汶川地震驱动的滑坡灾害空间发育规律研究—以四川省安县为例

陈浩，陈朝镇

汶川地震驱动的滑坡灾害空间发育规律研究—以四川省安县为例

陈浩，陈朝镇

(绵阳师范学院资源环境工程学院，四川绵阳621006)

利用遥感影像数据和MAPGIS空间分析功能，对汶川地震驱动的滑坡灾害在四川省安县的发育规律进行研究，结果表明:1)逆冲断层发震时上下盘加速度峰值的差异导致上盘滑坡灾害点密度远大于下盘;2)由于北川－映秀断裂和彭县－灌县断裂的双重影响及锁固段效应的作用，安县滑坡点高密度区位于距发震断层2～6 km处，表现出与其他研究区域不同的特征;3)河流的侧蚀、下蚀作用为滑坡的形成提供了破碎岩土体和有效临空面，滑坡灾害多沿水系呈带状分布;4)滑坡灾害点高密度区与地震高烈度区基本重合;5)滑坡点密度值随岩性硬度的减弱而增强.

汶川地震;滑坡灾害;发育规律;安县

1 预备知识

发生于2008年5月12日的汶川8.0级地震造成人员伤亡数量超过10万.此次地震虽已过去6年多，但分布于斜坡之上的大量松散堆积物在外在条件成熟时仍有发育为大规模群发性滑坡灾害的可能.另外，汶川地震之后的6年间，在中国境内(特别是在青藏高原周缘地区)又发生了多次6.0级以上的浅源地震，地震触发的滑坡灾害给人类的生命财产带来了巨大损失.汶川地震发生后，文献［1－9］对汶川地震区域的崩滑灾害发育规律进行了前期研究，但前人对这一问题的探讨主要集中于整个地震波及区这一空间范围，对某一小范围地震触发的崩滑灾害发育规律研究甚少.在地震波及区域这个整体背景之下，各小区域地质环境有其自身的复杂性，不同小区域断裂展布状况、水系发育特征、岩性分布规律等存在差异，因而，地震驱动的滑坡灾害在某一县域的发育规律与滑坡灾害在整个地震波及区的发育规律可能呈现出不同的特征.同时，对各县域的滑坡灾害空间发育规律进行细化研究，其研究结果对该县进行地质灾害危险性评价也具有一定的指导意义.本次研究所选取区域——四川省安县是汶川地震区中唯一的龙门山主中央断裂和前山断裂贯通全境且贯穿境内的每条断裂长度均在25 km以上的县域(图1).本次研究利用震后遥感影像数据和MAPGIS空间分析功能，通过对汶川地震驱动的滑坡灾害在安县境内的空间发育规律进行分析，旨在探讨各种地质地貌因素对强震触发的滑坡灾害的控制作用，为山岳地震带的抗震设防和灾后重建选址提供理论参考.

2 研究区地质背景

四川省安县位于川西地槽区与扬子准地台的过渡地带［10－13］.总体来看，地处龙门山脉东缘的西北部地区地势较高，山脊海拔在2 000 m上下，分布于安昌江和雎水河两岸的东南部地区属平坝地段，海拔高度为800 m左右［14－15］.另外，研究区主要发育2个活动断层体系，北部为龙门山主中央断裂——北川－映秀断裂，该断裂也是汶川地震的发震断裂;南部为龙门山前山断裂——彭县－灌县断裂，2条断裂的主要运动方向为自北西向南东逆冲，兼具一定的右旋走滑分量.安县境内地层发育齐全，从古生界至新生界均有出露，根据工程岩体分级标准(GB50218－94)［3，16］，可以把研究区的地层岩性划分为5个岩组，即坚硬岩组、较坚硬岩组、较软岩组、软岩组及极软岩组.

