1、第20卷 第3期地質災害與環境保護Vol.20, No.32009年9月Journal of Geological Hazards and Envir onment P reservationSeptember 2009文章編號: 1006-4362(200903-0001-07收稿日期: 2009207210 改回日期: 2009208216汶川地震觸發崩塌滑坡數量及其密度特征分析黃潤秋,李為樂(成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室,成都 610059摘要: /5.120汶川地震由于震級高、持續時間長、震區地質環境復雜,因而觸發了大量的崩塌、滑坡。地震一年來,作者根據災后對崩

2、滑地質災害的應急排查,并結合震后有限的ALOS 、AST ER 以及航空攝影等多源數據對地震重災區的崩滑體數量進行了統計分析,獲得確定性的崩滑災害點有16704處,但是,由于排查范圍及遙感數據的局限性,上述數據并不能代表這次地震觸發崩塌滑坡總的數量。為了查明這個問題,本文在上述資料的基礎上,采用不同烈度地區典型抽取樣本統計的方法,獲得了不同烈度區崩塌滑坡的發育密度,進而根據不同烈度區面積統計得出了本次地震觸發崩塌滑坡數量的估計值,并與國際上若干大地震觸發崩塌滑坡數量及分布面積進行了對比分析。最后,作者給出了災區地震觸發崩塌滑坡的密度分布圖,并討論了其分布特征。本文的研究結果表明:汶川地震觸發的

3、崩塌滑坡數量約為3.5萬處,分布面積約為10104km 2,發育密度最高在映秀2北川斷裂上盤都江堰和彭州段以及沿岷江河谷的映秀2草坡段,約為56處/k m 2。關鍵詞: 汶川地震;崩塌滑坡;數量;發育密度;遙感解譯中圖分類號: P 315;P642.21;P642.22 文獻標識碼: A1 前言/5.12-汶川地震是近百年來中國大陸發生在人口相對密集的中、高山地區的強度最大的一次地震災害。由于地震發生在地質環境原本就比較脆弱的龍門山地區,加之地震持續時間長(約120s,地面震動響應強烈(地面峰值加速度高達1.5 2.0g,從而觸發了大量的崩塌滑坡,其數量之多、規模之大、類型之復雜、導致損失之慘

4、重舉世罕見13。地震發生一年來,不同的研究者從地質災害的角度,對地震觸發崩塌滑坡災害進行了大量的現場考察及相關的研究工作16。但是,此次地震究竟觸發了多少崩塌滑坡?它們在全區的發育分布有什么主要特征?這個問題既為人們所關注,同時,由于條件的限制,也難以給出一個相對準確的估計和全局的分析。盡管在地震發生后,國土資源部門組織了對災區崩塌滑坡地質災害拉網式的排查,但排查的主要對象是對抗震救災和災后恢復重建有影響的崩塌滑坡/地質災害0,并不包括災區大量分布的、在一定時期內沒有直接影響的/野滑坡0。為了對上述問題給出一個相對準確的回答,作者根據災后對崩滑地質災害的應急排查,并結合震后有限的ALOS 、A

5、STER 以及航空攝影等多源數據對地震災區的崩滑體數量進行了統計分析,獲得確定性的崩滑點16704處。以此為基礎,采用不同烈度地區抽取典型樣本統計的方法,獲得了不同烈度區崩塌滑坡的發育密度,進而根據不同烈度區面積統計得出了本次地震觸發崩塌滑坡的總數量約為3.5萬處,并與國際上若干大地震觸發崩塌滑坡數量及分布面積進行了對比分析。在上述基礎上,作者給出了汶川地震災區地震觸發崩塌滑坡的密度分布圖,并分析了地震觸發崩塌滑坡的密度分布特征。2 基礎數據的獲取與分析本文用于分析的數據主要來自于兩方面:一方面是災后的應急排查數據;另一方面是各種遙感數據。地震后國土資源部、四川省國土資源廳緊急組織全國36家單

6、位對四川42個重災縣(市進行了地震次生地質災害的應急排查工作。據2008年6月的應急排查的總結報告,42個重災縣(市共排查確定地質災害點10613處,其中包括震前的地質災害點5519處(其中滑坡3572處,崩塌600處,泥石流737處,不穩定斜坡521處,地面塌陷88處,地裂縫1處。因此,地震新誘發的地質災害點實際為5094處(其中滑坡1701處,崩塌1866處,泥石流304處,不穩定斜坡1093處,地面塌陷21處,地裂縫123處7。我們將這5094處地質災害點進行匯總,并輸入到GIS 中。上述應急排查確定的地質災害點主要是對抗震救災和災后恢復重建有影響的,并不包括災區大量分布的、在一定時期內

