汶川地震滑坡与影响因素

2011-01-27侯景瑞袁中夏

地震工程学报 2011年1期

侯景瑞，袁中夏

（1.中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州 730000；2.中国地震局黄土地震工程开放实验室，甘肃兰州 730000；3.甘肃省岩土防灾工程技术研究中心，甘肃兰州 730000)

0 前言

地震滑坡是山区和丘陵地带的主要地震次生灾害，它的发生总是伴随着巨大的损失，特别是中大型滑坡。2008年5月12 日四川汶川发生8.0级特大地震，震区主要以山地、丘陵为主。据统计由于次生地质灾害所造成的损失中有三分之一是由滑坡造成[1]。它对人类生命和经济等所造成的影响的巨大，使得对于地震滑坡的研究更加受到重视[2]。

在中国地震烈度表中，地震滑坡作为烈度评价的参考因素之一，但是还缺乏量化的认识。地震滑坡的发生是由地质地貌、坡度及烈度等因素共同决定的，所以对于地震滑坡与影响因素的研究对于地震滑坡的量化及作为烈度参考都是十分必要的。本文应用 RS/GIS针对地震滑坡的影响因素与地震滑坡的关系进行相关性研究，建立地震滑坡与影响因素的量化关系，同时，根据相关性分析结果进行地震滑坡危险性分析。

1 研究区范围及数据概况

研究区的遥感数据主要来自8景Aster和3景SPOT遥感影像，此外不还收集整理了其它基础数据和辅助解译资料。遥感影像的分辨率、来源及相关说明具体情况如表1所示。

表1 资料信息

本文选取汶川地震烈度Ⅶ～Ⅺ度区作为研究区，包括或者部分包括了北川县、江油市、平武县、青川县、文县、舟曲县、武都区、康县、成县、西和县、礼县和宕昌县12区县。

2 研究方法

通过运用遥感及地理信息系统等技术对地震滑坡与影响因素进行空间分析，综合研究地震滑坡与各影响因素单一及综合响应关系，在研究过程中地震滑坡数据的获得主要通过遥感解译、基础资料辅助分析及相关分析，其中基础资料包括地形图、地质图及数字高程影像等有助于辨别地震滑坡的一系列数据资料。

在研究的过程中主要包括三个方面的内容：首先是遥感影像预处理，主要是应用地形图等对遥感影像进行几何较正及去噪等处理；其次是地震滑坡提取工作，先期主要是在已有经验下提取确定滑坡、标注不确定滑坡，后期则是对于那些不确定的地震滑坡利用DEM 叠加及其它资料辅助等综合方法判定，得到最终的地震滑坡解译数据；最后，地震滑坡数据与其它数据的叠加分析工作，得到研究区内地震滑坡的分布特点和规律及研究区内影响因素对于地震滑坡的控制作用及地震滑坡危险性区划图。

3 地震滑坡与影响因素的关系

3.1 地震滑坡随烈度变化规律

地震滑坡与烈度存在一定的变化关系。通过以烈度区为划分单元，对各烈度区内滑坡的频度及不同规模滑坡比例进行统计分析。从分析统计结果（表2）可知，随着烈度的增大地震滑坡的频度也随之增大。

根据表2的统计数据得到图1。从图1（a）可知，面积＜10 000 m2的滑坡在各个烈度区的发生频度几乎是相同的；面积在10 000～100 000 m2的滑坡则随着烈度的增大发生频度表现出较大幅度的增大；面积＞100 000 m2的滑坡也表现出相似的变化，只是幅度相对较少。如图1(b)所示，从整体上来说随着地震烈度的增大地震滑坡的发生频度也随之增加，其中面积在10 000～100 000 m2的地震滑坡在各个烈度区都是发生频度最大的。

从图1中得知，面积在10 000～100 000 m2的地震滑坡在各个烈度区所占比例是最大的,约占总数的64.2%;随着烈度的增大面积＜10 000 m2的地震滑坡所占比例减少，面积在10 000～100 000 m2的地震滑坡比例增加，在Ⅹ度区达到最大，在Ⅺ度区比例有所回减；而面积＞100 000 m2的地震滑坡在Ⅶ～Ⅹ度区所占比例均在15%左右，在Ⅺ度区达到24%左右。

通过对研究区地震滑坡数据分烈度统计分析图2，得出地震滑坡发生频度与烈度的对应关系：

表2 Ⅶ～Ⅺ烈度区滑坡基本统计数据

图1 地震滑坡频度信息Fig.1 Information of the earthquake landslides frequency.

图2 频度与烈度的关系Fig.2 Relationship between frequency and intensity.

Y代表频度,单位为：个/100㎞2；x代表烈度。

看出，无论从整体还是从某一规模地震滑坡来讲都与地震烈度呈现较强的相关关系，而且，频度与烈度的关系都可以用指数方程较好的拟合，公式（1）对于以后地震烈度评定和地震滑坡灾害分析都有一定的参考意义。

3.2 滑坡与到断裂带距离的关系

汶川地震的发震断层龙门山断裂带是由北川－映秀断裂、都江堰－和县断裂、理县断裂三条断裂平行分布的断裂构成，长约500 km，宽约70 km，走向为NE-SW，也是地震地质灾害的密集带。通过对解译数据的统计可知，在汶川地震中地震引起的地震滑坡主要发生在北川-青川一线，主要沿龙门山断裂带分布，并且在越靠近断裂带滑坡数量越多。图3是一个滑坡数量百分比对于距地震断层距离的一个累积分布图，可以间接看出曲线的变化速率是随着距离的增加而减少的，也就是说在距地震断裂较近的地方滑坡数量随着距离的衰减的较快的；另一方面，也可直观的看出，当距离在0～40 km时滑坡数量已经占了研究区一半以上，当距离在 0～110 km时滑坡数量已经在90%左右，更说明滑坡主要集中在距离断裂较近的地方。

图3 累积滑坡数量与断距的关系Fig.3 Relationship between accumulations of landslides and distance to the seismogenic faults.

