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21世纪初几次大地震事件触发滑坡基础数据建设

2014-06-23徐锡伟

地震地质 2014年1期
关键词:汶川滑坡

许 冲 徐锡伟

(中国地震局地质研究所,活动构造与火山重点实验室,北京 100029)

0 引言

地震滑坡基础数据建设是地震滑坡后期科学研究的基础(Harp et al.,2011a;Guzzetti et al.,2012),如地震滑坡空间分布规律分析(Xu et al.,2012)与评价(Xu et al.,2012a,b)、地震区河流与地貌演化(Parker et al.,2011;许冲等,2013b)等。因此,地震滑坡基础数据建设的完整性与科学性也决定着后续的研究成果是否客观。虽然有一些地震滑坡基础数据建设的成果出现(Keefer,1984;Rodrı'guez et al.,1999;Khazai et al.,2004;许冲等,2012),但是这些成果因受历史时期科研、遥感与GIS技术条件的限制,很少有统一标准的地震滑坡基础数据库及其建设标准。

本文在建立地震滑坡基础数据建设详细方法与准则的基础上,以21世纪初4次大地震事件,即2008年MW7.9汶川地震、2010年MW6.9玉树地震、2010年MW7.0海地太子港地震、2007年MW6.2智利艾森峡湾地震为背景,分别建立了这4次大地震事件触发滑坡基础数据。讨论了详细准确的地震滑坡基础数据的重要实际应用价值与科学研究意义,提出了建立一个统一的地震滑坡基础数据建设标准的重要性。

1 地震滑坡基础数据建设方法

1.1 地震滑坡编录原则

地震滑坡编录应遵循如下几个原则:滑坡尺度选择应可解译;单体滑坡多边形标识;滑坡编录空间分布应具有连续性;应区分出单体滑坡;误差控制;人工目视解译。分述如下:

(1)地震滑坡尺度选择应遵循可解译原则。Harp等(2011a)提到在进行滑坡编录中滑坡解译的最小滑坡长度为1~5m。该原则与当前商业遥感影像空间最高分辨率是一致的,如Quick Bird是当前商业遥感数据中分辨率最精确的影像之一,其空间分辨率约为0.46m。理想情况下,当滑坡的长度覆盖2个栅格或者超过2个栅格时,便可将滑坡大概解译出来。而在实际的滑坡解译工作中,应当考虑所获得遥感影像的分辨率,不必拘泥于一个固定的滑坡最小解译尺度。如果使用的遥感数据分辨率较低,如ALOS(多光谱分辨率为10m)与ASTER(多光谱影像分辨率为15m),利用这些影像得到的滑坡编录结果精度自然达不到滑坡长度1~5m这么精确。而对于分辨率比Quick Bird更精确的影像,如在玉树地震中,部分航片(许冲等,2012)的分辨率达到了0.2m,利用如此精确分辨率的遥感数据可能解译出更小规模的滑坡。在实际的滑坡编录工作中,能解译得到规模小的滑坡所占比例并不大。如汶川地震滑坡编录成果,虽然在地震滑坡目视解译过程中使用了多种分辨率的遥感影像(分辨率较差的遥感影像如5m或者10m分辨率的数据),但是单体滑坡面积<400m2(4个10m分辨率栅格的面积)的滑坡非常少,这也就充分说明了汶川地震滑坡编录图对于使用的不同分辨率的遥感影像并不敏感,最终得到的编录图具有较强的稳定性。因此,除去解译人员经验差异,一些滑坡编录成果受不同分辨率(分辨率高于5m或10m)遥感影像的影响较小。在后续的滑坡空间分布样式分析与滑坡评价研究中,可以根据分布面积较广且分辨率较低的遥感影像的单个栅格的面积的2~4倍来作为最小滑坡的面积阈值。这是因为在解译过程中发现,滑坡的面积是栅格的2~4倍时,滑坡往往可以被客观地解译出来。将小于这一面积阈值的滑坡去除便可以进行客观的滑坡空间分布规律与评价、地震区河流与地貌演化等研究。即使保留全部的滑坡,由于地震滑坡数量多,分布面积广,这些面积低于阈值的滑坡数量少且面积小,其对最终结果产生的误差也极小。

(2)滑坡的多边形标识原则。在20世纪90年代前后,GIS技术出现之前或出现之初,在GIS广泛应用于地震滑坡编录与分析之前的滑坡编录工作多将滑坡用点要素或者其他标志表示,这样做的目的是为了制图需要,可以让阅读者对滑坡空间分布有直观的认识。然而后续的考虑滑坡规模的滑坡分布规律统计与体积求取,包括后续的地震区河流与地貌演化研究等,均需要标识出滑坡的边界,因此需要将滑坡标识为面要素。也有的成果将滑坡标识为不同的符号或形状,有的给出了滑坡后壁陡坎延续的位置,这样做的目的是为了更好地表现出滑坡的滑动方向与后壁陡坎的位置,然而这种方法并不利于后续的基于GIS工具进行的滑坡空间分析、评价等研究。因此,基于滑坡基础数据建设更广泛的应用方面的考虑,需要将滑坡用面要素表示。此外,为了更好地标定出滑坡源区的位置,还应将滑坡源区用点来表示,制作2套滑坡编录图。也可以将滑坡源区用多边形来表示。但是基于遥感影像解译的工作还不太成熟,因为在遥感影像上要将滑坡源区划分出来对于很多滑坡来说比较困难,滑坡源区的下边界往往被滑坡物质所覆盖。