3 滑坡灾害空间分布的影响因素

3.1上下盘效应从图1可以较为直观地看出，北川－映秀断裂和彭县－灌县断裂上盘的滑坡点密度明显高于下盘(根据“滑坡分布密度等值线图”所推断灾害点标注为空心圆点).进一步计算可知，北川－映秀断裂上盘滑坡点密度为1.68个/km2，下盘密度为1.03个/km2;彭县－灌县断裂上盘滑坡点密度为1.03个/km2，下盘密度为0.04个/km2.北川－映秀断裂上盘滑坡点密度是下盘的1.63倍，彭县－灌县断裂上盘滑坡点密度是下盘的25.75倍.从上述计算数据可知，北川－映秀断裂上下盘的滑坡点密度均大于彭县－灌县断裂，究其原因，主要是北川－映秀断裂是汶川地震的发震断裂，在此次地震中，其垂直方向的逆冲分量和水平方向的走滑分量均大于彭县－灌县断裂.在安县境内，沿北川－映秀断裂均出现了地表破裂现象，而沿彭县－灌县断裂地表破裂带终止于县境西南侧的雎水镇附近.进一步分析可以看出，北川－映秀断裂和彭县－灌县断裂所夹持的区域即位于北川－映秀断裂的下盘，同时又隶属彭县－灌县断裂的上盘，由于受2条断裂的双重影响，因而该区域的滑坡点密度远大于彭县－灌县断裂的下盘区域(滑坡点数据来源于参考文献［1］).

关于这一效应，前人在对逆冲断层发震的研究中就有发现，即逆冲断裂发震时上盘地表的加速度峰值高于下盘，上盘破坏比下盘更为严重［2－4］.从图2也可以看出，以汶川地震的发震断裂——北川－映秀断裂为界，以每隔2 km的距离作为研究区段，除紧临彭县－灌县断裂、受2条断裂双重作用的距北川－映秀断裂8～10 km的下盘区域外，其余区域上盘滑坡点密度均大于下盘.

3.2距离效应

3.2.1 与发震断裂的距离从理论上分析，地震触发的地质灾害距发震断层越远，地质灾害分布密度越小［4－6］，但对于安县这个较为特殊的区域，滑坡灾害距发震断裂的分布规律与前人的研究结果存在差异.沿北川－映秀断裂2～6 km区段滑坡灾害点密度最大，每km2滑坡点的密度达到1.63个，而紧临发震断裂2 km以内，灾害点的密度为1.58个/km2，不及距发震断层2～6 km的灾害点密度，6 km之外，灾害点密度迅速减小，8～10 km处仅为0.81个/ km2(表1和图3).

究其原因，主要是在安县境内龙门山2条主干断裂贯穿全境，北川－映秀断裂南东侧2～6 km区域即受北川－映秀断裂逆冲和右旋走滑作用的强烈影响，又受彭县－灌县断裂上盘效应的控制，因而区域内滑坡点密度较大.北川－映秀断裂北西侧2～6 km处位于断裂局部错列点的末端，该区域是断裂的局部“锁固段”(图1)，在构造应力的积累过程中，断裂的右旋走滑和逆冲作用在“锁固段”积蓄了更多的能量，当汶川地震发生时，锁固区域产生了比周边地区更为强烈的震动，导致“锁固段”内滑坡点密度远高于其余区域.计算可知，锁固区域内滑坡点密度为3.26个/km2，除去锁固区域，北川－映秀断裂上盘其余区域滑坡点密度仅为1.28个/km2，两者相差2.55倍.这一现象在映秀段、小鱼洞段、红白－茶坪段、擂鼓－陈家坝段、南坝－东河口段都有表现［1，4］.

表1 滑坡点密度与距发震断层距离的关系Table 1Relationship between the density of landslides and distance along the causative fault

3.2.2 与水系的距离在安县境内，北川－映秀断裂和彭县－灌县断裂的叠瓦状逆冲导致地势自北西向南东呈阶梯状下降，沿地势起伏方向，全境主要发育雎水河和安昌江2组河流系统，在干流上游发育有黄洞子沟、金溪沟、茶坪河、苏包河等支流.沿安县主要水系，以0.5 km间隔作为研究区段，用缓冲区分析的方法计算可以看出，河流两侧0.5 km处滑坡点共计194个，0.5～1 km处和1～1.5 km处滑坡点数目依次减少，分别为136个和123个.进一步统计可知，沿河两岸1.5 km处的面积为412.50 km2，仅占研究区域总面积的29.38%，但分布于其中的滑坡点数目占研究区滑坡点总数的54.71%，表明汶川地震驱动的滑坡灾害有沿河流呈线状分布的特征(图4).究其原因，主要是河流的侵蚀作用在山区形成高山沟谷深切割地貌，陡峻的地势为滑坡灾害的形成提供了有效临空面，另外，河流的下蚀和侧蚀作用使河流沿岸的地层更为破碎，汶川地震发生时，岸坡之上的松散土体和岩体沿软弱面整体顺坡向下滑动，因而在河流沿岸易形成滑坡灾害.

