汶川地震驅動的滑坡災害空間發育規律研究—以四川省安縣為例

陳浩，陳朝鎮

汶川地震驅動的滑坡災害空間發育規律研究—以四川省安縣為例

陳浩，陳朝鎮

(綿陽師范學院資源環境工程學院，四川綿陽621006)

利用遙感影像數據和MAPGIS空間分析功能，對汶川地震驅動的滑坡災害在四川省安縣的發育規律進行研究，結果表明:1)逆沖斷層發震時上下盤加速度峰值的差異導致上盤滑坡災害點密度遠大于下盤;2)由于北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂的雙重影響及鎖固段效應的作用，安縣滑坡點高密度區位于距發震斷層2～6 km處，表現出與其他研究區域不同的特征;3)河流的側蝕、下蝕作用為滑坡的形成提供了破碎巖土體和有效臨空面，滑坡災害多沿水系呈帶狀分布;4)滑坡災害點高密度區與地震高烈度區基本重合;5)滑坡點密度值隨巖性硬度的減弱而增強.

汶川地震;滑坡災害;發育規律;安縣

1 預備知識

發生于2008年5月12日的汶川8.0級地震造成人員傷亡數量超過10萬.此次地震雖已過去6年多，但分布于斜坡之上的大量松散堆積物在外在條件成熟時仍有發育為大規模群發性滑坡災害的可能.另外，汶川地震之后的6年間，在中國境內(特別是在青藏高原周緣地區)又發生了多次6.0級以上的淺源地震，地震觸發的滑坡災害給人類的生命財產帶來了巨大損失.汶川地震發生后，文獻［1－9］對汶川地震區域的崩滑災害發育規律進行了前期研究，但前人對這一問題的探討主要集中于整個地震波及區這一空間范圍，對某一小范圍地震觸發的崩滑災害發育規律研究甚少.在地震波及區域這個整體背景之下，各小區域地質環境有其自身的復雜性，不同小區域斷裂展布狀況、水系發育特征、巖性分布規律等存在差異，因而，地震驅動的滑坡災害在某一縣域的發育規律與滑坡災害在整個地震波及區的發育規律可能呈現出不同的特征.同時，對各縣域的滑坡災害空間發育規律進行細化研究，其研究結果對該縣進行地質災害危險性評價也具有一定的指導意義.本次研究所選取區域——四川省安縣是汶川地震區中唯一的龍門山主中央斷裂和前山斷裂貫通全境且貫穿境內的每條斷裂長度均在25 km以上的縣域(圖1).本次研究利用震后遙感影像數據和MAPGIS空間分析功能，通過對汶川地震驅動的滑坡災害在安縣境內的空間發育規律進行分析，旨在探討各種地質地貌因素對強震觸發的滑坡災害的控制作用，為山岳地震帶的抗震設防和災后重建選址提供理論參考.

2 研究區地質背景

四川省安縣位于川西地槽區與揚子準地臺的過渡地帶［10－13］.總體來看，地處龍門山脈東緣的西北部地區地勢較高，山脊海拔在2 000 m上下，分布于安昌江和雎水河兩岸的東南部地區屬平壩地段，海拔高度為800 m左右［14－15］.另外，研究區主要發育2個活動斷層體系，北部為龍門山主中央斷裂——北川－映秀斷裂，該斷裂也是汶川地震的發震斷裂;南部為龍門山前山斷裂——彭縣－灌縣斷裂，2條斷裂的主要運動方向為自北西向南東逆沖，兼具一定的右旋走滑分量.安縣境內地層發育齊全，從古生界至新生界均有出露，根據工程巖體分級標準(GB50218－94)［3，16］，可以把研究區的地層巖性劃分為5個巖組，即堅硬巖組、較堅硬巖組、較軟巖組、軟巖組及極軟巖組.