(3)滑坡空间分布的连续性原则。这一原则包含两层意思:一是不应当存在地震滑坡调查空区,这一点被广大的地震滑坡学者所接受;二是应当排除一些远离震源的异常滑坡,这些滑坡在空间分布上构成了异常点,而且往往发生在震前就处于临界滑动状态的高敏感斜坡上且规模很小或零星分布。由于斜坡物质在震前就处于临界滑动状态,所以这样的滑坡对于反映地震参数意义较小,甚至对震情具有一定的误导,因此这样的滑坡应当排除出地震滑坡基础数据库。多数地震滑坡空间分布实例表明,地震震源向外呈现衰减的趋势,滑坡发生会呈现出与地震动强度大体一致的趋势。有的研究表明滑坡在空间分布上有连续性,这是由于地震事件是一个点源或者线源破裂事件,往往根据震动强度与地震滑坡之间的分布,建立一种较为松散的地震滑坡与地震动的关系,得到最小能够触发地震滑坡的最小地震动峰值加速度。不同的研究地区甚至不同的研究人员在同一地区得到的结果也存在差异,这是因为一些成果包含了远离震中的一些处于滑动临界状态的滑坡或浅层崩塌,这是一个较重要的但往往被忽略的问题。如Jibson等(2012)没有考虑地震滑坡的连续性问题,将一些震前几乎处于失稳临界状态的,在地震时滚落的单独石块与一些地震时失稳的规模极小的岩石碎片视为滑坡,导致了滑坡限制区域过大,结果有些不妥。因此,在制作滑坡分布图时,滑坡的空间分布连续性原则是不能忽视的一个方面。考虑地震滑坡大多聚集分布的特征导致的滑坡分布连续性,进而可以较客观地框出地震滑坡编录图的滑坡限制区域。

(4)应区分出单体滑坡原则。由于地震滑坡数量多,密度大,一个斜坡上往往发育多个滑坡,且2个甚至多个滑坡连接在一起的情况较为普遍。一些研究人员将这种类型的滑坡统一框定为复合型滑坡(Parise et al.,2000)。这样的滑坡编录图存在的问题不容忽视。虽然滑坡的面积不会发生变化,但其数量却会发生较大的变化,导致后续滑坡统计分析与危险性评价中出现一定的误差。若后续进行地震滑坡体积的空间分布研究,那么将多个小滑坡框定为一个大滑坡会大大增加滑坡的体积(Parker et al.,2011;许冲等,2012c),导致滑坡体积结果比实际滑坡体积大很多。以往的地震滑坡基础数据建设多没有考虑到后续体积计算,考虑到该因素对滑坡点统计与体积计算有一定的影响,在地震滑坡解译中要严格执行区分出单体滑坡的原则。在具体操作中,要区分单体滑坡最好结合滑坡的影像特征与场地地形因素综合考虑,对于在遥感影像上整体性表现一致、源区整体性好、且在地形上表现为同一个坡面的滑坡,判断为单体滑坡。有的滑坡源区在一起,滑动方向一致,即使滑坡运动路径有些分开,也将其视为单体滑坡;如果2个或者多个滑坡的滑坡源区不相连,但是堆积物连在了一起,那么就根据滑坡的遥感影像特征、地形信息、野外调查成果,将滑坡分为多个单体滑坡;若2个或者多个滑坡的滑坡源区在一起,只是由于地形的影响,滑坡物质朝不同的方向运动,那么就依据地形信息与滑坡遥感影像信息将滑坡区分为多个单体滑坡。总而言之,区分单体滑坡的基础与重要的出发点是考虑滑坡滑动物质运动的方式一致性与整体性,在利用滑坡的“面积-体积”幂律公式计算滑坡的体积时,尽量使产生的误差降低到最小。受基础影像分辨率的影响就很容易将其区分为多个单体滑坡。在低分辨率影像上解译滑坡时,地震滑坡之间平面距离较小的2个滑坡可能会被错判成一个单体滑坡,而在分辨率高的影像上则可分出多个单体滑坡。如汶川地震中,很多滑坡相距很近,它们在低分辨率影像上成片显示,无法区分开单体滑坡,然而在高分辨率影像上可以较容易地将其区分开来。

(5)地震滑坡数据建设误差控制原则。滑坡精度是滑坡编录图质量的重要影响因素,滑坡精度主要包括滑坡地理位置精度与边界精度、漏判、误判3个方面的信息。

滑坡地理位置精度与边界位置精度受基础影像精度的影响。在使用遥感影像之前,需要对遥感影像进行正射校正、几何精确校正等操作,处理后的影像要与其他的专题图层相匹配,原则上误差不能超过一个栅格大小。滑坡的边界位置精度主要受人为因素与遥感影像分辨率的影响,许冲等(2013a)曾分析了忽略人为因素影响的情况下,由遥感数据分辨率造成的地震滑坡编录误差范围。

在多个研究中,存在滑坡的漏判(少判)情况,滑坡漏判的主要原因包括:遥感影像未能覆盖整个地震区;由于人为因素而漏掉了较多的小规模滑坡,在滑坡密集分布区,很容易将这些滑坡漏掉;由于受自身解译经验所限,一些滑坡未能识别出来,比如深层推移式滑坡,这类滑坡的坡面植被较好,容易漏判。要避免滑坡漏判,需要在滑坡解译时注意上面的几个事项。

滑坡错判(或多判)也是造成滑坡误差的一个重要因素。滑坡的误判包括将一些震前的滑坡或者震后降雨产生的滑坡识别为同震滑坡;将人工开挖、裸露的山地、梯田等识别成滑坡,这些误判会对结果形成较大的误差。为降低这类误差,需要选择距地震发生时刻较近的震前与震后的遥感影像进行滑坡解译,这样可以较好地避免将震前滑坡或震后降雨滑坡识别为同震滑坡。针对震前的影像可以较顺利地排除掉将人工开挖与裸露的山地、梯田、裸露的岩石等识别为滑坡。

