到。

A： 有固定溝槽的崩滑體； B： 無固定溝槽的崩滑體； C： 岸坡崩滑

4)碎屑流。有2組垂直節理的花崗巖因晝夜較大溫差(物理風化)形成的大塊碎石墜落在山坡中部或下部堆積而成，因色調較淺，容易與周圍地物區分。汶川大地震時，大塊碎石因受震動沿碎石底部有起伏的山坡面向下整體運動而堆積在山坡中下部，在映秀—汶川段岷江兩岸能發現碎屑流的存在，但分布極不廣泛。

5)泥石流。2008年汶川大地震時沒有形成泥石流，但地震造成的崩塌、滑坡為泥石流提供了極為充足的松碎物源，在夏季只要有足夠的暴雨就會在岷江支流溝谷中或(和)與岷江匯合處形成泥石流。在岷江支流溝中形成的泥石流為溝谷泥石流，堆積形態為泥石流側磧堤； 如泥石流規模更大，則可到達與岷江匯合處形成溝口泥石流堆積物，堆積形態為泥石流扇形地。在岷江兩岸山坡溝槽中，還會形成山坡泥石流堆積在岸坡坡腳。因此，根據泥石流堆積物所處的地貌部位及特有的形態，可在高分辨率遙感圖像中識別出不同類型的泥石流(特別是溝口泥石流的扇形地形態更容易被識別)。當然，由于泥石流形成時間短，泥石流堆積物顏色較淺，泥石流的形成區、流通區及堆積區需要在空間分辨率優于0.5～0.6 m的航空遙感圖像中仔細區分。總體上，泥石流的遙感解譯標志以色調特征為主，形態特征次之。

2.2 分布規律及成因分析

2.2.1 次生地質災害分布規律

利用2008年5月16日獲取的2 m空間分辨率的光學航空遙感圖像，在研究區內共解譯出滑坡25個、潛在滑坡體21個、崩滑體約1 640個，面積約48 751 404 m2(圖2)。

(a) 北段(茂縣—汶川)

(b) 中段(汶川—大邑坪)

(c) 南段(大邑坪—映秀鎮)

從圖2可以看出：

1)岷江及其支流兩側滑坡、崩塌及崩滑廣泛分布，沿岷江兩岸分布的滑坡、崩塌及崩滑多處阻斷國道，在岷江主流的多處地段因河道局部堵塞形成堰塞湖。在2008年汶川大地震誘發的次生地質災害中，崩塌作用幾乎都出現在崩滑作用的后期(即先滑后崩)，單純的崩塌現象很少見。總體上，映秀—汶川段次生地質災害分布更為密集，滑坡、崩滑的數量和規模比汶川—茂縣段大得多。

2)就地震誘發的4種次生地質災害而言，崩滑為最主要的類型(占次生地質災害的90%以上)，在岷江流域映秀—汶川段岷江及支流兩側山體分布更為廣泛。這一段岷江兩側的山體表層土幾乎完全或部分被撥離而形成上滑下崩或沿山坡上的固定溝槽形成葫蘆形態的完整崩滑體，在遙感圖像中呈灰白色或淺白色調，特別醒目。

3)具有完整形態的滑坡體并不十分發育，規模也不大。在岷江流域映秀—茂縣段，汶川大地震形成了大約25個形態完整的滑坡體(表2)，它們已堵塞岷江或支流，并在多處阻斷國道或造成當地人員傷亡。

表2 岷江流域映秀—茂縣段岷江兩側滑坡體

此外，地震也在該段形成21個以上的潛在滑坡體(表3)。滑坡體及潛在滑坡體主要集中在映秀—汶川段，大部分集中在岷江東岸及其支流兩側。

表3 岷江流域映秀—茂縣段岷江兩側潛在滑坡體

圖3為映秀鎮北老街村北約500 m處岷江東岸典型滑坡的遙感影像特征(圖3(a))及野外實地考察照片(圖3(b))。

(a) 遙感影像特征(b) 實地考察照片

該滑坡為岷江流域內目前發現的規模最大的滑坡，從后壁到前緣堵塞岷江處長近400 m，最寬處370 m，均寬280 m，平均厚度5～10 m，最大方量96.5萬m3。該滑坡在遙感圖像中色調明顯，呈淺白色，滑坡后壁及弧形特征比較清楚。該滑坡體阻斷國道并沖入岷江，使岷江遭受部分堵塞； 在2008年地震救災時已疏通，目前國道從滑坡體中部通過，已基本穩定。

4)岷江及支流兩側山坡底部地質災害發育程度比山坡中上部要大得多，尤其是岷江及支流Ⅰ，Ⅱ級階地前緣陡坎面表層土幾乎全部被崩滑，崩滑物質堆積在坡腳。因陡坎面崩滑后成新鮮面，在遙感圖像中呈淺色調，幾乎連接成片。

