彝良地震地質(zhì)災(zāi)害特征及其空間分布分析

馮新科 李志強(qiáng) 李曉麗 汪明朕

(中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029)

0 引言

2012年9月7日11時(shí)19分和12時(shí)16分在云南省彝良縣與貴州省威寧縣交界處相繼發(fā)生5.7級(27.5°N，104.0°E)和5.6級(27.6°N，104.0°E)地震，兩次地震的震源深度分別為14km和10km。雖然這兩次地震的震級不高，但災(zāi)害卻極為嚴(yán)重，造成81人死亡，800余人受傷，近18萬戶房屋倒損，74.4萬人受災(zāi)，30余萬人緊急轉(zhuǎn)移安置，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)35.1億元人民幣，創(chuàng)造了同等級別地震中罕見的災(zāi)害。震后震源機(jī)制解及破裂過程反演表明這兩次地震的發(fā)震構(gòu)造均為NE走向的石門斷裂，震源矩心深度均為6km左右，表明地震的能量釋放主要發(fā)生在地殼淺部，這也是導(dǎo)致震區(qū)嚴(yán)重災(zāi)害的一個(gè)重要原因(呂堅(jiān)等，2013)。

地震誘發(fā)大量的次生地質(zhì)災(zāi)害，包括崩塌、滾石、滑坡、泥石流等。其中，崩塌、滾石不僅造成了大量人員傷亡和房屋損毀，也阻塞了救援道路，嚴(yán)重延緩了救援進(jìn)度(沈均等，2008;許沖等，2012;黃潤秋等，2013)。

根據(jù)房屋破壞和地表破壞程度，此次地震的極震區(qū)烈度為Ⅷ度，等震線形狀呈橢圓形，長軸走向?yàn)镹E向，Ⅵ度區(qū)以上面積約3 697km2(中國地震局，2012;周桂華等，2013)。

1 彝良地震崩滑地質(zhì)災(zāi)害的平面分布特征

在本研究中，用于地震地質(zhì)災(zāi)害人工目視解譯的影像為彝良地區(qū)震后World View數(shù)據(jù)，影像分辨率為3m。由影像人工解譯，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)地震地質(zhì)災(zāi)害約213處，面積約為0.67km2。一部分地區(qū)無影像數(shù)據(jù)，或因云層遮蔽、交通不便，無法解譯或?qū)嵉卣{(diào)查。此外，由于彝良地區(qū)特殊的地質(zhì)構(gòu)造特征，調(diào)查區(qū)內(nèi)部分影像上解譯的地震地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，經(jīng)過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)為建房而人工破壞的山體、當(dāng)?shù)夭墒瘓黾暗V場所造成，這對人工目視解譯造成干擾，估計(jì)有20%的受災(zāi)區(qū)域?yàn)?zāi)害點(diǎn)未標(biāo)出或錯(cuò)標(biāo)。地震地質(zhì)災(zāi)害出現(xiàn)的區(qū)域主要包括彝良縣縣城、角奎鎮(zhèn)、洛澤河鎮(zhèn)、茅坪鄉(xiāng)、新場鄉(xiāng)以及發(fā)達(dá)鄉(xiāng)等(圖1)。存在地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的地區(qū)約936km2，面積遠(yuǎn)小于2008年汶川地震26 000km2發(fā)生大規(guī)?；隆⒈浪氖転?zāi)面積。這些區(qū)域內(nèi)地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害多集中分布在河谷、道路兩側(cè)高坡度地區(qū)，山體上的風(fēng)化堆積物松散或有較大的活動(dòng)性巖體，這些都為地震之后的崩塌、滑坡、滾石的發(fā)生提供了較好的物源條件。

圖1 彝良地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害Fig.1 Photos of geological disasters in Yiliang earthquake.

