汶川、蘆山、尼泊爾地震觸發崩塌滑坡分布規律

郭沉穩， 姚令侃，2，3， 段書蘇， 黃藝丹，2，3

（1．西南交通大學土木工程學院，四川成都610031；2．抗震工程技術四川省重點實驗室道路與鐵道工程抗震技術研究所，四川成都610031；3．高速鐵路線路工程教育部重點實驗室，四川成都610031）

汶川、蘆山、尼泊爾地震觸發崩塌滑坡分布規律

郭沉穩1， 姚令侃1，2，3， 段書蘇1， 黃藝丹1，2，3

（1．西南交通大學土木工程學院，四川成都610031；2．抗震工程技術四川省重點實驗室道路與鐵道工程抗震技術研究所，四川成都610031；3．高速鐵路線路工程教育部重點實驗室，四川成都610031）

為探究地震觸發崩塌滑坡的分布規律，基于汶川地震22 302個、蘆山地震1 608個以及尼泊爾地震919個觸發的崩塌滑坡數據，利用GIS技術對其分布與斷層距、巖性、坡位和坡形之間的關系進行了統計分析．結果表明：3次地震觸發的崩塌滑坡均具有硬巖區比軟巖區、復雜坡形（凸、凹形坡）比簡單平面坡更嚴重的規律和“上下盤效應”；在一般情況下，地震觸發的崩塌滑坡分布具有“斷裂帶效應”，但在烈度異常情況下不存在“斷裂帶效應”；僅當烈度不小于Ⅸ度時，崩塌滑坡才凸顯出在高坡位更嚴重的特點．

汶川地震；蘆山地震；尼泊爾地震；崩塌滑坡；分布規律

2008年5月12日發生在中國汶川的大地震，直接觸發的崩塌滑坡總數達4～5萬處，這些崩塌滑坡是人們感受最深的次生災害之一，其分布規律也成為研究的熱點課題．利用汶川地震實震資料，在地震觸發崩塌滑坡分布受斷層、地形地貌以及巖性因素影響等方面，獲得了很多新的認識［1］．然而，僅憑一次地震獲得的結論是否具有普適性，一直是人們關注的問題．

汶川地震之后，2013年4月20日發生的蘆山Ms7．0級地震，2015年4月25日發生在尼泊爾Gorkha的Mw7．8級地震，也觸發了大量崩塌滑坡，成為本世紀以來地震觸發崩塌滑坡數量最多的3次地震．這3次地震震中位于青藏高原邊緣地帶，且均屬于由逆沖斷層引發的強烈地震［2-3］，可以認為這3次地震的自然條件具有一定的相似性．本文利用這3次地震的實震資料，對比分析了地震觸發崩塌滑坡的分布規律，對汶川地震獲得的認識進行檢驗與細化，以期得到更具普適性意義的規律．

1 地震觸發崩塌滑坡的解譯

利用震后遙感衛星影像提取崩塌滑坡分布，輔以野外實地調查，通過GIS軟件圈定出災害的位置和大小．由于汶川地震、蘆山地震發生在中國境內，故2次地震的烈度區劃均采用中國地震局公布的數據（從中國地震局網站http：／／www．cea．gov．cn提供的圖片矢量化得到）．而對于尼泊爾地震的烈度區劃，則采用美國地質調查局（USGS）公布的數據［4］．

汶川地震震中位于四川汶川映秀鎮（31°0．6′N，103°25．2′E），震源深度14 km．震后遙感資料包括兩部分：（1）ALOS衛星影像（拍攝時間：2008年6月4日，分辨率：10 m），覆蓋范圍約9 750 km2

（30°58．78′N～32°2．30′N，103°33．97′E～104°36．17′E），包括北川、汶川、茂縣、都江堰等地的部分區域（圖1）．共圈定出崩塌滑坡20 254個，其中Ⅸ度烈度區3 775個，占18．6%；Ⅹ度烈度區9 615個，占47．5%；Ⅺ度烈度區6 864個，占33．9%．（2）汶川地震震后映秀至臥龍段Quickbird衛星影像（拍攝時間：2008年5月30日，分辨率：0．61 m），共解譯崩塌滑坡2 048個，其中Ⅸ度烈度區526個，占25．7%；Ⅹ度烈度區121個，占5．9%；Ⅺ度烈度區1 401個，占68．4%．