3 滑坡災害空間分布的影響因素

3.1上下盤效應從圖1可以較為直觀地看出，北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂上盤的滑坡點密度明顯高于下盤(根據“滑坡分布密度等值線圖”所推斷災害點標注為空心圓點).進一步計算可知，北川－映秀斷裂上盤滑坡點密度為1.68個/km2，下盤密度為1.03個/km2;彭縣－灌縣斷裂上盤滑坡點密度為1.03個/km2，下盤密度為0.04個/km2.北川－映秀斷裂上盤滑坡點密度是下盤的1.63倍，彭縣－灌縣斷裂上盤滑坡點密度是下盤的25.75倍.從上述計算數據可知，北川－映秀斷裂上下盤的滑坡點密度均大于彭縣－灌縣斷裂，究其原因，主要是北川－映秀斷裂是汶川地震的發震斷裂，在此次地震中，其垂直方向的逆沖分量和水平方向的走滑分量均大于彭縣－灌縣斷裂.在安縣境內，沿北川－映秀斷裂均出現了地表破裂現象，而沿彭縣－灌縣斷裂地表破裂帶終止于縣境西南側的雎水鎮附近.進一步分析可以看出，北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂所夾持的區域即位于北川－映秀斷裂的下盤，同時又隸屬彭縣－灌縣斷裂的上盤，由于受2條斷裂的雙重影響，因而該區域的滑坡點密度遠大于彭縣－灌縣斷裂的下盤區域(滑坡點數據來源于參考文獻［1］).

關于這一效應，前人在對逆沖斷層發震的研究中就有發現，即逆沖斷裂發震時上盤地表的加速度峰值高于下盤，上盤破壞比下盤更為嚴重［2－4］.從圖2也可以看出，以汶川地震的發震斷裂——北川－映秀斷裂為界，以每隔2 km的距離作為研究區段，除緊臨彭縣－灌縣斷裂、受2條斷裂雙重作用的距北川－映秀斷裂8～10 km的下盤區域外，其余區域上盤滑坡點密度均大于下盤.

3.2距離效應

3.2.1 與發震斷裂的距離從理論上分析，地震觸發的地質災害距發震斷層越遠，地質災害分布密度越小［4－6］，但對于安縣這個較為特殊的區域，滑坡災害距發震斷裂的分布規律與前人的研究結果存在差異.沿北川－映秀斷裂2～6 km區段滑坡災害點密度最大，每km2滑坡點的密度達到1.63個，而緊臨發震斷裂2 km以內，災害點的密度為1.58個/km2，不及距發震斷層2～6 km的災害點密度，6 km之外，災害點密度迅速減小，8～10 km處僅為0.81個/ km2(表1和圖3).

究其原因，主要是在安縣境內龍門山2條主干斷裂貫穿全境，北川－映秀斷裂南東側2～6 km區域即受北川－映秀斷裂逆沖和右旋走滑作用的強烈影響，又受彭縣－灌縣斷裂上盤效應的控制，因而區域內滑坡點密度較大.北川－映秀斷裂北西側2～6 km處位于斷裂局部錯列點的末端，該區域是斷裂的局部“鎖固段”(圖1)，在構造應力的積累過程中，斷裂的右旋走滑和逆沖作用在“鎖固段”積蓄了更多的能量，當汶川地震發生時，鎖固區域產生了比周邊地區更為強烈的震動，導致“鎖固段”內滑坡點密度遠高于其余區域.計算可知，鎖固區域內滑坡點密度為3.26個/km2，除去鎖固區域，北川－映秀斷裂上盤其余區域滑坡點密度僅為1.28個/km2，兩者相差2.55倍.這一現象在映秀段、小魚洞段、紅白－茶坪段、擂鼓－陳家壩段、南壩－東河口段都有表現［1，4］.