5)碎屑流分布比較局限，所構成的威脅也比較小，本文不做過多論述。

6)在岷江支流兩側形成的滑坡、崩塌及崩滑體為泥石流提供了豐富的物源，而支流的溝谷縱比降又能滿足泥石流形成的地形條件，一旦有足夠的降雨，在岷江支流形成破壞性的泥石流是極有可能的。從2008年汶川大地震后在岷江支流多次發生泥石流的情況就充分證明了這一點。

2.2.2 次生地質災害成因淺析

上述地震次生地質災害分布規律形成的主要原因是： ①由于映秀—汶川段比汶川—茂縣段距離汶川大地震的震中更近，受到地震波的影響自然大得多，在同等條件下，崩滑體及滑坡體以及潛在滑坡體的規模就會更大一些； ②巖性上的差異也是造成上述分布規律的主要原因之一。映秀—汶川段岷江兩側的主要巖性為花崗巖，而汶川—茂縣段岷江兩側的主要巖性為震旦系-二疊系灰巖、砂巖及泥巖等。花崗巖垂直節理發育，在山坡上形成無數的淺溝槽，由風化作用形成的表層土一般較薄(厚度不超過2 m)；但在空間上遍及花崗巖分布的地段，表層土就覆蓋在其下面的新鮮花崗巖上而無根基。在岷江兩側較陡的山坡上，表層土受到地震的強烈震動很容易沿淺溝或山坡面大面積下滑； 但正因為花崗巖的垂直節理發育，表層土的下滑一般不會有完整的滑動面，只是表層土被剝掉，故典型的滑坡只有在特別有利的部位才會形成，而在一般情況都會形成崩滑體。汶川—茂縣段灰巖、砂巖及泥巖等表層土更薄，地震時地表并沒有大面積土層被剝掉，因而該段次生地質災害的規模要小一些； ③汶川—茂縣斷裂的多次活動使岷江流域映秀—茂縣段河流深切，形成山高谷深的V 型谷或上寬下窄的U型谷； 谷地兩側山坡較陡，在山坡較低部位坡度則更陡一些(一般大于35°)。陡峭的山坡為地震次生地質災害的發生創造了有利的地形條件。山坡較低部位遇到強烈地震時，表層土更容易形成崩滑體，因此山坡中下部的次生地質災害發育程度遠遠高于山坡中上部。

3 次生地質災害發展趨勢

2008年汶川大地震引起的突發性次生地質災害已造成岷江流域映秀—茂縣段大量人員傷亡及多處道路受損及河道被堵。雖然災難性的事件已成為歷史，但地震次生地質災害的未來發展趨勢仍是人們最需要關注的問題，深入研究次生地質災害的發展趨勢，可為流域內防災減災和災后重建提供重要的科學依據。本文在詳細解譯2008年震后岷江流域映秀—茂縣段各種次生地質災害的基礎上，利用2009—2011年及2013年共4期高分辨率光學航空圖像數據，對流域內的各種次生地質災害的發展變化進行了動態跟蹤； 特別是對滑坡體、潛在滑坡體的發展變化進行了連續動態監測。對所有的次生地質災害解譯結果逐一進行了實地驗證，野外驗證結果表明，次生地質災害解譯結果的正確率達90%以上。綜合遙感解譯結果、野外考察結果及重要參考文獻分析結果[5,7,10-11]，發現地震次生地質災害的主要變化趨勢有：

1)岷江支流兩側及支流溝谷中由于有大量的碎屑物質，汶川大地震后的這幾年已有多條溝谷發生了泥石流，泥石流堆積物已多次阻斷道路或部分堵塞岷江(圖4)。

(a) 泥石流災害前(2008年)(b) 泥石流災害后(2011年)(圖像下部為實地照片)

目前還沒有發生泥石流的岷江支流，將來一旦有足夠大的降雨，發生泥石流的可能性也較大。可以認為，泥石流災害已成為震后研究區內最主要的災害類型。因此，泥石流仍將是岷江流域映秀—茂縣段、特別是映秀—汶川段未來最主要的地質災害之一。

此外，岷江及支流山坡上有固定溝槽形成的崩滑體，夏季在暴雨的作用下，充足的物源加上較陡的坡度容易形成坡面型泥石流，在岷江岸坡坡腳堆積成泥石流扇形地，局部地段也會使岷江堵塞。

2)2008年特大汶川地震后形成的大量崩滑體已嚴重阻塞道路和河道； 盡管阻斷道路的崩滑體在抗震救災中已被清理，但由于坡面不穩定，近幾年部分崩滑體再次發生崩滑并繼續阻斷道路，尤其在下索橋北大邑坪—映秀段發生的崩滑作用更加明顯。另外，還有一些新崩滑體出現，因此崩滑仍是主要的地質災害之一。