圖1 汶川地震觸發的崩塌滑坡分布Fig．1 The distribution map of landslides induced by the Wenchuan earthquake

蘆山地震震中位于四川蘆山縣（30°18′N，103°E），震源深度13 km．震后遙感影像主要包括：（1）中國國科學院遙感與數字地球研究所提供的3批航片圖（拍攝時間：2013年4月20日和21日，其中第1批影像分辨率為0．6 m，第2、3批影像分辨率有0．4和2 m兩種）；（2）四川測繪地理信息局在“4·20”蘆山地震地理信息發布平臺上公布的影像（拍攝時間：2013年4月25日，分辨率：0．5 m）；（3）資源三號衛星影像（拍攝時間：2013年5月13日，分辨率：2．1 m）．對以上遙感影像資料進行幾何糾正、融合、拼接、圖像增強處理后，獲得蘆山地震震區遙感數據5 655 km2（29°44．54′N～30°26．91′N，102°27．68′E～103°30．84′E），影像覆蓋了大部分Ⅶ、Ⅷ度烈度區和全部Ⅸ度烈度區．參考影像覆蓋范圍和區域地形特點劃定研究區（圖2），最終判釋出地震觸發崩塌滑坡1 608個．其中，Ⅸ度烈度區425個，占26．4%；Ⅷ度烈度區477個，占29．7%；Ⅶ度烈度區706個，占43．9%．

尼泊爾地震震中位于尼泊爾Gorkha地區（28°8．82′N，84°42．48′E），震源深度15 km，ICIMOD（國際山地綜合開發中心）公布的地震觸發崩塌滑坡近1 000 m處［5］．研究區劃分為高山區的尼泊爾Manang、Gorkha、Rasuwa、Sindhupalchok和Dolakha六個政區以及中國西藏南部小部分區域（圖3）．研究區域共包含災害點919個，其中Ⅴ度烈度區103個，占11．2%；Ⅵ度烈度區756個，占82．3%；Ⅶ度烈度區48個，占5．2%；Ⅷ度烈度區12個，占1．3%．

以地震觸發的崩塌滑坡密度作為度量區域災害嚴重性的指標．崩塌滑坡密度＝崩塌滑坡數／分類面積．

圖2 蘆山地震觸發的崩塌滑坡分布Fig．2 The distribution map of landslides induced by the Lushan earthquake

圖3 尼泊爾地震觸發的崩塌滑坡分布Fig．3 The distribution map of landslides induced by the Nepal earthquake

2 崩塌滑坡分布與斷層距的關系

汶川地震觸發的崩塌滑坡具有距離斷裂帶越遠，崩塌滑坡越少的“斷裂帶效應”以及上盤的崩塌滑坡多于下盤的“上下盤效應”［6］．但能否用斷層距來判斷崩塌滑坡的嚴重程度需要驗證，在統計汶川地震、蘆山地震和尼泊爾地震觸發的崩塌滑坡分布規律的基礎上進行討論．

以ALOS衛星影像上無云層遮蓋、通視良好的區域作為汶川地震研究區（圖1）．蘆山震后獲取的遙感影像分辨率高、云層覆蓋率低（小于10%），故選擇影像覆蓋的全部區域作為研究區（圖2）．尼泊爾地震研究范圍見圖3．

利用ArcGIS的緩沖分析功能，設定緩沖距離5 km，統計出每個緩沖區間的面積以及區間內崩塌滑坡數，然后計算崩塌滑坡分布密度（圖4）．

統計結果表明：（1）當斷層距增大時，汶川地震觸發的崩塌滑坡密度在上盤和下盤均減小，具有“斷裂帶效應”；（2）斷層距相同時，上盤崩塌滑坡密度大于下盤，“上下盤效應”非常明顯．