对于如何将地震前滑坡与地震后降雨或者其他因素触发的滑坡区分开来,还需要更进一步地说明。若滑坡在震前的影像上不存在,在震后的影像上存在,则认为是同震滑坡,但是如果在地震后距离地震时间较近的影像上没有,在距离较远时间上的影像上存在,那么认为该滑坡不是同震滑坡,而是由地震后降雨或者其他因素触发的。若滑坡在地震前与地震后都存在,且形态一致,则该滑坡不是由该地震触发,而是地震前就存在的滑坡。若形态一致,但是在地震前后影像的色调上表现出较大的差异(主要是在地震后影像上更明显),则为地震滑坡;如果滑坡在地震前的影像上的光谱特征与周围环境的差异更明显,则不是地震滑坡,因为这一般表明了滑坡上植被随时间恢复的过程。若滑坡在地震前与地震后的影像上形态不一致,则分为2种情况:一是震后的滑坡面积大于震前的滑坡面积,这表明了斜坡在地震时发生了滑动,该滑坡是由地震触发的;如果震后影像上滑坡的面积小于震前的滑坡的面积,则从震后影像上滑坡的色调去判断是否为此次地震触发滑坡。若滑坡的色调从边界到中央呈现渐进的变化,那么该滑坡不是由地震触发,而是滑坡上的植被在逐渐恢复;若震后面积小的滑坡呈现明显的不同,则该面积相对小的滑坡是在震前大面积的滑坡面上再次发生的滑坡,可将该滑坡视为本次地震触发的滑坡。这样,就较客观地将震前的滑坡与同震滑坡区分开来。

(6)人工目视解译原则。地震滑坡基础数据建设要采用人工目视解译的方法,而不是滑坡信息自动提取方法。以目前的地震滑坡自动提取成果来看(Parker et al.,2011),其结果精度尚不能满足后续的地震滑坡空间分布规律与危险性评价、地震区河流与地貌演化研究等。这是因为受地震滑坡的影像光谱特征与周围环境(如裸露的山地、公路、人类居住区等具有相似特征)的限制,比起人工目视解译方法,地震滑坡信息自动提取方法得到的结果始终存在较大的差异。因此,在今后的较长一段时间内,基于人工目视解译方法的地震滑坡基础数据建设都将是比地震滑坡信息自动提取方法更可取的方法,基于人工目视解译方法得到的滑坡编录结果更适合应用于后续的地震滑坡空间分布样式研究与地震区河流与地貌演化研究等。

1.2 遥感影像选择原则

遥感影像的选择原则对地震滑坡编录的质量至关重要。Harp等(2011a)曾给出地震滑坡影像选取的原则,这里就不再赘述,但是其中有2点需要补充:1)需要尽量搜集震前的影像,这样可以便于排除震前滑坡与解译错误的区域;2)Harp等(2011a)认为三维高程模型是必需的,事实上对于有经验的解译者,数字高程模型并不是必需的,影像上的水系、山脊以及滑坡的光学影像特征可以作为判断滑坡与其滑动方向的证据,从而可以不需要这一区域的数字高程模型。当然,如果基于数字高程模型将影像做成三维视图,将会使地震滑坡解译更便利。数字高程模型对解译具有显著地形标志的古滑坡是必不可少的,而对于在影像上表现出与环境差异很大的近期发生的新鲜同震滑坡,从影像纹理、色调差异方面判识更为有效。因此对遥感影像的选择进行了更进一步的总结与概括:1)影像必须连续而且覆盖全部的滑坡分布区域;2)影像分辨率要足够高,可以满足规模小的滑坡解译要求;3)尽量搜集震前的遥感影像;4)地震前后影像的时相均应距离地震发生时刻较近,震后影像尽量在地震后较快的时间获取(尽可能无云覆盖),这样可以获得地震滑坡对地形与基础设施影响的初始状态;震前影像的时相距离地震时间近可便于地震前后影像的有效对比。

1.3 地震滑坡属性库建立原则

地震滑坡基础数据建设的一个重要方面是地震滑坡属性数据库建设。地震滑坡的属性字段应该包括地震滑坡的长、宽、高等几何属性与滑坡的坡度、滑动方向、地层岩性等环境因素,在有的研究中,还包括地震滑坡的类型。地震滑坡分类在不同的成果中存在一定的差异,一些较详细的滑坡分类方法(Keefer,1984,1999),多是根据Varnes(1984)的滑坡分类方法演变而来。在近年来的突发地震事件中,地震滑坡的分类对以往复杂的分类方案进行了大大的简化。总之,当前地震滑坡分类并没有统一的标准,而且很多地震滑坡表现为2种甚至多种类型滑坡的特点,难以区分其更倾向于哪一种。因此,当前的条件下,难以对地震滑坡分类标准进行统一。

2 近期几次大地震事件触发的滑坡

2.1 2008年MW7.9汶川地震滑坡

2008年5月12日四川汶川MW7.9(MS8.0)大地震发生在青藏高原东部与四川盆地交界的山盆交界地带。地震产生了长达240km的主地震地表破裂带(徐锡伟等,2008)。断裂穿越的强震动区域多为地形陡峭的高山峡谷区,这就导致了汶川地震触发大量的山体滑坡。基于高分辨率遥感影像目视解译与野外调查的方法,开展了汶川地震滑坡基础数据建设,结果表明,汶川地震触发了至少197481处滑坡,滑坡总面积约1160km2,滑坡分布面积约为110000km2。大多数滑坡集中分布在面积为44000km2的区域内(许冲等,2010,2013a;许冲,2012;Xu et al.,2012,2013a)。此外,针对每个滑坡,还提取了滑坡中心点的位置,标定了滑坡后壁点的位置,分别标定为滑坡中心与源区的位置。图1展示了滑坡分布图与用于解译滑坡的地震前、后各种遥感影像的信息。图1a中红色斑块代表地震滑坡,滑坡多分布在断层的上盘,以逆冲性质为主的发震断裂SW段周围的滑坡明显高于以右旋走滑为主的NE段。图1a中给出了使用的震前影像的分布范围;图1b给出了使用的震后遥感影像的简单分布。图中的背景影像为处理过的震前的分辨率为15m的ETM+数据(http:∥datamirror.csdb.cn/,图2~4中的背景影像来源与此相同)。

图1 2008年汶川地震滑坡分布与地震前后遥感影像分布图Fig.1 Spatial distribution of landslides triggered by the 2008 Wenchuan earthquake,China and remote-sensing images used for landslide visual interpretation pre-and post-earthquake.