3.3烈度效应从图5可以看出，在安县境内，Ⅺ、Ⅹ级2个地震高烈度区及Ⅸ级烈度区主要分布于北川－映秀断裂和彭县－灌县断裂两侧，Ⅷ级和Ⅶ级烈度区距龙门山主干断裂较远.从表2中可以看出，滑坡点密度与烈度等级大小呈正相关关系.在Ⅺ级和Ⅹ级烈度区，滑坡点密度分别达到1.51个/km2和1.49个/km2，自Ⅸ级烈度区，滑坡点密度值迅速降低，仅为0.25个/km2，相当于Ⅹ级区域的0.17，而Ⅷ级烈度区的滑坡点密度又仅为Ⅸ级区域的0.16.

本次地震最大滑坡——大光包滑坡(位于安县高川乡)和紧临安县县界、位于绵竹境内的另一大型滑坡——文家沟滑坡都位于Ⅹ级烈度区，在安县境内Ⅺ级烈度区反而没有特大型滑坡分布，另外，Ⅺ级和Ⅹ级烈度区、Ⅷ级和Ⅶ级烈度区滑坡灾害密度基本一致.究其原因，主要是地震烈度是根据房屋建筑的损毁情况来确定的［1］，由于房屋的抗震性能等因素存在差异，地震对地面的实际破坏程度与地震烈度不完全重合，因而滑坡灾害的规模与地震烈度的等级并不一一对应.

表2 滑坡点密度与烈度等级的关系Table 2Relationship between the density of landslides and seismic intensity

3.4岩性控制作用如前所述，研究区的地层岩性可划分为5个岩组，即硬岩组、较硬岩组、较软岩组、软岩组及极软岩组(图6)［3］.硬岩为震旦系灯影组和陡山沱组硅质岩及粉砂质白云岩，较硬岩为三叠系红星岩组和祁让沟组灰质白云岩、泥质白云岩和泥质灰岩等，较软岩分布范围较广，主要为侏罗系白田坝组砂岩、遂宁组粉砂岩和泥岩、蓬莱镇组岩屑砂岩和砾岩及泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系炭质千枚岩、泥质灰岩、灰岩、板岩夹砂岩等，软岩主要为志留系中岩组砂质灰岩夹千枚岩，极软岩为第四系洪冲积层和残坡积层.由于彭县－灌县断裂南东侧的下盘区域地震烈度相对较小，滑坡灾害点密度极低，因而本次对岩性控制作用的研究主要以彭县－灌县断裂北西侧区域作为研究区.由表3可知，从大面积区域来看，随着岩性硬度减弱，滑坡灾害的发育程度呈增强趋势，较硬岩区域内滑坡点的密度为0.86个/km2，在较软岩和软岩区域，滑坡灾害点的密度分别增至1.12个/km2和1.65个/km2.从理论上分析，硬岩区域更易发生崩塌灾害而非滑坡灾害，但在彭县－灌县断裂北西区域，主要分布软岩、较软岩、较硬岩，其面积达到整个区域总面积的94.28%，可能由于硬岩区和极软岩区面积过小造成两区域缺乏代表性(硬岩区占整个区域总面积的3.41%，极软岩区占整个区域总面积的2.31%)以及受到上下盘效应、烈度效应等因素的影响，导致硬岩区滑坡灾害点密度较高，极软岩区滑坡点密度反而较低.