圖4 崩塌滑坡分布與斷層距的關系Fig．4 Relationship between landslide distribution and distance from coseismic fault

尼泊爾地震觸發的崩塌滑坡分布呈現明顯的“斷裂帶效應”，在斷層距0～5 km的范圍內，下盤比上盤嚴重．但整體而言，上盤崩塌滑坡531個，下盤403個，具有“上下盤效應”．

蘆山地震觸發上盤崩塌滑坡936個，下盤672個，存在“上下盤效應”；下盤密度隨斷層距增大而減小，但上盤卻先減小后增大，無“斷裂帶效應”．上盤密度增大的原因是，處于斷層距15～20 km范圍內的寶興縣城周邊區域災害分布異常密集．寶興縣城周邊區域位于蘆山地震Ⅶ度烈度區，但在該地區獲得了1．026g（g為重力加速度）地震加速度，雖有學者認為，出現這種現象是由于受臺站所處位置局部地形的影響［7］，但從山地災害嚴重程度看，該區域確實存在高烈度異常現象．

汶川地震和尼泊爾地震中，未記錄到異常加速度，具有距斷裂帶越遠，地震動強度越弱的特點；而蘆山地震中存在加速度異常，說明斷層距越大，地震動強度并非越弱，故上盤未出現“斷層距越大，崩塌滑坡越輕”的現象．因此，用斷層距判斷崩塌滑坡的嚴重程度不合理．但“地震動越強，崩塌滑坡越嚴重”的規律在3次地震中是相同的，具有一定普適性．

另外，3次地震均為逆沖型地震，均存在“上下盤效應”；而對于正斷層及走滑斷層型地震，上盤震動強度大于下盤，同樣存在“上下盤效應”［8］．

3 崩塌滑坡分布與巖性的關系

巖土體是坡體的主要物質基礎，坡體的穩定性與其結構特征關系密切．巖石坡體結構包括巖石結構面、工程地質巖組和臨空面三方面［9］．從宏觀上看，汶川地震、蘆山地震發震斷層所處的龍門山，尼泊爾地震發震斷層所處的喜馬拉雅山，都是新生代以后由于印度板塊與歐亞板塊碰撞，在青藏高原周邊形成的褶皺山系．地表巖層主要受水平方向的構造作用力造成巖層彎曲，新構造活動形成的原生構造地貌基本未被破壞，坡體多位于背斜構造部位，節理等構造面發育，地震作用下更易發生崩塌滑坡．地震作用下多臨空面更易發生崩塌滑坡已經成為共識性觀點．下面主要針對巖性分析地震觸發的崩塌滑坡分布規律．

黃潤秋等利用汶川地震重災區1∶20萬地質圖研究發現，崩塌滑坡在花崗巖、碳酸鹽巖、砂礫巖等硬巖比在砂板巖、千枚巖、泥頁巖等軟巖中更發育（表1［10］）．針對在汶川地震中發現的災害多發生于硬巖的特點，利用蘆山地震和尼泊爾地震觸發的崩塌滑坡數據進行驗證．

表1 汶川地震觸發的崩塌滑坡分布與巖性關系Tab．1 Relationship between the distribution of landslides induced by the Wenchuan earthquake and lithology

根據1∶25萬地質圖，將蘆山震區巖性劃分為巖漿巖、泥質砂巖、粉砂巖、碳酸鹽巖（灰巖、白云巖）、礫巖、石英砂巖、頁巖、泥巖、泥質砂巖以及第四系地層等（圖5）．

圖5 蘆山震區巖性圖Fig．5 The lithology map of Lushan seismic area

參考尼泊爾中央區1∶25萬地質圖和青藏高原及其周邊區域1∶150萬地質圖，將尼泊爾震區巖性劃分為片麻巖、花崗巖、片巖、碎屑巖、碳酸鹽巖、礫巖等（圖6）．

表2和表3為利用ArcGIS空間分析功能統計出的不同巖組中的災害數和密度．

表2 蘆山地震觸發的崩塌滑坡分布與巖性關系Tab．2 Relationship between the distribution of landslides induced by the Lushan earthquake and lithology

