強震地質災害效應及風險防控

黃潤秋

我國是一個地質災害頻發且損失極為嚴重的國家。目前，近30萬處登記在冊的地質災害隱患點，分布在2/5的國土上；400余座縣城，近5000座集鎮，約1/2的人口受到地質災害的影響。地質災害對人民的生命和財產構成巨大威脅，造成重大損失，已成為影響我國社會公共安全的重要因素。總體來說，地質災害主要分布在我國南方地區，由于當地人口眾多，所以地質災害風險更高。

中國地震災害風險特別高有幾個主要原因。一是復雜的地貌景觀。從西部到東部，從青藏高原到黃土高原、四川盆地，最后到東部的丘陵、平原、三角洲地區，形成了三級地形過渡帶，為地質災害的發生提供了地理基礎。二是活躍的構造環境。我國的地震構造背景，特別是板內地震強烈。三是特殊的巖土性質。我國不僅大的宏觀地質結構復雜，而且各區域巖土的基本特性也很復雜，特別是在高海拔地區。四是迥異的氣侯特征。這么多復雜的特征共同存在，決定了中國是一個地震災害風險極高、地震災害發生頻繁的國家。

地震與滑坡災害

中國的地質災害特別是滑坡災害，總的來說分為三類：重力滑坡、地震滑坡、降雨滑坡，地震滑坡和降雨滑坡是主要類型。其中，地震滑坡必須有兩個條件：地震帶和比較復雜的地形。毫無疑問，在我國青藏高原周邊地帶，特別是南北向地震帶上，都具有符合這兩個條件最好的基礎。一方面，它們位于南北向的地質構造上，青藏高原板塊和揚子板塊剛性碰撞，板內構造活動非常強烈，處于強震活躍地帶；另一方面，在那里，青藏高原向云貴高原和四川盆地過渡，地形復雜。在這樣的背景下，青藏高原東側頻繁發生強震，同時觸發大量地震滑坡等地質災害。

近年來，尤其在汶川地震以后，我們對近200年以來地震帶上的地質災害情況進行了調查，發現基本上每次強震都會觸發群體性的地質災害，都會導致大規模滑坡，而且滑坡的數量與震級的關系非常密切。

地震引發的次生災害中有三個科學問題值得我們深入思考。

第一，強震是如何觸發地質災害的，機理是什么？在強震情況下，斜坡是怎么失穩的，怎么滑下來的？

第二，震后地質災害如何表現，也就是它的后效應如何表現。強震是一個瞬時事件，但是強震以后的地質災害是一個長期事件。怎么認識強震以后地質災害的后效應？它的發生過程有什么規律？

第三，如何發現和防控強震后的地質災害？

這三個科學問題是擺在我們面前比較具有挑戰性的問題。以慘烈的汶川地震為例，可以回答這三個問題中的大部分內容，特別是第一個問題。汶川地震中，形成的地震破裂帶總長近300公里，觸發滑坡和崩塌61000余處，造成8萬多人死亡，其中因為滑坡導致的死亡人數達到2.5～3.0萬人，占死亡總人數的1/3。

通過對發生滑坡、崩塌位置的數據整理，我們發現一些規律：地震滑坡都是沿著地震斷裂帶分布；地震滑坡受水系、地形以及地質結構影響。

通過對汶川地震的研究發現，汶川地震引發的地質災害所具有的現象和特征已經難以采用通常的術語去描述，為此我們定義了若干新的詞語，如震裂、潰滑、潰崩、拋射等，用以描述強震過程中坡體破壞的基本過程和特征。在此基礎上，將強震條件下斜坡失穩機制劃分為五大類、14個小類，建立了新的強震誘發崩滑地質災害的成因機制分類體系。

汶川地震中，潰滑型滑坡是主要類型，山體結構在地震中受到摧毀，像一盤散沙一樣潰滑下來。這種滑坡的滑動速度很高，滑動距離比較遠，摧毀性很強。從地形上看，這種滑坡由高陡的后緣拉裂和低緩的前緣剪切段構成 “L”型滑面，絕大多數物質滑到了坡體的下部，山體上部的破壞以拉破壞為主，山體下部的剪切破壞較少，這是與傳統的重力滑坡不同的地方。安縣大光包滑坡是典型的地震引發的潰滑型山體滑坡，共產生堆積土石方11.5億立方米，形成的可見后緣斷壁陡壁裸露部分有800米，另外被碎石堆積掩蓋的陡壁還有幾百米。

