汶川、蘆山和九寨溝地震滑坡各影響因子貢獻對比分析

史丙新，管 勇，亢川川

(1.四川省地震局，四川 成都 610054；2.成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家專業實驗室, 四川 成都 610059)

地震誘發的地質災害是一種有著嚴重危害的次生災害,形成機制復雜,涉及因素眾多。在地震地質災害研究領域，美國、日本和意大利居于領先地位。我國地震學家、地質學家在上世紀70年代就認識到地震地質災害研究的重要性和必要性。汶川地震發生后，許多學者圍繞汶川地震滑坡做了大量的研究工作。黃潤秋等(2009)結合野外調查和遙感解譯獲取的 1 1000處地質災害點對汶川地震地質災害的空間分布規律進行了統計分析，得出了汶川地震地質災害具有沿地震發震斷裂條帶狀和沿水系線狀分布以及斷層上盤效應顯著等認識。許強(2009)以汶川地震重災區112處大型滑坡為基礎，對汶川地震誘發的大型滑坡的分布規律、動力特征、運動特征、成因模式等4個方面進行了較為系統的研究，得出大型地震滑坡空間規律具體可歸結為以下幾種效應：距離效應、鎖固段效應和上下盤效應。吳樹仁等(2008)則重點對汶川地震滑坡的活動強度進行了分析評價。對國內外相關研究文獻總結后發現，地震參數與滑坡數量及范圍間關系的研究已經獲得了大量成果，并有很多共識。很多學者運用公式對其進行曲線變化的表達，印證了無論是滑坡范圍，還是最大滑坡面積或規模，都與地震的震級、烈度和震中距等主要參數存在密切關系。但是對多個地震的地震滑坡統計關系研究較少，而且不同的學者研究結果差異較大，主要原因是統計樣本所在區域不同，而不同地區的地質條件、滑坡類型及地震震級與地震類型等也不盡相同。本研究主要采用四川省的幾個大地震滑坡數據，其中地震滑坡分布區域集中在阿壩和雅安等地，區域地震地質條件和滑坡類型等具有一定的相似性。因此，本文研究結果在本地區應具有較好的適用性。

1 地震滑坡數據庫的建立

1.1 汶川地震滑坡數據庫

2008年5月12 日14時28分，四川省汶川縣發生了MS8.0級大地震，有感范圍達數千千米。汶川地震發生在龍門山斷裂帶上，該斷裂帶是被鮮水河斷裂及東昆侖斷裂所夾持的巴顏喀拉地塊向東推移形成的新生代逆沖—推覆斷裂帶。自西向東由后山斷裂帶、中央斷裂帶、前山斷裂帶3條北東—北北東走向的逆沖—推覆構造組成。汶川地震數據庫采用許沖等(2013)的研究成果，在 GIS 平臺支持下，以航空像片與多源衛星影像為基礎，結合一定的野外工作，制定地震滑坡解譯標準，逐一圈定出每個滑坡的邊界，獲得每個滑坡的坐標位置、平面形狀與面積。建立汶川地震誘發滑坡數據庫。在約 48 678 km2的汶川地震滑坡影響區域內，圈定約 48 007處滑坡，總面積約 711.8 km2。滑坡覆蓋面積最大的為安縣大光包滑坡，覆蓋面積約 7.22 km2，平均面積為 14 826 m2。解譯得到滑坡面積最小的為60 m2。

1.2 蘆山地震滑坡數據庫

2013年4月20日8 時，四川省雅安市蘆山縣發生了MS7.0 強烈地震( 簡稱蘆山地震) ，震中位置為30.3°N，103.0°E，震源深度13 km。許沖等(2013)依據震后中國科學院遙感與數字地球研究所、四川省測繪局、中國科學院成都光電所提供的可利用的高分辨率航片( 除去重疊區域后的總覆蓋面積約 2 885 km2)，結合地震后野外實地考察建立的地震滑坡目視解譯標準，開展了蘆山地震觸發滑坡目視解譯工作，結果得到了 15 542 處滑坡。其中多數為小型的巖質崩塌、土質崩塌、巖質滑動等類型。