《建筑地基基礎設計規范》［11］根據軟硬程度將巖石劃分為5類：（1）堅硬巖：花崗巖、閃長巖、玄武巖、輝長巖、片麻巖；（2）較硬巖：灰巖、白云巖、厚層塊狀礫巖和砂巖；（3）較軟巖：粉砂巖、泥灰巖等；（4）軟巖：泥巖、頁巖、千枚巖等；（5）極軟巖：第四系及半成巖地層．

圖6 尼泊爾震區巖性圖Fig．6 The lithology map of Nepal seismic area

表3 尼泊爾地震觸發的崩塌滑坡分布與巖性關系Tab．3 Relationship between the distribution of landslides induced by the Nepal earthquake and lithology

根據上述分類，統計出蘆山地震觸發的崩塌滑坡在堅硬巖（巖漿巖、石英砂巖）、較硬巖（碳酸鹽巖、礫巖）中的密度分別為1．2和0．6個／km2，明顯大于在軟巖（泥頁巖、泥質砂巖）和較軟巖（粉砂巖、泥灰巖等）中的密度（0．41和0．26個／km2）．類似地，尼泊爾地震觸發的崩塌滑坡在較軟巖（片巖、板巖）中的密度為0．04個／km2，而在較硬巖（碎屑巖、灰巖、片麻巖和花崗巖）中的密度為0．06個／km2，可見，硬巖區災害比軟巖區嚴重．

現行抗震規范［12］規定，線路應選擇在工程地質條件良好、地形開闊平坦或緩坡地段．一般情況下，硬巖比軟巖的工程性質好，因此，通常會認為地震作用下軟巖區的災害應該比硬巖區嚴重．然而，通過3次地震觸發的崩塌滑坡巖性條件的分析，均發現硬巖區中的崩塌滑坡更嚴重．這種新的認識可為規范修編提供參考．

4 崩塌滑坡分布與地形的關系

4．1 與坡位的關系

崔鵬等通過統計汶川地震強震區崩塌滑坡位置與山脊線的距離，發現位于坡面距山脊歸一化距離小于0．4處的崩塌滑坡占全部崩塌滑坡的65%［13］，即山脊附近或山坡坡肩處更容易發生崩塌滑坡．崩塌滑坡多發生于高坡位的這種現象在汶川地震中得到普遍認可，但蘆山地震和尼泊爾地震觸發的崩塌滑坡是否同樣具有高坡位更嚴重的現象有待驗證．

坡位表示坡體的位置，可以更合理、準確地研究災害高位嚴重的現象．根據文獻［14］的坡位劃分方法，首先在ArcGIS中設置環形掩膜工具，用DEM計算環心處高程值與環形覆蓋區平均高程值之差，即地形位指數（topography position index，TPI），若TPI為正且較大時，說明環心處于突出位置，即坡位較高；若TPI接近于0，則環心處于坡體中部或平地（可提取坡度大于5°的區域，將平地剔除）；若TPI小于0，則說明環心處于凹陷位置，即坡位較低．最后，用自然斷點法將研究區域分成山谷位、下坡位、中坡位、上坡位和山脊位5類．

分烈度區統計汶川地震觸發的映臥路沿線區域以及蘆山地震和尼泊爾地震觸發的崩塌滑坡分布與坡位之間的關系，結果見圖7．

圖7 崩塌滑坡分布與坡位的關系Fig．7 The distribution of landslides vs．slope position

汶川地震Ⅺ度烈度區的崩塌滑坡密度隨坡位升高增大，崩塌滑坡隨坡位升高更嚴重的現象十分明顯．Ⅹ度和Ⅸ度烈度區崩塌滑坡密度從山谷位至下坡位隨坡位升高而減小，但其后有增大趨勢，山脊位崩塌滑坡密度達到最大，也具有高坡位崩塌滑坡更嚴重的現象．以上規律證實了汶川地震觸發的崩塌滑坡確實存在高坡位更嚴重的現象．