图4 滑坡数量与到断裂的距离的关系Fig.4 Relationship between counts of the landslides and distances to the seismogenic faults.

由于汶川地震地面破裂主要沿龙门山断裂，所以，在平行和垂直破裂带两个方向滑坡数量的衰减速度是不相同的，从图4可知，在短轴方向也就是垂直破裂方向滑坡数量随着距离减少的速度较平行方向快。还可以看出，在0～40 km的范围内短轴方向的滑坡数量明显高于长轴方向的滑坡数量，数量比约为1.7：1，占滑坡总数的一半以上，这也说明滑坡主要是沿着长轴方向也就是破裂方向分布的。

3.3 地震滑坡与坡度和高程的关系

坡度是控制滑坡发生的一个主要因素。对于地震滑坡而言，滑坡的发生坡度及坡度与滑坡的关系不同于普通滑坡，由于是在内因外因共同作用下发生的，地震滑坡有一个强烈的地震能量触发条件。地震滑坡一般为大量滑坡同时或短时间内发生，所以有一定的连带效应，一些滑坡发生后使得其上层山体失去支撑，进而发生更多滑坡。理论上坡度越大滑坡越容易发生，但是坡度越大岩土的易碎性也是越大的，也是最不稳定的，这些坡度大的地方在长久的自然磨蚀中可能早已滑落，只剩下坚硬的岩石，所以，会存在一个地震滑坡发生最多的坡度范围。分析图5可以看出，坡度在25°～40°时发生的滑坡最多，占总数的44.7%近于半数。

图5 坡度与滑坡数量关系Fig.5 Relationship between slope grades and counts of the landslides.

高程为滑坡的移动提供了势能，决定了地震滑坡的滑动距离。从对滑坡解译数据与高程数据叠加后的数据分析（图 6）可知，研究区内地震滑坡主要发生在1.0～1.5 km高程内，约占研究区内滑坡总数量的42%。

3.4 地震滑坡与坡向的关系

在研究地震滑坡的空间分布特征中发现地震滑坡的发生具有方向性，体现在地震滑坡在某些坡向方向会较为密集发生。研究中将地震滑坡的坡向分成北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个方向，分别统计得到，在研究区内所发生的地震滑坡主要集中在东、东南和南三个方向，约占地震滑坡总数的一半。这三个方向分别指向地震震中和垂直发震破裂带，可见滑坡的空间分布受坡向和震中及与断裂走向之间的对应关系控制。

图6 高程与滑坡数量关系Fig.6 Relationship between elevation and counts of the landslides.

4 地震滑坡危险性预测

地震滑坡的发生是在各种影响因素的共同作用下发生的，地震滑坡在空间分布上的差异性与其所处位置的环境等因素是密不可分的，各种因素在地震滑坡中所起到的效应也是不同的。本文以GIS为手段，通过叠加方法综合各种因素的影响，判断一个地区发生地震滑坡的可能性大小。因素影响叠加方法就是将影响地震滑坡的因素通过一定的计算法则赋值，并通过模型进行计算。在本文中使用线性叠加模型

R(αi)为表示地震滑坡危险程度函数；αi表示地震滑坡影响因素值，其计算方法采用相对临近程度方法进行划分赋值。最临近程度是以每个因素的最易发生值为中心，计算每一个因素变量到其中心的距离，并根据距离进行赋值，相对临近程度分计算如下：

xi代表影响因素；m代表某一因素的最易发生地震滑坡值，该值采用本文上一节中的研究结果。

通过GIS中的VBA脚本对照表3对每一个图层进行赋值运算，得到R值在5～24区间，将R＜10定为轻微危险区，10≦R＜14定为中等危险区，14≦R＜19定为严重区，19≦R定义为极重危险区。图7为根据上述方法所得到的危险程度区划图。

表2 地震滑坡影响因素及赋值参考

图7 地震滑坡危险性区划图Fig.7 Earthquake landslide hazard zoning map.

从图7中可以看出得到的结果与实际情况比较相符，整体上表现为随着烈度的降低地震滑坡危险性也随之降低。而在每一个烈度区内地震滑坡在某些地方密集出现，体现了影响因素对地震滑坡危险性的控制作用，这与实际的调查结果也是相符的，基本可以反映出地震滑坡的危险程度分布。本方法较以前的研究学者不同的是，本文采用的最临近程度方法以每个因素的最大发生值为基点，以距离基点的长度进行赋值，而不是以每个因素的值变化区间梯度性赋值，所以更为合理，更能反映出实际情况。

将RS/GIS应用到地震滑坡危险性应用分析中，更有利于对地震滑坡因素进行管理和空间分析，GIS的强大功能也为模型实现提供了最为便利的条件。从图7中能够看出，通过最临近程度方法得到的地震滑坡危险性区划图与烈度图比较匹配，也就是说，通过临近程度方法得到的地震滑坡危险性区划图可以定量的反映地震烈度信息。作为地震烈度评定的定量参考因素，其与遥感及地理信息系统的结合应用对于地震灾害快速评定也有一定的意义。