2.2 2010年MW6.9玉树地震滑坡

2010年4月14日,青海省玉树县发生了MW6.9地震,发震构造为左旋走滑性质的鲜水河断裂带西段的甘孜-玉树断裂带(陈立春等,2010;孙鑫喆等,2012)。滑坡解译与野外调查结果表明,玉树地震至少触发了2036处滑坡,面积为1.194km2,滑坡密集分布区域面积约为1500km2(图2,许冲等,2012;Xu et al.,2013b)。因为玉树地震触发的大多数滑坡规模较小,所以在图2中用点要素去标识滑坡的位置。由于受到遥感影像覆盖范围的限制,在研究区之外可能也会发生一些滑坡,由于缺乏遥感影像并没有对这些区域开展滑坡调查解译工作。但是,分析地震滑坡沿断裂密集型规律与表现出来的衰减规律,研究区外的滑坡数量应是较少的。

2.3 2010年MW7.0海地太子港地震滑坡

2010年1月12日海地MW7.0地震发生在北美板块向加勒比板块俯冲碰撞的俯冲带地区,该区域构造复杂,多为压扭型受力类型。初始研究认为海地地震的发震构造是恩里基约-芭蕉园断裂(图3),而后续的研究表明,海地地震并没有造成沿着该断裂的地表破裂,在地震的其他区域也未发现地表破裂。经过InSAR、GPS等综合分析最终认为,2010年海地地震的发震构造是一条与恩里基约-芭蕉园断裂相关的莱奥甘盲断层(Calais et al.,2010;Hayes et al.,2010;Hough et al.,2010;Prentice et al.,2010)。基于高分辨率遥感影像的海地地震滑坡目视解译结果(许冲等,2012a;Xu et al.,2012c)表明,海地地震触发了30828处滑坡,覆盖面积约为15.736km2。我们构建了3类地震滑坡编录图,包括滑坡面分布图、滑坡中心点分布图、滑坡源区点分布图,图3显示本次海地地震滑坡大体分布在一个面积约为3200km2的区域内。

图2 2010年玉树地震滑坡编录图与震后遥感数据覆盖范围Fig.2 Spatial distribution of landslides triggered by the 2010 Yushu earthquake of China and coverage of remote sensing images post-earthquake.

图3 2010年海地MW7.0地震触发滑坡空间分布图Fig.3 Spatial distribution of landslides triggered by the 2010 Haiti MW7.0 earthquake.

2.4 2007年MW6.2智利艾森峡湾地震滑坡

2007年4月21日,智利巴塔哥尼亚的艾森峡湾发生了一次MW6.2地震,其震源机制为NS向几乎垂直的震源面,发震构造为Liquiñe-Ofqui断裂(Sepúlveda et al.,2010)。前人的研究(Sepúlveda et al.,2010)表明,本次地震至少触发了500处滑坡,我们开展的更详细的滑坡解译结果表明,本次地震触发了至少1000处滑坡(图4)。从图4可以看出,本次地震触发的滑坡多丛集分布。

图4 2007年智利艾森峡湾地震滑坡编录成果Fig.4 Inventory of landslides triggered by the 2007 Aysén Fjord earthquake,Chile.

3 实际应用价值与科学研究意义

地震滑坡基础数据建设对地震滑坡后续的多方面研究都具有重要意义,既包括地震区震后滑坡与泥石流防灾减灾等实际应用,又包括地震滑坡空间分布规律分析与滑坡评价、震区地震滑坡控制下的河流与地貌演化等科学研究。

3.1 对地震滑坡空间分布规律与危险性评价的意义

地震滑坡基础数据建设是地震滑坡空间分布规律分析与滑坡评价的基础。通过地震滑坡空间分布规律分析,可以找到影响地震滑坡易发因子区间,从而可以开展进一步的滑坡评价工作。滑坡数据库编录的完整性与连续性决定着这项工作的科学性。虽然由于实际的地震滑坡数量多、分布面积广,一些地震滑坡编录图体现出一定的稳定性,但是对于一些滑坡编录与实际相差较大的结果难免会出现较大的误差。因此,详细完整的地震滑坡基础数据建设对于地震滑坡空间分布规律与危险性评价具有重要的意义。

3.2 对地震区滑坡泥石流防灾减灾的意义

地震滑坡编录数据是求取区域地震滑坡体积的重要基础,而流域内地震滑坡松散堆积物的体积又是求取泥石流沟内泥石流物源体积的必不可少的因素。因此,地震滑坡基础数据建设对地震区震后滑坡与泥石流防灾减灾具有重要的意义。以2008年汶川地震为例,虽然前期有一些关于汶川震区泥石流评价的研究成果,对震区泥石流防灾减灾提供了参考,但是由于缺乏较全面详细的泥石流编录图,因而导致对物源估计不足,得到的泥石流危险性评价结果与地震后几年内泥石流实际发生的规律与危险性存在一定的差异,造成了对一些泥石流的危险性认识不够。因此,符合前述原则的地震滑坡基础数据建设对于震区滑坡与泥石流防灾减灾具有重要的实际意义。