蘆山地震Ⅸ度烈度區山脊位的崩塌滑坡密度明顯高于其他坡位，這與汶川地震中高坡位崩塌滑坡更嚴重的現象一致．Ⅷ度與Ⅶ度烈度區各坡位崩塌滑坡密度相差不大，高坡位崩塌滑坡嚴重的現象不顯著．

尼泊爾地震Ⅶ度烈度區處于丘陵地帶，地勢較緩，山地災害少，高坡位崩塌滑坡雖然存在但不嚴重的現象與蘆山地震Ⅶ度、Ⅷ度烈度區類似；Ⅵ度烈度區的崩塌滑坡密度隨坡位增大呈遞減趨勢，已無高坡位崩塌滑坡更嚴重的現象；而在Ⅴ度烈度區，未發現高坡位崩塌滑坡．

綜上所述，地震作用下，并非所有區域都存在高坡位更易發生崩塌滑坡的現象，僅當地震烈度達到IX度及以上時，崩塌滑坡多發生于高坡位的現象才顯著．

4．2 與坡形的關系

坡形對崩塌滑坡有一定控制作用，喬建平等統計三峽庫區崩塌滑坡與坡形之間的關系發現，凸形坡最容易發生崩塌滑坡，平面坡其次，而凹形坡最穩定［15］．地震動對坡體的復雜作用不同于常規條件下只有重力作用，因此，地震作用下崩塌滑坡在不同坡形中的分布規律可能與只有重力作用時不同．

研究范圍為汶川地震和蘆山地震的Ⅸ度烈度區．首先，利用DEM提取研究區的剖面曲率；然后，根據曲率將區域內邊坡劃分成3類：凹形坡（曲率小于－0．1）、平面坡（曲率在－0．1～0．1之間）和凸形坡（曲率大于0．1），提取每種坡形中崩塌滑坡數量以及該種坡形的覆蓋面積；最后，計算3種坡形的崩塌滑坡密度（表4）．

蘆山地震Ⅸ度烈度區以凹形坡中崩塌滑坡密度最大，其次為凸形坡，最后為平面坡．汶川地震Ⅸ度烈度區中，凹形坡和凸形坡的崩塌滑坡密度相差很小，且都明顯大于平面坡．統計結果表明，崩塌滑坡更容易發生在坡形結構復雜的凹形坡和凸形坡中，而在結構相對簡單的平面坡中災害較輕．

為了更好地研究地震作用下坡形對邊坡穩定性的影響，用振動臺模擬不同坡形下加速度的放大效應．試驗選用通麥場地50年超越概率2%的加速度時程，基巖加速度峰值為0．471g，近似模擬Ⅸ度烈度區地震動強度．沿坡面由低到高鋪設了A1、A2、A3、A4和A5五個加速度傳感器，記錄地震作用下的加速度響應．振動臺模型試驗結果（圖8）表明，當坡位較低時，平面坡、凹形坡和凸形坡的加速度相差不大，但當坡位較高時，凸形坡和凹形坡的加速度明顯高于平面坡．因此，就加速度動力響應而言，平面坡最為有利，這與實震資料的統計結果吻合．分析認為，產生這種現象的原因是，復雜幾何面構成的臨空面對入射地震波的衍射或散射，造成上覆土體的地震波場相當復雜，比單純自由場放大復雜得多．

表4 崩塌滑坡密度與坡形的關系Tab．4 Landslide density vs．slope shape個／km2

圖8 3種坡形的加速度Fig．8 Acceleration values of three slope shapes

與普通重力作用下坡形對邊坡穩定性的影響不同，實震資料和振動臺模型試驗均表明，地震作用下復雜坡形（凸形坡和凹形坡）比平面坡更易失穩．這一規律可作為評估地震作用下邊坡危險性的判據之一．