表1 滑坡點密度與距發震斷層距離的關系Table 1Relationship between the density of landslides and distance along the causative fault

3.2.2 與水系的距離在安縣境內，北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂的疊瓦狀逆沖導致地勢自北西向南東呈階梯狀下降，沿地勢起伏方向，全境主要發育雎水河和安昌江2組河流系統，在干流上游發育有黃洞子溝、金溪溝、茶坪河、蘇包河等支流.沿安縣主要水系，以0.5 km間隔作為研究區段，用緩沖區分析的方法計算可以看出，河流兩側0.5 km處滑坡點共計194個，0.5～1 km處和1～1.5 km處滑坡點數目依次減少，分別為136個和123個.進一步統計可知，沿河兩岸1.5 km處的面積為412.50 km2，僅占研究區域總面積的29.38%，但分布于其中的滑坡點數目占研究區滑坡點總數的54.71%，表明汶川地震驅動的滑坡災害有沿河流呈線狀分布的特征(圖4).究其原因，主要是河流的侵蝕作用在山區形成高山溝谷深切割地貌，陡峻的地勢為滑坡災害的形成提供了有效臨空面，另外，河流的下蝕和側蝕作用使河流沿岸的地層更為破碎，汶川地震發生時，岸坡之上的松散土體和巖體沿軟弱面整體順坡向下滑動，因而在河流沿岸易形成滑坡災害.

3.3烈度效應從圖5可以看出，在安縣境內，Ⅺ、Ⅹ級2個地震高烈度區及Ⅸ級烈度區主要分布于北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂兩側，Ⅷ級和Ⅶ級烈度區距龍門山主干斷裂較遠.從表2中可以看出，滑坡點密度與烈度等級大小呈正相關關系.在Ⅺ級和Ⅹ級烈度區，滑坡點密度分別達到1.51個/km2和1.49個/km2，自Ⅸ級烈度區，滑坡點密度值迅速降低，僅為0.25個/km2，相當于Ⅹ級區域的0.17，而Ⅷ級烈度區的滑坡點密度又僅為Ⅸ級區域的0.16.

本次地震最大滑坡——大光包滑坡(位于安縣高川鄉)和緊臨安縣縣界、位于綿竹境內的另一大型滑坡——文家溝滑坡都位于Ⅹ級烈度區，在安縣境內Ⅺ級烈度區反而沒有特大型滑坡分布，另外，Ⅺ級和Ⅹ級烈度區、Ⅷ級和Ⅶ級烈度區滑坡災害密度基本一致.究其原因，主要是地震烈度是根據房屋建筑的損毀情況來確定的［1］，由于房屋的抗震性能等因素存在差異，地震對地面的實際破壞程度與地震烈度不完全重合，因而滑坡災害的規模與地震烈度的等級并不一一對應.

表2 滑坡點密度與烈度等級的關系Table 2Relationship between the density of landslides and seismic intensity

3.4巖性控制作用如前所述，研究區的地層巖性可劃分為5個巖組，即硬巖組、較硬巖組、較軟巖組、軟巖組及極軟巖組(圖6)［3］.硬巖為震旦系燈影組和陡山沱組硅質巖及粉砂質白云巖，較硬巖為三疊系紅星巖組和祁讓溝組灰質白云巖、泥質白云巖和泥質灰巖等，較軟巖分布范圍較廣，主要為侏羅系白田壩組砂巖、遂寧組粉砂巖和泥巖、蓬萊鎮組巖屑砂巖和礫巖及泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系炭質千枚巖、泥質灰巖、灰巖、板巖夾砂巖等，軟巖主要為志留系中巖組砂質灰巖夾千枚巖，極軟巖為第四系洪沖積層和殘坡積層.由于彭縣－灌縣斷裂南東側的下盤區域地震烈度相對較小，滑坡災害點密度極低，因而本次對巖性控制作用的研究主要以彭縣－灌縣斷裂北西側區域作為研究區.由表3可知，從大面積區域來看，隨著巖性硬度減弱，滑坡災害的發育程度呈增強趨勢，較硬巖區域內滑坡點的密度為0.86個/km2，在較軟巖和軟巖區域，滑坡災害點的密度分別增至1.12個/km2和1.65個/km2.從理論上分析，硬巖區域更易發生崩塌災害而非滑坡災害，但在彭縣－灌縣斷裂北西區域，主要分布軟巖、較軟巖、較硬巖，其面積達到整個區域總面積的94.28%，可能由于硬巖區和極軟巖區面積過小造成兩區域缺乏代表性(硬巖區占整個區域總面積的3.41%，極軟巖區占整個區域總面積的2.31%)以及受到上下盤效應、烈度效應等因素的影響，導致硬巖區滑坡災害點密度較高，極軟巖區滑坡點密度反而較低.