實(shí)地調(diào)查表明此次地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害在宏觀分布上具有如下特征:1)地質(zhì)災(zāi)害類型多樣，但崩滑、滾石是最主要的次生地質(zhì)災(zāi)害，也是危害最大的災(zāi)害，在已公布的81名遇難者中，被滾石砸中的占80%;2)地震誘發(fā)崩塌、滾石分布范圍主要集中在距離震中較近的Ⅶ、Ⅷ度帶，主要以阻斷交通、阻斷河流和壓埋當(dāng)?shù)鼐用竦确绞皆斐晌：?3)彝良地震震后實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，崩塌、滑坡、滾石多表現(xiàn)為在局部地段掩埋省道、縣道等交通線，造成交通堵塞;如龍街—洛澤河路段，震后大量山體滑坡堵塞交通，巨型滾石擊穿房屋和過往車輛，造成人員傷亡;4)在空間分布上，具有沿水系、道路、溝谷、斷裂帶分布的特點(diǎn)，且在斷層兩側(cè)分布不對稱;5)此次彝良地震誘發(fā)的滑坡、崩塌絕大部分規(guī)模不大，且多數(shù)為山體陡峭處不穩(wěn)定的巖體或風(fēng)化物質(zhì)，且當(dāng)?shù)氐慕ㄖ嘁郎蕉?，并有較多的采石場和礦場，這對實(shí)地調(diào)查及影像人工解譯識別帶來一定的困難;6)地震地質(zhì)災(zāi)害具有災(zāi)害鏈效應(yīng)，地震不但形成了大量的崩滑、滾石等地質(zhì)災(zāi)害，而且造成了大量的山體松動(dòng)、危巖體，在降雨等誘發(fā)因素下可能進(jìn)一步變形破壞形成新的地質(zhì)災(zāi)害(圖2)。

圖2 彝良地震地震烈度、余震與地震地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig.2 Distribution map of intensity and earthquake－induced geological hazards in Yiliang earthquake.

2 地震地質(zhì)災(zāi)害分布統(tǒng)計(jì)分析

用統(tǒng)計(jì)方法客觀地研究地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害分布與環(huán)境因子的關(guān)系，有利于分析地震地質(zhì)災(zāi)害的分布特點(diǎn)和深入揭示環(huán)境因子對地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的控制作用，不僅對認(rèn)識“9·07”彝良地震的發(fā)震機(jī)理和地震對地質(zhì)災(zāi)害的影響有重要意義，而且對預(yù)測未來該區(qū)域內(nèi)震后哪些地區(qū)會(huì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害有重要的幫助。本文在對“9·07”彝良地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害全面解譯與實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，對地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害與地層巖性、地震烈度、坡度及與道路、水系之間距離的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析(陳曉利等，2009;許沖等，2011)。

2.1 地震地質(zhì)災(zāi)害與地層巖性的關(guān)系

研究區(qū)地質(zhì)屬揚(yáng)子地臺(tái)沉積蓋層發(fā)育的中心地帶，出露地層豐富，巖性以二疊系砂巖和灰?guī)r為主(圖3)，震區(qū)出露的巖石主要為灰?guī)r、玄武巖、砂巖、頁巖、泥巖等，尤以灰?guī)r和玄武巖分布最廣。震區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造作用強(qiáng)烈，近SN向和NE向的褶皺、斷裂均較發(fā)育，其中以NE向構(gòu)造近期最為活躍。由于巖層節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈，加上降雨較多，為崩塌、滑坡、滾石等地質(zhì)災(zāi)害的形成提供了條件。

圖3 研究區(qū)地層與地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig.3 Distribution map of geological hazards and stratum within the study area.

研究區(qū)內(nèi)地層從志留系到白堊系均有出露，地層種類繁多，錯(cuò)綜復(fù)雜(圖3)。分別統(tǒng)計(jì)各地層單元的面積及其占研究區(qū)總面積的比例，可以看出研究區(qū)內(nèi)出露面積最廣的地層為二疊系，其次為泥盆系、侏羅系、三疊系、志留系、石炭系和白堊系。