3.3 对震级、活动断层运动习性等的反馈

Keefer在1984年就开展了地震震级与滑坡关系的研究,滑坡的衡量指标包括滑坡的分布面积、滑坡的数量、面积、至断裂的距离、至震源的距离等。Keefer(1984)试图建立地震震级与滑坡的映射关系,虽然这些对应关系并不严密,但是可以反过来应用详细的滑坡编录图进行地震震级大概信息的反馈与反推。一些研究(Gorum et al.,2011,2013;许冲等,2012b;Xu et al.,2012)也表明,活动断裂的运动习性对地震滑坡的空间分布起着重要的作用,如逆冲断层型地震、走滑断层型地震与隐伏断裂型地震触发的滑坡空间分布样式各不相同。地震滑坡空间分布信息还能反映地震烈度信息(Xu et al.,2013c)。因此,在地震信息不明确的区域,也可以将地震滑坡空间分布信息作为地震信息、活动构造信息与地震烈度信息的一个科学的参考。

3.4 对于河流与地貌演化研究的基础意义

越来越多的研究表明,地震滑坡与地壳抬升这一对对立的因素,对地震区河流与地貌演化研究起着重要的作用。详细的地震滑坡编录图对于地震区地震滑坡控制下的河流与地貌的演化研究亦起着重要的基础作用。因为与流域内泥石流物源体积求取方法一致,其对地震滑坡剥蚀量的求取影响很大。Parker等(2011)研究了汶川地震滑坡侵蚀率与地壳抬升量的关系,认为地震滑坡剥蚀量远高于地壳抬升量。但是值得讨论是,汶川地震滑坡基础数据是基于自动提取方法得到的,虽然经过了人工检查,但是仍有可能将多个滑坡圈定成一个滑坡的情况,这样得到的滑坡体积会比实际体积多出不少。Parker(2011)据此得到的滑坡剥蚀量约为9km3,而笔者利用地震滑坡基础数据建设方法得到的结果仅为6km3左右(许冲等,2012c),虽然这一体积仍大于同震抬升量(约2.6km3),但是比Parker等的结果降低甚多,这对于河流与地貌演化的后续分析具有重要的意义。

3.5 对全球地震震级与触发滑坡关系研究的意义

将地震滑坡基础数据统一是研究全球范围内地震震级与滑坡空间分布关系的必要因素,目前有一些这方面研究。Keefer(1984)研究了早在1811年发生的地震事件,Jibson等(2012)研究了2011年发生的弗吉尼亚州Mineral地震事件,他们的研究成果都包含了地震震级与滑坡的关系。但是由于不同时期的地震滑坡调查与编录技术的差异,不同的人员得到的结果颇不相同。如2011年8月23日弗吉尼亚州Mineral地震,由于没有考虑到地震滑坡空间分布的连续性,Jibson等(2012)将震前处于滑动临界状态的斜坡上发生的块石滚动与岩石碎片也作为地震滑坡编录。其结果是,虽然本次地震震级很小,但是却在远离震中的地方出现了滑坡,造成了滑坡出现的部位至震中的最远距远大于相似震级的情况。要避免这种特殊性对结果造成的误差,需要将这些异常的滑坡排除在地震滑坡基础数据建设之外。

4 分析与讨论

4.1 与他人成果对比

对于这4次地震,其他科研人员也进行过基础地震滑坡数据建设,但是由于建设方法的不同、对地震滑坡认识上的差异以及数据编录的目的差异,导致了结果相差较大。通过将本成果与其他研究结果的简单对比,分析其中差异存在的原因,探讨不同地震滑坡解译人员在以后的地震滑坡数据库建设中应该注意的问题,论述制定统一地震滑坡解译标准的重要性。

2008年汶川地震后,相继出现地震滑坡数据编录成果(殷跃平,2008;黄润秋等,2009;Qi et al.,2010;Gorum et al.,2011),震后应急考察得到的地震触发滑坡有10000多处,基于遥感影像目视解译等方法得到的有60000处左右;Parker等(2011)基于地震滑坡自动提取方法,得到了滑坡面超过60000处;笔者前期基于人工目视解译得到的滑坡有50000~60000处(许冲等,2009a,b;Dai et al.,2011)。这样看来,似乎60000处是汶川地震触发滑坡较真实的数量。然而在分析这3组不同的数据后发现,笔者的前期成果中在震中附近存在较多的空区,而这些空区恰好是汶川地震滑坡发生最密集的区域之一,还存在一些将一个斜坡上发生的多个滑坡圈定成1个滑坡的情况;而Parker等(2011)的研究结果中,也在解译北川崩塌现象时明显地将多个单体滑坡解译成一个整体滑坡,这样就大大减少了滑坡的数量;而其他点数据结果(Gorum et al.,2011),由于缺少源数据暂时无法考证。由于汶川地震触发滑坡往往连片分布,使用点数据难免会顾此失彼,漏掉较多的小规模滑坡,只有使用面数据才能将解译过的区域真实地表达出来,这样可以客观地看到哪些滑坡未被解译,这是用点数据所无法做到的。因此,分析以往的这些成果发现,汶川地震滑坡存在较多的漏判情况,其实际数量要远远超过60000处。笔者基于地震滑坡基础数据建设方法得到的最新结果印证了这一结论。我们的结论是,汶川地震触发的滑坡至少197481处(许冲,2012;Xu et al.,2012,2013a;许冲等,2013a)。