表3 滑坡點密度與巖性的關系Table 3Relationship between the density of landslides and lithology

4 結語

本次研究在已解譯的遙感影像資料基礎上，利用MAPGIS空間分析方法對汶川地震驅動的滑坡災害在安縣境內的空間發育規律進行了研究，可以得出如下主要結論:1)由于逆沖斷裂發震時上盤地表的加速度峰值高于下盤，因而北川－映秀斷裂和彭縣－灌縣斷裂上盤區域滑坡災害點密度均大于下盤.同時，作為汶川地震的發震斷裂，北川－映秀斷裂在此次地震中的活動性明顯強于彭縣－灌縣斷裂，其上下盤滑坡點密度值遠大于彭縣－灌縣斷裂上下盤滑坡點密度值;2)由于受北川－映秀斷裂、彭縣－灌縣斷裂的雙重影響及鎖固效應的控制，研究區滑坡點密度與發震斷裂距離的關系有其自身的特點，滑坡點密度并未同其他研究區域一樣隨發震斷裂距離的增大而顯著降低，滑坡點密度最大值出現在距發震斷裂2～6 km處;3)河流的下蝕和側蝕作用為滑坡災害的形成提供了有效臨空面，同時使河流沿岸地層更為破碎，巖石卸荷能力增強，滑坡災害出現沿水系呈線狀分布的特點;4)隨著地震烈度的增大和對地面實際破壞程度的增強，滑坡災害點密度隨烈度等級的增加而增大;5)易破裂為碎片的巖體更有利于滑坡災害的形成，因而隨著巖性硬度減弱，滑坡災害的發育程度呈增強趨勢.

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Research on Spatial Development Rules of Landslide Hazards Induced by Wenchuan Earthquake:A Case of An County in Sichuan Province

CHEN Hao，CHEN Chaozhen
(College of Resources and Environmental Engineering，Mianyang Normal College，Mianyang 621006，Sichuan)

The spatial development rules of landslide hazards induced by Wenchuan earthquake in An county were studied by utilizing remote sensing image data and the space analysis function of MAPGIS.The main results of this research can be summarized as follows:1)There was difference in the peak acceleration of hanging and lower walls of fault，the density of landslide sites on the hanging wall of the fault was higher than that of landslide sites on the the foot wall.2)The high density region of the landslide hazards was located at location spacing 2-6 km from causative fault because of the dual influence of Beichuan-Yingxiu fault’Pengxian-Guanxian fault and the effect of locked segment;the density of landslide sites in An county showed different characteristics from other regions.3)The crushing rock and soil and effective freeing surface formed from lateral erosion and downcutting of rivers with the landslide hazards distributed in belts along the rivers.4)The high density region of landslide hazards was basically in coincidence with high intensity seismic region.5)The density of landslide hazards was decreased with the addition of rock hardness.

Wenchuan earthquake;landslide hazards;development rules;An county

P642

A

1001－8395(2016)03－0427－05

10.3969/j.issn.1001－8395.2016.03.022

(編輯鄭月蓉)

2015－03－11

四川省教育廳自然科學基金(14ZB0265)

陳浩(1977—)，男，副教授，主要從事構造地貌與第四紀環境的研究，E－mail:chenhao11611@163.com