汶川地震后，很多山體雖然沒有發生可見的滑坡，但是地震造成山體松動，形成震裂山體，具有潛在不穩定性。汶川地震后的次生地質災害如何表現，即后效應問題成為困擾災后重建和經濟發展的一個重要問題，它關系到什么時間適合重建、怎么建、在哪建的問題。地震觸發的大量松散物質堆積于溝道和坡面，為形成泥石流體提供了條件。在我們后續的跟蹤研究中，也證實了這個現象，斷層的“鎖固段”地區是地震的高發區，這里有大量的滑坡堆積物，也是泥石流的高發區。2008年9月，北川縣城遭遇泥石流的二次摧毀。最近十年，已經恢復重建的地區不同程度地受到次生地質災害的威脅和破壞。

近十年來，我們對震前震后泥石流發生情況進行跟蹤，發現2012-2016年泥石流產生的次數陡增，如果不加以干涉，汶川地區的泥石流發生頻率估計需要20～25年才能恢復到震前水平。這個結論的依據是當地的暴雨年周期。研究發現，從上世紀90年代到近年，汶川地區的暴雨年周期是4～6年。針對這個規律，我們構建了新的基于臨界雨量的泥石流監測預警模型，能夠對泥石流的發生進行預警，包括災害的發生時間和運動堆積范圍。我們也發現，強震后的山區，泥石流爆發的臨界降雨量下降了約30% 。對泥石流治理，可以采用“水砂分流”“水土分離”“柔性排導槽”等新思路和新工藝，解決震后大型泥石流治理的難題，目前已經成功治理了清平文家溝、映秀紅椿溝、燒房溝等大型泥石流災害。

發現與防控震后地質災害

地震導致大量山體震裂、松動，形成隱蔽的“震裂山體”，為震后降雨觸發大規模泥石流和滑坡提供了物質基礎，同時還可能形成高位滑坡。怎么識別、評估這些震裂山體和它們的潛在風險，才是真正的難題。之所以難，一是發生部位高，很難開展人工排查；二是隱蔽性強，很容易被植被遮蔽；三是突發性強；四是破壞性大。

地震不可控，但地震引起的地質災害是可防可控的，關鍵是要知道它的規律。震裂山體有什么規律？滑坡大都是在震裂山體的基礎上發生的，地震之前就有裂縫，地震時又把裂縫加大了，這些都是滑坡發生的基礎。后來我們發現，識別這一類潛在地質災害風險的關鍵，就是找到震裂山體。怎么找？不外乎兩種手段，地質調查和人工排查的方法，但從實際情況來看顯然行不通。經過這幾年的探索，我們構建了由衛星、飛機、地面傳感器構成的“空-天-地一體化多傳感器”的立體觀測體系。高精度遙感能夠觀測到不同時間里山體裂縫的變化情況，實現對潛在危險的普查。差分雷達干涉測量（D-InSAR）可以實現對同一地物不同時間的多次觀測，當該地物的幾何位置發生了變化，我們認為地表發生形變，以此實現地質災害的識別，其精度可以達到毫米級別。利用無人機攝影測量技術，我們形成了一套無人機航空攝影測量和三維數據處理技術流程，通過獲取大范圍正射影像、三維地形數據，生成地形圖，確定災害體邊界，定位地震裂縫，獲取剖面。從地形圖測量到地質填圖，再到災害填圖、災害識別，克服了人力難以實現的難題，并提高了準確性。我們將激光掃描儀、成像裝置、定位系統、飛行慣導系統等設備組成一套系統，搭載在無人機或直升機上，形成機載型激光掃描系統。它的優勢是雷達信號可以穿透植被到達地表，對地表的“損傷”作高精度探測。以上四種方法，特點不一樣，不足之處也很明顯，所以一般來說，能夠把這四種方法綜合運用，對震裂山體的識別，對潛在危害和風險的識別，都會上一個新的臺階。

今后2～3年內，我們擬采用這套技術對四川西部山區人口相對集中的區域開展大面積的災害識別和核查工作，以此構建災害的主動防御體系，從而改變長期以來對震后滑坡災害被動應對的局面，最大限度減少人員傷亡和財產損失。endprint