1.3 九寨溝地震滑坡數據庫

2017年8月8日，北京時間21點19分，四川九寨溝發生了MS7.0 地震，震中位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣漳扎鎮比芒村( 33.2°N，103.82°E) ，震源深度20 km。由于地震區陡峻的地形，強烈的構造活動導致的脆弱的地質條件，使得該地區一直都是滑坡與崩塌高易發地區。由于本次地震導致的強烈地震動與顯著的地殼形變，導致了大量同震滑坡發生。許沖等(2018)基于天、空、地數據相結合的方法來開展九寨溝地震滑坡調查，即高分辨率衛星影像、航空相片、野外實地考察方法相結合。基于Geoeye-1震后0.5m分辨率影像開展了極震區同震滑坡解譯，得到本次地震觸發滑坡超過 4 800處，總面積約9.6 km2，這些滑坡在空間上與推測發震斷層位置、余震分布具有良好的對應關系。

2 各影響因子貢獻率分析

表1 地震滑坡率影響因素區間劃分

貢獻率分析法是一種處理信息數據的方法，具有樣本分類與系統因素分析的功能，采用該方法可以直觀評價地層傾角、高程和傾向對地震滑坡發育作用的影響大小，反映與地震滑坡的內在聯系。根據不同高度(h)、傾角(β)、傾向(α)、PAG(g)和烈度(I)，計算5個因子對滑坡數量的貢獻率。定義下式：

Qi=ni/Ni

(1)

其中，Qi為各影響因子區間貢獻率；ni為各區間的滑坡發育數量；Ni為該影響因子各個區間統計指標的總和。由式(1)計算得出不同因子(高度(h)、傾角(β)、傾向(α)、PAG(g)和烈度(I))的滑坡數量貢獻率Qi的大小。表1為地震滑坡影響因素區間劃分。

2.1 烈度與滑坡數量和面積的關系

地震烈度是描述一個地區地面遭受一次地震影響的強烈程度。基于上述三個地震的地震滑坡數據庫和地震烈度，可以得到三個地震滑坡數量和面積貢獻率的統計結果(見圖1)。

圖1 三個地震不同烈度下的數量和面積貢獻率

從圖1可以看出：(1)汶川地震中，隨著烈度的增加，滑坡個數占比和面積占比也隨之增加，表現出較好的正相關性；(2)蘆山地震中，地震滑坡在Ⅶ度區出現最多，在Ⅶ度至Ⅸ度區內，地震滑坡個數呈現下降趨勢；(3)九寨溝地震在Ⅶ度至Ⅸ度區內出現集中滑坡現象，其他區極少出現滑坡,體現地震滑坡具有一定的復雜性。

2.2 滑坡與地形的關系

選取高程、傾角、傾向作為影響地震滑坡發生的地形影響因子，統計其與滑坡數量和面積貢獻率的關系(見圖2～4)。研究區內數字高程模型(DEM)來自于STRM3的地形數據，分辨率為90 m。

圖2 三個地震不同高程下的數量和面積貢獻率

從圖2可以看出：(1)地震滑坡比較集中分布在坡位較高處。坡高處有利于產生臨空面，更容易產生滑坡。九寨溝地震中發現山脊的滑坡是最多的，因為極震區面積小，地形起伏大，更易產生高陡臨空面。與此同時，存在山脊放大效應也加重了山脊的震動程度，在山脊處產生了大量滑坡。(2)九寨溝所處海拔較高，如果用高差來表示，那么包括汶川地震、蘆山地震的地震滑坡數量峰值就均出現在500～2 000 m高差位置。由圖3可知，斜坡傾向因子對地震滑坡的影響無明顯規律。從圖4可以看出：傾角在20°左右的斜坡產生的滑坡數量最多，跟以往的研究結果基本一致。

圖3 三個地震不同傾向下的數量和面積貢獻率

圖4 三個地震不同傾角下的數量和面積貢獻率

2.3 PGA與滑坡的關系統計

各個地震的PGA采用四川省地震局強震動臺站觀測數據，劃分等值線，統計不同PGA范圍內的滑坡數量和面積貢獻率(見圖5)。九寨溝地震去掉漳扎臺站強震記錄后，剩余的PGA相對較小，但是依然產生了較大并且集中的的滑坡數量，表現了地震滑坡的復雜性。

圖5 三個地震不同PGA下的數量和面積貢獻率

從圖5可以看出：(1)與地震烈度一樣，地震滑坡數量和面積與PGA具有明顯的正相關。隨著PGA的增加，地震滑坡數量和面積也相應增加。(2)PGA在400～600 gal區間內，汶川和蘆山地震數量出現極值。由于九寨溝地震的強震臺站記錄較少，地震滑坡數量集中出現在60～100 gal之間。