2010年4月14日中国玉树MW6.9地震的震后应急考察发现,玉树地震触发了282处滑坡(殷跃平等,2010;Zhang et al.,2010)。然而笔者根据地震前后航片与遥感影像开展了地震滑坡目视解译并进行一定的野外验证,结果表明,玉树地震触发滑坡至少为2036处。这说明,要建立详细的地震滑坡编录图,遥感与GIS工具是必不可少的工具。由于地震滑坡分布的区域面积大、密度大,加之往往位于交通不便的山区,野外工作经常无法开展,而高分辨的遥感影像目视解译可以替代大部分的野外工作。

2010年1月12日MW7.0海地太子港地震后,也有一些人员陆续开展过这方面的研究,所获成果也存在较大的差异,Harp等(2011b)认为海地地震至少触发了7000处滑坡;Gorum等(2013)得到的结果是4490处;笔者基于上述地震滑坡基础数据建设方法得到的结果是至少有30828处;我们的滑坡数量多于其他成果的原因如下:1)我们对所有能解译到的小滑坡均进行了解译;2)将同一个斜坡面上的多个滑坡区分开来,海地地震中有不少不同源区的滑坡发育在同一个坡面上,有许多运动区与堆积区是相连的,有些这样的滑坡或许被处理成单体滑坡,考虑到后续区域地震滑坡体积求取的精确度,这样的滑坡在我们编录时尽量排除;3)对于地震前后影像上表现一致的滑坡,当做非地震滑坡处理,而对于地震前后遥感影像上形态不一致的滑坡,不论地震前后哪个滑坡面积大,只要地震后的滑面足够新鲜就当作同震滑坡处理。Harp(2011b)的解译方法是采集了海地地震滑坡的点数据,这样做势必会漏掉较多的小滑坡,因此海地地震触发实际滑坡的数量应多于他的7000处的结果。

关于2007年4月21日MW6.2智利艾森峡湾地震,Sepúlveda等(2010)得到了538处滑坡面数据,实际上这次智利地震至少触发了1000处滑坡,产生这种差异的原因同样是基于解译小规模滑坡的原则与区分单体滑坡的原则。

4.2 建立一个统一标准的必要性

通过21世纪初4次大地震触发滑坡基础数据建设成果的对比可知,由于没有一个统一的标准,这些成果差别较大。笔者在综合了国内外地震滑坡基础数据建设的基础上,制定了一个地震滑坡基础数据建设的更详细的新标准。在此标准的指导下,今后的地震滑坡基础数据建设成果有望朝着更一致的方向发展。虽然不同的解译标准得到的滑坡面积相差不大,但是在滑坡数量与滑坡体积上会出现较大的差异,这对于滑坡数量的空间分布与统计,后续的地震区地震滑坡控制下的河流与地貌演化研究具有重要的影响。因此,建立一个统一标准并被广大地震滑坡科研人员所认可是当前地震滑坡数据库建设最基础与最重要的工作。

5 结论

(1)建立了地震滑坡基础数据建设的标准。包括地震滑坡编录原则:滑坡尺度选择应遵循可解译原则,滑坡的多边形标识原则,滑坡空间分布的连续性原则,滑坡数据建设误差控制原则(包括地理位置精度与边界精度、漏判、误判3个方面),人工目视解译原则;遥感影像的选择原则;地震滑坡属性库建立原则:建立滑坡的长、宽、高等几何属性与地震、地质、地形、地貌等环境变量信息,地震滑坡类型信息等。

(2)简要介绍了我们进行的21世纪初4次大地震事件的地震滑坡基础数据建设。包括2008年MW7.9汶川地震、2010年MW6.9玉树地震、2010年MW7.0海地太子港地震、2007年MW6.2智利艾森峡湾地震。分析了这些基础数据的实际应用价值与科学意义:包括对地震滑坡空间分布规律与危险性评价的意义;对地震区滑坡与泥石流防灾减灾的意义;对震级、活动断层运动习性与地震烈度信息的反馈;对河流与地貌演化研究的基础意义;对全球地震震级与触发滑坡关系研究的意义。

(3)分析了本文成果与其他成果存在的差距的原因,论述了建立统一的地震滑坡基础数据建设标准的必要性。在这样标准的指导下,今后的地震滑坡基础数据建设受人为主观因素影响将越来越少,成果有望朝着更客观与更一致的方向发展。

陈立春,王虎,冉勇康,等.2010.玉树MS7.1地震地表破裂与历史大地震[J].科学通报,55(13):1200—1205.

CHEN Li-chun,WANG Hu,RAN Yong-kang,et al.2010.The MS7.1 Yushu earthquake surface ruptures and historical earthquakes[J].Chinese Science Bulletin,55(13):1200—1205(in Chinese).

黄润秋,李为乐.2009.汶川地震触发崩塌滑坡数量及其密度特征分析[J].地质灾害与环境保护,20(3):1—7.

HUANG Run-qiu,LI Wei-le.2009.Analysis on the number and density of landslides triggered by the 2008 Wenchuan earthquake,China[J].Journal of Geological Hazards and Environment Preservation,20(3):1—7(in Chinese).

孙鑫喆,徐锡伟,陈立春,等.2012.2010年玉树地震地表破裂带典型破裂样式及其构造意义[J].地球物理学报,55(1):155—170.

SUN Xin-ze,XU Xi-wei,CHEN Li-chun,et al.2012.Surface rupture features of the 2010 Yushu earthquake and its tectonic implication[J].Chinese Journal of Geophysics,55(1):155—170(in Chinese).

许冲.2012.汶川地震滑坡详细编录及其与全球其他地震滑坡事件对比[J].科技导报,30(25):18—26.

XU Chong.2012.Detailed inventory of the 2008 Wenchuan earthquake triggered landslides and its comparison with global other earthquake events[J].Science& Technology Review,30(25):18—26(in Chinese).