5 結 論

通過對比分析汶川地震、蘆山地震和尼泊爾地震觸發的崩塌滑坡的空間分布規律與斷層距、巖性、坡位和坡形的關系，獲得以下結論：

（1）對于均為逆沖型的3次地震，存在上盤崩塌滑坡比下盤嚴重的“上下盤效應”．

（2）汶川地震和尼泊爾地震觸發的崩塌滑坡分布規律呈現明顯的“斷裂帶效應”，但由于蘆山地震中位于上盤的寶興縣城周邊存在烈度異常區，故上盤崩塌滑坡密度未呈現隨斷層距增大而減小的特點．因此，以斷層距作為判斷區域崩塌滑坡嚴重性的指標，僅適用于不存在烈度異常的情況．合理的判斷標準應是地震動強度．

（3）3次地震觸發的崩塌滑坡災害均顯示出硬巖區比軟巖區中嚴重的規律，這與《鐵路工程抗震設計規范》對工程地質條件好的地區災害不易發生的認識不同，可為規范修編提供一定參考．

（4）汶川地震高烈度區（Ⅸ度及以上烈度區）中高坡位崩塌滑坡更嚴重的規律在蘆山地震Ⅸ度烈度區得到證實．但對于蘆山地震和尼泊爾地震中小于Ⅸ度烈度的地區，高坡位崩塌滑坡更嚴重的現象已不明顯，甚至不存在．因此，高坡位崩塌滑坡占優現象主要存在于Ⅸ度烈度及以上烈度區的結論更為準確．

（5）與普通重力作用下坡形對邊坡穩定性的影響不同，復雜坡形（凸、凹形坡）處的崩塌滑坡比簡單平面坡嚴重．

以上結論可為地震觸發崩塌滑坡災勢預測、防治工程規劃設計等提供科學依據．

致謝：中國科學院遙感與數字地球研究所提供了3批蘆山地震震后航拍影像，國際山地綜合開發中心（ICIMOD）提供了大量尼泊爾震后的災害信息與數據，在此一并表示感謝．

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（中、英文編輯：付國彬）

Distribution Regularities of Landslides Induced by
Wenchuan Earthquake，Lushan Earthquake and Nepal Earthquake

GUO Chenwen1， YAO Lingkan1，2，3， DUAN Shusu1， HUANG Yidan1，2，3
（1．School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China；2．Road and Railway Engineering Research Institute，Sichuan Key Laboratory of Seismic Engineering and Technology，Chengdu 610031，China；3．MOE Key Laboratory of High-Speed Railway Engineering，Chengdu 610031，China）

In order to study the distribution laws of landslides induced by earthquakes，the distribution regularities of landslides were investigated statistically based on the data of 22 302 landslides induced by the Wenchuan earthquake，1 608 landslides induced by the Lushan earthquake，and 919 landslides induced by the Nepal earthquake using GIS techniques，and the relationships of the landslides with distance from coseismic fault，lithology，slope position and slope shape were discussed．The research results show that the landslides induced by the three earthquakes were more serious in hard rock zones than in soft rock zones and in complex slope shape zones than in simple slope shape zones．Moreover，the distributions of these landslides shown a“hanging wall and footwall effect”．The distributions of the landslides shown a“fault effect”in ordinary circumstances，otherwise，the“fault effect”did not exist in intensity anomaly．The landslides had a characteristic，i．e．，they were more serious in high slope position only when seismic intensity was not less than intensity Ⅸ．

Wenchuan earthquake；Lushan earthquake；Nepal earthquake；landslide；distribution law

P642．2

A

0258-2724（2016）01-0071-07

10．3969／j．issn．0258-2724．2016．01．011

2015-07-14

國家自然科學基金資助項目（41172321）；中國鐵路總公司科技研究開發計劃課題（2014G004-A-6，2015G002-N-2）

郭沉穩（1989—），男，博士研究生，研究方向為鐵路公路工程災害防治及安全技術，E-mail：hbgcw1989＠163．com

姚令侃（1953—），男，教授，博士，研究方向為鐵路公路工程災害防治及安全技術，E-mail：yaolk＠swjtu．edu．cn

郭沉穩，姚令侃，段書蘇，等．汶川、蘆山、尼泊爾地震觸發崩塌滑坡分布規律［J］．西南交通大學學報，2016，51（1）：71-77．