在研究地震地質(zhì)災(zāi)害與地層單元的關(guān)系時(shí)，采用的方法是統(tǒng)計(jì)不同地層單元內(nèi)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量占總的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量的百分比及各地層單元內(nèi)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的密度，由此可以得出某個(gè)或某幾個(gè)地層易發(fā)生地震地質(zhì)災(zāi)害的結(jié)論，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4。可以看出不同地層單元中地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量不同，發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多和密度最大的地層為石炭系，約為30%，二疊系、侏羅系均超過15%。對比圖4a和圖4b，可以看出，在研究區(qū)分布面積較小的石炭系發(fā)生了較多的地質(zhì)災(zāi)害，而其他地層單元內(nèi)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害基本與其面積呈正相關(guān)關(guān)系。但是，直接分析研究區(qū)地層與地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布圖，可以看出石炭系內(nèi)發(fā)生較多地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)域主要集中在Ⅷ度區(qū)，沿羅澤河兩岸的山谷地區(qū)，而在其他區(qū)的石炭系內(nèi)則幾乎沒有發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，因此不能簡單判斷地震地質(zhì)災(zāi)害與地層單元的關(guān)系，在以往多次歷史地震地質(zhì)災(zāi)害分析過程中，也得出過上述結(jié)論(姚鑫等，2009;向靈芝等，2010;許沖等，2013)。

圖4 研究區(qū)地層與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系Fig.4 Relationships between geological hazards and stratum within the study area.

2.2 彝良地震地質(zhì)災(zāi)害分布與等震線的關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)的烈度覆蓋范圍為Ⅵ—Ⅷ，分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)烈度區(qū)內(nèi)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量和密度，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖5。

圖5 研究區(qū)地震烈度與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系Fig.5 Relationships between geological hazards and seismic intensity within the study area.

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，此次地震誘發(fā)的崩滑、滾石等地質(zhì)災(zāi)害有55.87%分布在Ⅷ度區(qū)，在極震區(qū)崩滑、滾石等地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模大、范圍廣、分布較為密集，絕大部分山體發(fā)生崩滑，沿河谷呈NW－SE向帶狀分布，距離震中距離越遠(yuǎn)地質(zhì)災(zāi)害分布越稀疏，規(guī)模越小，范圍越窄。這表明在地震作用下，地形條件對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不再起到絕對的控制作用，地震影響起主要控制作用。如洛澤河—茅坪鄉(xiāng)、發(fā)達(dá)鄉(xiāng)—角奎鎮(zhèn)沿山谷兩側(cè)山體崩滑、滾石損毀建筑物，造成大量人員傷亡;洛澤河鎮(zhèn)—茅坪鄉(xiāng)沿線大段路面被掩埋，兩側(cè)山谷植被至今未恢復(fù)，仍能看到震后地質(zhì)災(zāi)害造成的建筑物損壞及道路河谷被阻斷的情況。Ⅶ—Ⅷ度區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)占到總數(shù)的94.37%;Ⅵ度區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)明顯減少，僅占災(zāi)害總數(shù)的5.63%，且各烈度區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害所占比例和密度都隨著地震烈度的減小而急劇減少，這表明地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的分布與地震烈度呈正相關(guān)關(guān)系。

2.3 彝良地震地質(zhì)災(zāi)害分布與坡度

為統(tǒng)計(jì)研究區(qū)內(nèi)地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害與坡度的關(guān)系，基于DEM數(shù)據(jù)利用GIS平臺(tái)的坡度分析功能，得到整個(gè)研究區(qū)的坡度圖(圖6);并且將研究區(qū)坡度圖按照10°間隔進(jìn)行分類，將整個(gè)研究區(qū)按照坡度不同分為8類。統(tǒng)計(jì)研究區(qū)內(nèi)各個(gè)坡度段面積占研究區(qū)總面積的百分比、各個(gè)坡度段內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害個(gè)數(shù)和密度，如圖7所示。

圖6 研究區(qū)坡度分級圖Fig.6 Slope classification map of the study area.