许冲,戴福初,姚鑫.2009a.汶川地震诱发滑坡灾害的数量与面积[J].科技导报,27(11):79—81.

XU Chong,DAI Fu-chu,YAO Xin.2009a.Incidence number and affected area of Wenchuan earthquake-induced landslides[J].Science& Technology Review,27(11):79—81(in Chinese).

许冲,戴福初,陈剑,等.2009b.汶川MS8.0地震重灾区次生地质灾害遥感精细解译[J].遥感学报,13(4):754—762.

XU Chong,DAI Fu-chu,CHEN Jian,et al.2009b.Identification and analysis of secondary geological hazards triggered by a magnitude 8.0 Wenchuan earthquake[J].Journal of Remote Sensing,13(4):754—762(in Chinese).

许冲,戴福初,徐锡伟.2010.汶川地震滑坡灾害研究综述[J].地质论评,56(6):860—874.

XU Chong,DAI Fu-chu,XU Xi-wei.2010.Wenchuan earthquake induced landslides:An overview [J].Geological Review,56(6):860—874(in Chinese).

许冲,徐锡伟.2012a.俯冲带地区压扭断裂型地震触发滑坡及其剥蚀厚度空间分布规律分析[J].工程地质学报,20(5):732—744.

XU Chong,XU Xi-wei.2012a.Spatial distribution of seismic landslides and their erosion thickness related with a transpressional fault caused earthquake of subduction zone[J].Journal of Engineering Geology,20(5):732—744(in Chinese).

许冲,徐锡伟.2012b.走滑断裂型地震诱发的滑坡在断裂两盘的空间分布差异[J].地质通报,31(4):532—540.

XU Chong,XU Xi-wei.2012b.Spatial distribution difference of landslides triggered by slipping-fault type earthquake on two sides of the fault[J].Geological Bulletin of China,31(4):532—540(in Chinese).

许冲,徐锡伟.2012c.汶川地震滑坡剥蚀量与地壳抬升量的关系[A].中国地球物理学会第二十八届学术年会,中国地球物理学会,(8)地震学与地震构造学.2012-10.北京.255—256.

XU Chong,XU Xi-wei.2012c.Relationship of erosion of landslides triggered by the 2008 Wenchuan earthquake with volume of co-seismic crustal uplift[A].In:The 28th Annual Meeting of the Chinese Geophysical Society,Chinese Geophysical Society,(8)Seismology and Seismotectonics.October 2012,Beijing,China.255—256(in Chinese).

许冲,徐锡伟.2013a.地震滑坡编目图误差分析[J].地质论评,59(6):1177—1188.

XU Chong,XU Xi-wei.2013a.Error analysis of inventory of landslides triggered by earthquake[J].Geological Review,59(6):1177—1188(in Chinese).

许冲,徐锡伟.2013b.2008年汶川地震导致的斜坡物质响应率及其空间分布规律分析[J].岩石力学与工程学报,32(S2):3888—3908.

XU Chong,XU Xi-wei.2013b.Response rate of seismic slope mass movements related with the 2008 Wenchuan earthquake and its spatial distribution analysis[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,32(S2):3888—3908(in Chinese).

许冲,徐锡伟,于贵华.2012.玉树地震滑坡分布调查及其特征与形成机制[J].地震地质,34(1):47—62.doi:10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.006.

XU Chong,XU Xi-wei,YU Gui-hua.2012.Study on the characteristics,mechanism,and spatial distribution of Yushu earthquake triggered landslides[J].Seismology and Geology,34(1):47—62(in Chinese).

许冲,徐锡伟,吴熙彦,等.2013a.2008年汶川地震滑坡详细编目及其空间分布规律分析[J].工程地质学报,21(1):1—20.

XU Chong,XU Xi-wei,WU Xi-yan,et al.2013.Detailed inventories of landslides triggered by the 2008 Wenchuan earthquake and their spatial distribution statistical analyses[J].Journal of Engineering Geology,21(1):1—20(in Chinese).

许冲,徐锡伟,于贵华.2013b.基于证据权方法的玉树地震滑坡危险性评价[J].地震地质,35(1):151—164.doi:10.3969/j.issn.0253-4967.2013.01.013.

XU Chong,XU Xi-wei,YU Gui-hua.2013b.The Yushu earthquake triggered landslide hazard evaluation based on weight of evidence method[J].Seismology and Geology,35(1):151—164(in Chinese).

徐锡伟,闻学泽,叶建青,等.2008.汶川MS8.0地震地表破裂带及其发震构造[J].地震地质,30(3):597—629.

XU Xi-wei,WEN Xue-ze,YE Jian-qing,et al.2008.The MS8.0 Wenchuan earthquake surface ruptures and its seismogenic structure[J].Seismology and Geology,30(3):597—629(in Chinese).

殷跃平.2008.汶川八级地震地质灾害研究[J].工程地质学报,16(4):433—444.

YIN Yue-ping.2008.Researches on the geo-hazards triggered by Wenchuan earthquake,Sichuan [J].Journal of Engineering Geology,16(4):433—444(in Chinese).

殷跃平,张永双,马寅生,等.2010.青海玉树MS7.1地震地质灾害主要特征[J].工程地质学报,18(3):289—296.

YIN Yue-ping,ZHANG Yong-shuang,MA Yin-sheng,et al.2010.Research on major characteristics of geohazards induced by the Yushu MS7.1 earthquake[J].Journal of Engineering Geology,18(3):289—296(in Chinese).

Calais E,Freed A,Mattioli G,et al.2010.Transpressional rupture of an unmapped fault during the 2010 Haiti earthquake[J].Nature Geoscience,3(11):794—799.

