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标题 龙门山银厂沟地震次生灾害分布规律研究
范文 刘玲霞 李向全 高明 侯新伟 卢晓仓



摘要：“5.12”汶川地震造成的次生地质灾害十分严重。在分析遥感解译资料的基础上，结合现场复核调查，对龙门山地区的银厂沟白水河沿线地震次生灾害分布特征，及其与高程、距断层距离、坡度、岩性等地形地质要素的关系进行了研究，为灾区建设以及同类高烈度区的工程建设提供了重要的基础地质信息。
关键词：汶川地震； 地震地质灾害；龙门山地区；发震断裂；断层效应
中图分类号：P642.22 文献标志码：A 文章编号：1672-1683（2014）06-0132-04
受“5.12”汶川地震影响，彭州市中北部山区居民房屋倒塌，地震诱发的高位滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害上百处，原来一些坡度较陡的滑坡、不稳定斜坡及崩塌也在地震中失稳成灾，严重威胁灾区交通及居民的生命财产安全。
对于地震地质灾害，已有地震学家、地质工程学家在地震地质灾害的内在动力学方面开展了大量研究[1-3]，包括利用统计方法对地震地质灾害的分布与地震震级、地震烈度、距震中或发震断层距离、坡度、岩石类型关系的研究[4-8]。本文选择彭州龙门山银厂沟作为研究区，通过搜集资料及现场踏勘，结合GIS 技术，对汶川大地震触发地质灾害的分布规律与发震断裂距离、地形坡度、高程、岩性等因素的关系进行了较为全面的统计分析，探讨汶川地震触发的地质灾害发育分布规律。
1 区域地质背景
1.1 地形地貌
彭州市境内山峦起伏，沟谷纵横，切割强烈。总体地势北高南低，北面属龙门山构造带中段，群山起伏，南面属成都平原。区内海拔高程北部山区一般1 000～1 800 m，相对高差500～800 m，太子城最高峰海拔高程4 814 m；中部丘陵地区海拔高程一般700～850 m，相对高差50～150 m；南部平原海拔高程一般480～600 m，最低处为三邑镇乌鸦埝489 m。
1.2 地层岩性
地层岩性决定了地质灾害的物质基础。研究区在地层上属于龙门山分区，出露的地层有：元古界的黄水河群和震旦系；古生界的泥盆系、石炭系、二叠系；中生界三叠系、侏罗系、白垩系和新生界第四系松散堆积的残坡积、崩坡积层（见图1）。
黄水河群主要为杂色变质基岩-中酸性火山岩系及少量碎屑岩和碳酸盐岩类，其中厚度大于4 000 m；震旦系主要以下震旦的火山碎屑岩为主加凝灰岩、玄武岩、英安岩等，上震旦系为观音岩组及灯影组的砂岩、页岩加白云岩；泥盆系在该地区发育较全，下部以石英砂岩为主，中部为碎屑岩与碳酸盐岩互层，上部以碳酸盐岩为主；石炭系以石灰岩为主，夹少数砂页岩，厚度较稳定一般在100～500 m内；二叠系地层早期以稳定的浅海相碳酸盐类为主，晚期各地不同；上三叠统须家河组为海陆交互项到陆相特征，以碎屑岩类为主，以砂页岩夹煤系为特征，家砾石和少量泥灰岩，厚度和岩性变化较大；侏罗系、白垩系均为以红色为主的陆相地层，厚度变化大，相变也大；第四系主要以砾石层、砂砾层为主。
工作区出露较多的为元古界黄水河群花岗岩、灰长岩和花岗闪长岩；三叠系须家河组砂岩、泥岩和炭质页岩；第四系砾石、砂、黏土。岩体中节理发育，岩层易风化，结构松散，力学强度低，在斜坡地带表层形成第四系松散堆积的残坡积、崩坡积层；其厚度视不同地段各有差异，一般为1.5～3.5 m；基岩中泥、页岩属半坚硬岩类，泥岩中黏土矿物含量较高，吸水性强，遇地下水浸泡易软化形成软弱结构面，抗剪强度低，易发生地质灾害。
1.3 地质构造
研究区在地质构造上属于龙门山华夏系构造带，龙门山中央主断裂为活动性断裂带，即引发“5.12”汶川大地震的北川-映秀深断裂带，北起广元，南达沪定，长约 400 km；走向北东向，倾向北西向，倾角约60°；断裂带以韧性剪切变形为主要特征，在早期韧性剪切基础上叠加了后期张性脆性变形，断面上、下盘为规模不等的外来推覆岩席。自西向东，表现出从印支末期开始经燕山期至喜马拉雅期，经历了构造应力多阶段、多期次连续向东挤压、迁移、依次推覆的过程。该断裂带从区内北部小渔洞镇及龙门山镇一带通过。