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，彝良地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量隨著坡度的增高表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。理論上，坡度越高，越容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，高坡度區(qū)域所占研究區(qū)面積比例較小，坡度超過50°的區(qū)域所占比例不到整個(gè)研究區(qū)面積的5%;地震之后發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量也不足10處，地質(zhì)災(zāi)害大多數(shù)發(fā)生在20°～50°范圍。但是從各坡度段發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的密度來看，其峰值出現(xiàn)在50°～70°范圍，這與此次地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害以崩塌、滾石為主的特點(diǎn)有密切關(guān)系，滾石多來自于山體陡峭處的活動(dòng)巖體。

圖7 研究區(qū)坡度與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系Fig.7 Relationships between geological hazards and slope within the study area.

2.4 彝良地震地質(zhì)災(zāi)害分布與水系、道路距離的關(guān)系

以500m為間隔統(tǒng)計(jì)彝良地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害與水系、道路距離的關(guān)系;在GIS平臺(tái)下，建立研究區(qū)內(nèi)水系、道路的緩沖區(qū)文件，緩沖區(qū)距離為500m，總共10級。然后統(tǒng)計(jì)各級緩沖區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的數(shù)量和密度(圖8)。

圖8 研究區(qū)距水系、道路的距離與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系Fig.8 Relationships between geological hazards and distance from the river system，road within the study area.

距水系、道路的距離與地質(zhì)災(zāi)害分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，水系、道路對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有強(qiáng)烈的控制作用。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量主要集中在距離道路、水系500m內(nèi)，這一范圍內(nèi)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害占研究區(qū)總地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量的50%以上，且地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量有隨著距離水系、道路的距離的增加而減少的趨勢。雖然在距離＞1km的區(qū)域內(nèi)仍有較多分布，但是這部分區(qū)域的面積大，地質(zhì)災(zāi)害的密度明顯較低，總體上依舊能夠體現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生受到距道路、水系的距離控制的趨勢。

造成這種結(jié)果的原因主要是道路、水系的通過切割了斜坡的坡腳，對邊坡的自然應(yīng)力狀況產(chǎn)生了擾動(dòng)，致使坡腳部位應(yīng)力集中，地震發(fā)生時(shí)在地震動(dòng)的觸發(fā)下，不穩(wěn)定的斜坡及斜坡上的堆積物就容易發(fā)生崩滑。

3 結(jié)論

通過對彝良地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的現(xiàn)場調(diào)查、部分地區(qū)遙感解譯，掌握了彝良地震地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征，并將調(diào)查和遙感解譯的地質(zhì)災(zāi)害的分布在GIS中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，討論了研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害與地震烈度，地層，坡度，距水系、道路的距離的潛在關(guān)系，得到以下結(jié)論:

(1)彝良地震發(fā)生后，在約3 585km2的地震影響范圍內(nèi)，誘發(fā)了大約213處地質(zhì)災(zāi)害，這些地質(zhì)災(zāi)害以崩滑、滾石為主，分布在洛澤河沿岸的峽谷地帶，人員傷亡多為被滾石直接砸中和被崩滑體壓埋，此次地震造成的危害要比其他地區(qū)同等級別地震造成的危害大得多，這與研究區(qū)內(nèi)山高坡陡、河谷較多的地貌條件，以及當(dāng)?shù)鼐用穹课荻嘁郎蕉ǖ牧?xí)慣有密切關(guān)系。

(2)在研究區(qū)內(nèi)，石炭系與地震地質(zhì)災(zāi)害有很好的對應(yīng)關(guān)系，是此次地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的敏感地層，但地層不是地震地質(zhì)災(zāi)害的直接決定因素。

(3)本次研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因?yàn)榈卣?，地質(zhì)災(zāi)害主要密集分布在Ⅷ度極震區(qū)，且地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的分布與地震烈度呈正相關(guān)關(guān)系。

(4)研究區(qū)基于10°間隔的坡度和地質(zhì)災(zāi)害分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生在20°～50°坡度范圍，但是地質(zhì)災(zāi)害密度較高的則是在50°～70°坡度范圍。

(5)研究區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害主要集中發(fā)生在距離道路、水系500m范圍內(nèi)，這一范圍內(nèi)發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害占研究區(qū)總地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量的50%以上，且地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量隨著與水系、道路之間距離的增加而急劇減少。