3)近幾年新出現的滑坡目前還不多見，2008年在岷江流域映秀—茂縣段的滑坡體基本趨于穩定。但通過對潛在滑坡體的遙感動態監測，發現部分潛在滑坡體的危險性在逐漸增大。一旦潛在滑坡體發生滑坡，對人民群眾的生命安全、道路、岷江水電等重大工程及河道的暢通都會構成潛在威脅(圖5)。

圖5 映秀—大邑坪段2011年航空圖像中新增地質災害分布圖

具有明顯活動跡象的潛在滑坡體主要有：

1)斗簇東南岷江南岸潛在滑坡群。在遙感圖像中可發現2個比較明顯的潛在滑坡，均位于斗簇東南岷江南岸(圖6中的A和B)。

圖6 斗簇村南岷江南岸潛在滑坡明顯的活動跡象(A 和B)

東側的潛在滑坡在汶川地震時靠江處已部分發生崩滑，滑坡后壁有較明顯的活動跡象； 西側的潛在滑坡后壁也十分清晰，活動跡象也很明顯，仔細分析可分為Ⅲ級滑動，最外圍(即最南的Ⅰ級)后壁最明顯，是21個潛在滑坡體中最有可能滑動的。

野外考察結果亦證明了該潛在滑坡群的活動性。一旦發生滑坡，將會完全堵塞岷江，對下游西南方向約1 km處的美射壩電站構成嚴重威脅，對該潛在滑坡應重點進行遙感動態監測。

2)沏底關村東側潛在滑坡群。在遙感圖像中至少可以發現該滑坡群有3個潛在滑坡體，分別位于沏底關村北、東、南(圖7 中的A，B,C )。這3個潛在滑坡體對沏底關村及岷江上的大壩均構成較大潛在威脅。

圖7 沏底關附近岷江東岸2008年汶川地震誘發的潛在滑坡群(A，B和C)

不論哪個潛在滑坡體發生滑坡，要么堵塞岷江快速形成堰塞湖，將沏底關村置于湖中，或湖潰決沖毀沏底關村； 要么將沏底關村和大壩埋在滑坡體中。因此，應重點監測該潛在滑坡群。野外考察發現，沏底關東南側和東側的2個潛在滑坡群近期整體下滑的可能性不大，因其上部較陡峭，可能會發生部分崩滑； 東北側的潛在滑坡后壁出現活動跡象，應重點監測。

4 結論與建議

4.1 結論

1)岷江流域映秀—茂縣段2008年汶川大地震誘發的次生地質災害類型有滑坡、崩塌、崩滑及碎屑流。其中，崩滑為最主要的次生地質災害類型，占90%以上； 完整的滑坡不太發育，規模也不是很大。

2)映秀—汶川段次生地質災害的發育程度及規模比汶川—茂縣段要高，其主要原因是前者距離地震構造更近和花崗巖風化形成相對較厚的表層土無根基而導致大面積滑動造成的。

3)映秀—茂縣段岷江及其支流未來的主要地質災害為泥石流，部分潛在滑坡體已有明顯的活動跡象，應引起當地政府防災部門的高度重視。

4.2 建議

1)由于汶川大地震誘發的崩塌、滑坡為泥石流的形成提供了極為充足的物源，盡管岷江支流的某些溝谷目前還未發生泥石流，但將來發生泥石流的可能性仍很大； 即使在已經發生過泥石流的支溝中，物源仍非常豐富，將來再次發生地質災害的可能性仍然存在，可以說岷江的支流基本上都是泥石流溝。因此，當地居民選擇居住地時或重大工程選址時，盡量不要在岷江支流溝中或溝口處，以避免泥石流災害帶來的生命及財產損失。當然，對已居住在溝谷中的居民，當地政府應盡量動員搬遷，實在不能搬遷的應有相應的防護措施。

2)崩滑是岷江流域映秀—茂縣段(特別是映秀—汶川段)主要的地震次生地質災害類型，在陡峭的山坡上更容易出現崩滑作用。因此，在選擇居住地或重大工程選址時，應盡量避免山高谷深地段。崩滑體對道路的阻斷起了很大的作用，應對重點路段給予一次性加固。

3)建議對本文重點描述的潛在滑坡體進行動態監測，對桃關溝的潛在滑坡也應該重點關注。盡管已對桃關溝中的泥石流采取了防護措施，但溝兩側還有4個以上的潛在滑坡體，實地驗證結果表明這些潛在滑坡體已有初步活動跡象，對溝中居民及廠房等建筑有較大的潛在威脅，建議對其進行動態跟蹤。

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