2 地质灾害分布的影响因素分析
汶川大地震后，四川灾区新增对人居环境构成直接威胁的地质灾害点达9 000 余处，主要分布在39 个重灾县，新增地质灾害点300～500 处的县有8 个，分别是：茂县、都江堰、彭州、崇州、绵竹、旺苍、江油和广元利州区。本文针对彭州白水河沿岸分析该次地震引发的地质灾害的发育分布规律。
通过遥感影像资料分析可知，研究区震后新增地质灾害点64处。在ArcGIS 平台下，以1 ∶ 50 000 数字高程模型作为基础地理底图，集成野外排查和遥感解译所获得的地质灾害点，以及地震部门提供的断层及地表破裂分布，得到研究区域内地质灾害的空间分布规律：显著地沿断裂带呈带状分布、沿河流水系呈线状分布（图2）。以下分别从高程、断层、坡度、岩性等四个方面来分析影响地质灾害分布的主要因素。
2.1 高程效应
根据野外调查数据和影像资料，将高程分为：<1 000 m、1 000～1 500 m、15 00～2 000 m、2 000～2 500 m、2 500～3 000 m、>3 000 m六个区间段。在GIS 平台上，对灾害点分布与高程进行空间统计分析，发现地震地质灾害点的数量和比例在不同高程段有所不同（表1），其中高程1 500～2 000 m范围内灾害点最多，达到总数的32.81%；高程在1 000 m以下和3 000 m 以上地区地质灾害发育稀少，其余高程区段差别不大。根据实际调查和遥感影像分析发现，工作区内高程2 000 m附近与区域上河流从宽谷进入峡谷的部位相对应，这一部位地形坡度较陡，岩体卸荷最为强烈，地震响应最为突出，因而地震地质灾害也最为发育，且地震地质灾害多发生在峡谷段的上部，而峡谷段的下部往往构成崩塌、滑坡体的碎屑物质堆积区。这一结论与前人研究成果基本一致 [9]。
2.2 断层效应
根据研究区概况，将缓冲区按距主断层距离分为：<0.5 km、0.5～1 km、1～2 km、2～3 km、3～4 km、4～-5 km、5～6 km和>6 km 8个区域，据此对地质灾害进行统计后发现距发震断层越远，灾害分布密度越小（表2），其中，2 km 以内地区地质灾害最为发育，占79.67%；大于2 km区域的地震地质灾害的发育密度迅速降低，2～6 km之间总共分布地质灾害点12处，占总数的18.75%，仅为2 km以内的点数的近1/5。从宏观上看，该研究区地震诱发的地质灾害沿断层的总体带状分布范围在断层两侧0～6 km，其中以2 km 以内的范围最为敏感。
进一步研究发现，地震地质灾害沿断层的空间分布还具有显著的上、下盘效应，断层上盘地质灾害的发育密度要远远高于下盘。这种效应前人[10]在对逆冲断层发震的研究中就有发现，即逆冲断裂发震时其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。对于汶川大地震，已有学者从地震地质的角度提出了这种现象的存在。大范围的震后地质灾害调查表明，这种效应在地质灾害的发生上更显突出。对该研究区所统计的64个灾害点来说，断裂带上盘分布有54个灾点，占总数的84.37%，而断层的下盘仅有10个灾点，仅占15.63%，且下盘没有地质灾害的强发育区，10个灾点位于公路河流两侧，受深切割的地形的影响。
2.3 地形坡度效应