Dai F C,Xu C,Yao X,et al.2011.Spatial distribution of landslides triggered by the 2008 MS8.0 Wenchuan earthquake,China[J].Journal of Asian Earth Sciences,40(4):883—895.

Gorum T,Fan X,van Westen C J,et al.2011.Distribution pattern of earthquake-induced landslides triggered by the 12 May 2008 Wenchuan earthquake[J].Geomorphology,133(3):152—167.

Gorum T,van Westen C J,Korup O,et al.2013.Complex rupture mechanism and topography control symmetry of mass-wasting pattern,2010 Haiti earthquake[J].Geomorphology,184:127—138.

Guzzetti F,Mondini A C,Cardinali M,et al.2012.Landslide inventory maps:New tools for an old problem [J].Earth-Science Reviews,112(1-2):42—66.

Harp E L,Keefer D K,Sato H P,et al.2011a.Landslide inventories:The essential part of seismic landslide hazard analyses[J].Engineering Geology,122(1):9—21.

Harp E L,Jibson R W,Dart R L.2011b.The effect of complex fault rupture on the distribution of landslides triggered by the 12 January 2010,Haiti earthquake[A].In:Proceedings of the Second World Landslide Forum,Rome,October 3—7,2011.

Hayes G P,Briggs R W,Sladen A,et al.2010.Complex rupture during the 12 January 2010 Haiti earthquake[J].Nature Geoscience,3(11):800—805.

Hough S E,Altidor J R,Anglade D,et al.2010.Localized damage caused by topographic amplification during the 2010 MW7.0 Haiti earthquake[J].Nature Geoscience,3(11):778—782.

Jibson R W,Edwin L H.2012.Extraordinary distance limits of landslides triggered by the 2011 Mineral,Virginia,earthquake[J].102(6):2368—2377.

Keefer D K.1984.Landslides caused by earthquakes[J].Geological Society of America Bulletin,95(4):406—421.

Keefer D K.1999.Earthquake-induced landslides and their effects on alluvial fans[J].Journal of Sedimentary Research,69(1):84—104.

Khazai B,Sitar N.2004.Evaluation of factors controlling earthquake-induced landslides caused by Chi-Chi earthquake and comparison with the Northridge and Loma Prieta events[J].Engineering Geology,71(1-2):79—95.

Parise M,Jibson R W.2000.A seismic landslide susceptibility rating of geologic units based on analysis of characteristics of landslides triggered by the 17 January,1994 Northridge,California earthquake[J].Engineering Geology,58(3-4):251—270.

Parker R N,Densmore A L,Rosser N J,et al.2011.Mass wasting triggered by the 2008 Wenchuan earthquake is greater than orogenic growth[J].Nature Geoscience,4(7):449—452.

Prentice C,Mann P,Crone A,et al.2010.Seismic hazard of the Enriquillo-Plantain Garden Fault in Haiti inferred from palaeoseismology[J].Nature Geoscience,3(11):789—793.

Qi S W,Xu Q,Lan H X,et al.2010.Spatial distribution analysis of landslides triggered by 2008.5.12 Wenchuan earthquake,China[J].Engineering Geology,116(1):95—108.

Rodrı'guez C E,Bommer J J,Chandler R J.1999.Earthquake-induced landslides:1980-1997 [J].Soil Dynamics and Earthquake Engineering,18(5):325—346.

Sepúlveda S A,Serey A,Lara M,et al.2010.Landslides induced by the April 2007 Aysén Fjord earthquake,Chilean Patagonia[J].Landslides,7(4):483—492.

Varnes D J.1984.Landslide Hazard Zonation:A Review of Principles and Practice[M].UNESCO Press,Paris.http:∥trid.trb.org/view.aspx?id=281932.

Xu C,Xu X W.2012.Comment on“Spatial distribution analysis of landslides triggered by 2008.5.12 Wenchuan earthquake,China”by Shengwen Qi,Qiang Xu,Hengxing Lan,Bing Zhang,Jianyou Liu[Engineering Geology,2010,116:95-108][J].Engineering Geology,133:40—42.

Xu C,Dai F C,Xu X W,et al.2012a.GIS-based support vector machine modeling of earthquake-triggered landslide susceptibility in the Jianjiang River watershed,China[J].Geomorphology,145-146:70—80.

Xu C,Xu X W,Dai F C,et al.2012b.Comparison of different models for susceptibility mapping of earthquake triggered landslides related with the 2008 Wenchuan earthquake in China[J].Computers& Geosciences,46:317—329.

Xu C,Xu X W,Yu G H.2012c.Earthquake triggered landslide hazard mapping and validation related with the 2010 Port-au-Prince,Haiti earthquake[J].Disaster Advances,5(4):1297—1304.

Xu C,Xu X W,Yao X,et al.2013a.Three(nearly)complete inventories of landslides triggered by the May 12,2008 Wenchuan MW7.9 earthquake and their spatial distribution statistical analysis[J].Landslides,10(4):421—431.doi:10.1007/s10346-013-0404-6.

Xu C,Xu X W,Yu G H.2013b.Landslides triggered by slipping-fault-generated earthquake on a plateau:An example of the 14 April 2010,MS7.1,Yushu,China earthquake [J].Landslides,69(3):1459—1476.doi:10.1007/s10346-012-0340-x.

Xu C,Xu X W,Zhou B G,et al.2013c.Revisions of the M 8.0 Wenchuan earthquake seismic intensity map based on co-seismic landslide abundance[J].Natural Hazards.doi:10.1007/s11069-013-0757-0.

Zhang Y S,Yao X,Xiong T Y,et al.2010.Rapid identification and emergency investigation of surface ruptures and geohazards induced by the MS7.1 Yushu earthquake[J].Acta Geologica Sinica-English Edition,84(6):1315—1327.

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