2.4 震中距與滑坡的關系統計

為觀察其衰減特性，統計了三個地震不同震中距下的滑坡數量和面積貢獻率(見圖6)。

圖6 三個地震不同震中距下的數量貢獻率

由圖6可知：(1)三次地震的滑坡數量和面積隨震中距的增加逐漸減少。(2)與汶川和蘆山地震相比較，九寨溝地震滑坡分布更加集中，影響范圍主要在震中距15 km范圍內，極值出現在9 km處，而汶川和蘆山地震的滑坡影響范圍更廣，在30～40 km處仍有滑坡出現。(3)數量貢獻率和面積貢獻率在趨勢上相差不大。

3 各影響因子綜合分析

通過對不同影響因子的滑坡貢獻率分析，得到不同的關系曲線，采用疊加組合的評價方法可以得到不同因子的綜合貢獻率。

3.1 各個因子區間貢獻率賦值

不同地震滑坡的各影響因子(傾向、傾角、高程、烈度和PGA)貢獻率賦值見表2～4，表中，汶川地震中各影響因子的貢獻率用Q*a表示(其中*代表傾向、傾角、高程、烈度和PGA5個因子中的任意一個，如：Qha表示汶川地震中的高程影響因子的貢獻率，下同)，蘆山地震的貢獻率用Q*b表示(Qβa表示蘆山地震中的傾角影響因子的貢獻率)。

表2 不同高程和傾角的滑坡貢獻率賦值

表3 不同傾向和烈度的滑坡貢獻率賦值

表4 不同PGA的滑坡貢獻率賦值

表5 不同高程的滑坡綜合貢獻

3.2 綜合貢獻率

采用求平均值的方法對表3中不同地震Qha(汶川地震)、Qhb(蘆山地震)的同一區間地層高程貢獻值進行疊加統計，得到綜合貢獻指數：

Q(hi)=[hi(a)+hi(b)]/2

(2)

其中，Q(hi)為地層高程區間的綜合貢獻指數；hi(a)，hi(b)分別為汶川地震的高程區間hi按照滑坡數量貢獻率所得賦值。由以上計算得到的各因子區間對滑坡的綜合貢獻率結果，它表征了不同地震不同因子區間在地震滑坡發育中的作用,為更直觀的表現其作用大小，再用每個指數區間占其綜合貢獻指數之和的百分比來表征其貢獻率，稱之為綜合貢獻率。

(3)

由式(2)計算地層高程區間的綜合貢獻指數，用式(3)計算地層高程區間的綜合貢獻率，見表5。

同理，可以得到其它不同因子(傾向、傾角、烈度和PGA)在不同地震下的綜合貢獻率(見表6～7)。

表6 不同傾角和傾向的滑坡綜合貢獻指數

表7 不同PGA和烈度的滑坡綜合貢獻指數

3.3 綜合貢獻率分級

各個區間影響因子貢獻率指標可以反映出各因子對滑坡貢獻的作用效果，貢獻率的分布規律。為分析不同因子區間對滑坡發生的貢獻程度，采用等距法將其劃分為高、中、低3個等級來表示，求出的等距D為：

D=[Q0(hi)max-Q0(hi)min]/3

(4)

根據式(4)可以就不同區間因子對滑坡發生的綜合貢獻率，對不同因子的貢獻率劃分為高、中、低3個等級，更直觀的表示其貢獻。不同的參數其貢獻等級分別見表8～11。

表8 不同高程的滑坡綜合貢獻等級

表9 不同傾角的滑坡綜合貢獻等級

表10 不同烈度的滑坡綜合貢獻等級

表11 不同PGA的滑坡綜合貢獻等級

4 結論與討論

(1)根據收集整理的汶川地震、蘆山地震以及九寨溝地震的地震滑坡數據庫資料，計算出汶川、蘆山和九寨溝三次大震中發生滑坡的各斜坡傾角、高程(差)、傾向以及地震烈度、PGA和震中距6項因子對地震滑坡的貢獻率和它們的綜合貢獻率。結果顯示：在斜坡高程影響因子中，高差在 1 000～2 500 m范圍內屬于地震滑坡數量最多的；在斜坡傾角影響因子中，坡角在20°左右是地震滑坡數量最多的；斜坡傾向對地震滑坡的總體影響較小；PGA和地震烈度與地震滑坡的數量占比具有明顯的正相關性；震中距具有明顯的衰減特性。(2)對不同地震的滑坡影響因子進行歸一化處理，并采用同一量化因子，可以綜合考慮同一因子對多個地震的影響。