表3 滑坡点密度与岩性的关系Table 3Relationship between the density of landslides and lithology

4 结语

本次研究在已解译的遥感影像资料基础上，利用MAPGIS空间分析方法对汶川地震驱动的滑坡灾害在安县境内的空间发育规律进行了研究，可以得出如下主要结论:1)由于逆冲断裂发震时上盘地表的加速度峰值高于下盘，因而北川－映秀断裂和彭县－灌县断裂上盘区域滑坡灾害点密度均大于下盘.同时，作为汶川地震的发震断裂，北川－映秀断裂在此次地震中的活动性明显强于彭县－灌县断裂，其上下盘滑坡点密度值远大于彭县－灌县断裂上下盘滑坡点密度值;2)由于受北川－映秀断裂、彭县－灌县断裂的双重影响及锁固效应的控制，研究区滑坡点密度与发震断裂距离的关系有其自身的特点，滑坡点密度并未同其他研究区域一样随发震断裂距离的增大而显著降低，滑坡点密度最大值出现在距发震断裂2～6 km处;3)河流的下蚀和侧蚀作用为滑坡灾害的形成提供了有效临空面，同时使河流沿岸地层更为破碎，岩石卸荷能力增强，滑坡灾害出现沿水系呈线状分布的特点;4)随着地震烈度的增大和对地面实际破坏程度的增强，滑坡灾害点密度随烈度等级的增加而增大;5)易破裂为碎片的岩体更有利于滑坡灾害的形成，因而随着岩性硬度减弱，滑坡灾害的发育程度呈增强趋势.

［1］黄润秋，李为乐.汶川大地震触发地质灾害的断层效应分析［J］.工程地质学报，2009，17(1):19－28.

［2］黄润秋，李为乐.“5.12”汶川大地震触发地质灾害的发育分布规律研究［J］.岩石力学与工程学报，2008，27(12): 2585－2592.

［3］祁生文，许强.汶川地震极重灾区地质背景及次生斜坡灾害空间发育规律［J］.工程地质学报，2009，17(1):39－49.

［4］许强，李为乐.汶川地震诱发大型滑坡分布规律研究［J］.工程地质学报，2010，18(6):818－826.

［5］樊晓一，张友谊，杨建荣.汶川地震滑坡发育特征及其影响因素［J］.自然灾害学报，2012，21(1):128－134.

［6］侯景瑞.汶川地震滑坡及其影响因素研究［D］.兰州:中国地震局兰州地震研究所，2011.

［7］齐信，唐川，铁永波.基于GIS技术的汶川地震诱发地质灾害危险性评价［J］.成都理工大学学报(自然科学版)，2010，37(2):160－167.

［8］曾洪扬，邓斌，李勇.汶川大地震对岷江上游水资源与水环境的影响［J］.四川师范大学学报(自然科学版)，2009，32(1): 134－138.

［9］邵崇建，李勇，颜照坤，等.基于DEM数据的龙门山流域地形起伏度研究［J］.四川师范大学学报(自然科学版)，2015，38(5):766－773.

［10］王金琪.龙门山印支运动主幂辨析－再论安县构造运动［J］.四川地质学报，2003，23(2):65－69.

［11］游勇，陈兴长，柳金峰.汶川地震后四川安县甘沟堵溃泥石流及其对策［J］.山地学报，2011，29(3):320－327.

［12］许向宁，李胜伟，王小群，等.安县大光包滑坡形成机制与运动学特征讨论［J］.工程地质学报，2013，21(2):269－281.

［13］罗启后.安县运动对四川盆地中西部上三叠统地层划分对比与油气勘探的意义［J］.地质勘探，2011，31(6):21－27.

［14］巨能攀，侯伟龙，赵建军，等.安县雎水河流域地质灾害发育、分布及影响因素［J］.山地学报，2010，28(6):732－740.

［15］杨泰平，唐川，齐信.基于GIS技术的汶川8.0级地震诱发地质灾害危险性评价［J］.灾害学，2009，24(4):68－72.

［16］国家技术监督局，中华人民共和国建设部.工程岩体分级标准(GB50218－94)［S］.北京:中国计划出版社，1995.

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

(编辑郑月蓉)

2015－03－11

四川省教育厅自然科学基金(14ZB0265)

陈浩(1977—)，男，副教授，主要从事构造地貌与第四纪环境的研究，E－mail:chenhao11611@163.com