坡度决定斜坡的应力分布，是影响滑坡稳定性的重要因素之一。随着地形坡度的增大，可能演化为滑动面的坡体结构面倾角也会增大，从而导致斜坡的稳定性降低。根据调查数据和遥感影像资料，在ArcGIS中利用表面分析工具将1 ∶ 50 000 DEM 生成坡度图，再对坡度图分级：0～10°、10～20°、20～30°、30～40°、40～50°、50～60°、>60°，将灾害点与坡度图进行空间统计分析，发现绝大部分的地质灾害点都分布在20°～60°的范围内（表3），其数量占总数的90.64%，其中以40°～50°范围分布密度最大，占总量的46.88%；小于20°的灾害点仅有4个，占总数的6.25%；大于60°范围内，灾害点仅有2个，由于这部分区域坡度很陡，大部分裸岩分布，基本没有坡积层分布。现场调查发现，地震地质灾害产生的具体部位还与微地貌形态有密切的关系，通常发生在以下几类对地震波有显著放大效应的部位：（1）地形坡度由缓变陡的过渡转折部位；（2） 单薄的山脊部位；（3） 孤立山头或多面临空的山体部位等。有研究表明孤立的山包、单薄的山脊两侧和坡肩部位，对地震动峰值加速度、峰值速度和同震位移具有明显的放大作用，这种放大作用主要是通过地震波在上述部位的干涉和衍射产生的。
2.4 岩性效应
地层岩性是滑坡灾害发生、发展的物质基础，决定着斜坡岩土体强度、应力分布、变形破坏特征，同时也在很大程度上制约着滑坡的活动方式及规模。研究区岩性可概括为土层、砂岩、泥岩、炭质页岩、大理岩、浅变质砾岩、花岗岩、辉长岩等。将灾害点与岩性图层进行空间统计分析（表4），发现地震地质灾害在各类岩层中均较发育，但花岗岩、大理岩、灰长岩、砂岩等硬岩地层地质灾害最为发育，占了灾害总数的59.37%；炭质页岩、浅变质砾岩、泥岩等软岩发育密度次之，占灾害总数的31.25%。实际调查表明，两类岩性中所发生地质灾害的类型也是有一定的差别，硬岩地层中通常发生的是崩塌类型的灾害，而软岩地层中通常以滑坡、泥石流居多。
3 较大型滑坡灾害分布特征及危险区域划分
在研究区域内统计的所有灾害点中，选择了比较典型的9个滑坡灾害点，从滑距、坡度、高程和距断层距离几个方面进行了统计分析，结果见表5和图3。
由图3、表5可知，这9个滑坡中有4个的坡度位于40°～50°范围，3个坡度位于30°～40°范围，而>50°和20°～30°坡度范围内各有1个；所有滑坡位于1 800～2 700 m高程范围之间；除了3号滑坡以外，其余滑坡距离断层均小于2 m；有8个灾害点均位于断层的上盘。
在现场调查和遥感解译成果的基础上，结合地形地貌、断裂带、地层岩性等地质条件进行了综合分析，将研究区进行了危险范围区划：危险区主要位于距断裂带0.5 km范围内，该区域较大灾害点分布约占67%；较危险区在上盘主要分布于距断层0.5～1 km范围内，在下盘由于受河流地貌的影响，较危险区主要分布于0.5～2 km范围内，并沿河流和断裂带呈线状分布，该区域大型滑坡约占33%；较小型的滑坡灾害点40个，约占总数的60%，一般区域内灾害点约占40%。
4 结论
通过对彭州白水河沿岸汶川地震触发的地质灾害的发育分布规律研究，可以得到以下基本结论。
（1）本区地震地质灾害总体分布特征是沿断裂带呈带状分布、沿河流水系呈线状分布，即水系与沿龙门山NE/SW 展布的发震构造一起，控制了地震地质灾害的区域分布。
（2）地震引发的地质灾害在1 000～3 000 m高程内均有分布，而1 500～2 000 m高程范围内灾害点最多，达到总数的32.81%。高程在1 000 m以下和3 000 m 以上地区地质灾害发育稀少。
（3）绝大部分的地震地质灾害点都分布在坡度为20°～60°的范围内，其数量占总数的90 %以上，其中以40°～50°范围分布密度最大，占了总量的46.88%，而20°以内的灾害点相对较少。
（4）地震地质灾害通常发生在地形坡度由缓变陡的过渡转折部位、 单薄的山脊部位、 孤立山头或多面临空的山体部位等。
（5）距离发震断裂越近，灾害发生的频率越高。危险区及较危险区在河流左岸主要位于距断层1 km范围内，在断层下盘沿河流两岸，主要位于断层2 km范围内，约65%灾害点均发生在该区域。
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更新时间：2025/3/11 21:05:01