7、不構成直接影響的/野滑坡0。為了獲得這部分數據,在地震后的一年時間里,我們通過多種途徑收集了震后地震災區各種航天、航空遙感影像,主要包括:(1日本A LOS 衛星影像數據(分辨率10m;(2美國和日本ASTER 衛星影像數據(分辨率15m;(3震后空軍司令部、中國國土資源航空物探遙感中心的航空遙感資料(分辨率015m;(4其他數據源(IKNOS 、SPOT 、ETM +等。以上遙感影像基本上覆蓋了此次地震觸發滑坡崩塌的主要分布區。我們對這些影像數據進行了目視解譯,以期獲得進一步的數據。為了避免與排查數據的重復,遙感解譯時先將地面排查的5094處地質災害點疊加在遙感影像上,確保地面排查已確定的災

8、害點不被重復解譯。并堅持/高精度影像優先0原則,即解譯時盡量使用該地區精度高的影像進行解譯。影像數據分辨率直接決定著同一地區可分辨的崩塌滑坡點的個數;實驗表明同一地區由0.5m 航空影像確定的崩塌滑坡個數可以達到由10m ALOS 數據確定的崩塌滑坡個數的兩倍。由于高精度的遙感影像覆蓋范圍非常有限,主要還是利用ALOS 和ASTER 數據作為解譯數據源,對于整個災區大區域范圍的研究,其精度是可以滿足分析要求的8。在ALOS 和ASTER 影像的432波段假彩色合成影像上,震后崩塌滑坡點呈高亮度顯示,影像特征明顯,很好辨認。通過目視解譯,共確定出崩塌滑坡11610處。將地面排查的地質災害點509

9、4處和遙感解譯的崩塌滑坡11610處結合在一起,我們獲得了災區確定性的崩塌滑坡共計16704處。這些數據通過GIS 形成的分布圖如圖1 。圖1 汶川地震崩塌滑坡分布與地震烈度F ig.1 Distribution of Wenchuan ear thquake 2t rigger ed landslides and seismic intensity從圖1可以看出,宏觀上這些崩塌滑坡主要沿發震斷裂呈帶狀分布,且斷層上盤的發育密度明顯大于下盤3,9,10。16704處崩塌滑坡76%分布在地面運動峰值加速度為0.20g(8度以上的區域,絕大多數(96%分布在地面運動峰值加速度0.15g(7度以上的

10、區域。地面震動的強度不僅決定了崩塌2地質災害與環境保護2009年滑坡的分布數據量,而且決定了其發生的規模和類型。淺層崩滑體在災區烈度7度以上地區普遍分布,而大型的、深層的滑坡,如大光包滑坡、文家溝滑坡、東河口滑坡等則分布在距發震斷層5km以內的范圍10。3地震觸發崩塌滑坡數量的統計分析由于排查范圍及遙感數據精度和覆蓋范圍的局限,上述數據并不能代表這次地震觸發崩塌滑坡總的數量。由圖1,可以發現它們主要分布在烈度×度以上的山區,且隨地震烈度的增加,崩塌滑坡的分布密度也呈增加的趨勢。因此,在不同烈度范圍內選取排查和遙感數據都較好的典型區塊,計算出其中的崩塌滑坡分布密度,再乘以不同烈度區相應

11、的面積,求和,就可以估算出整個地震災區地震觸發崩塌滑坡的總量。為此,如圖1,我們選取了9個典型采樣區,分別統計了各采樣區崩塌滑坡的平均分布密度,結果如表1所列和圖2所示。其中×度區和Ø度區選取的采樣區面積較大(圖1中8、9號采樣區,獲得崩塌滑坡密度分別為0.05個/km2和0.15個/km2;Ù度區分別在汶川和青川縣境內各選了一個典型采樣區,獲得崩塌滑坡密度分別為1.5個/km2和110個/km2;Ú度區的典型采樣區選擇在綿竹和平武縣境內,獲得崩塌滑坡密度分別為2.0個/km2和2.5個/km2;Û度區的典型采樣區分別位于汶川、彭州和北川縣境內

12、,獲得崩塌滑坡密度分別為3.0個/km2、310個/km2和3.5個/km2。可見,崩塌滑坡的分布密度隨地震烈度的增加是顯著增加的(圖2,×度區內平均密度最小,為0.05個/km2,Û度區內平均密度最大,達到3.03.5個/km2;小于×度的區域則極少,在本文的分析中可忽略不計。表1不同烈度區地震觸發崩塌滑坡數量估算Table1T he est imated number of Wenchuan Ear thquake t rigger ed landslides地震烈度面積/km2滑坡密度(個/km2估算滑坡個數×607370.053037Ø

13、254000.153810Ù7491 1.01.5749111237Ú3207 2.02.564148018Û2303 3.03.569098061合計991382766134161由圖1可見,烈度在×度以下的地區,基本已無崩塌滑坡現象。因此,我們將烈度×度及其以上地區作為汶川地震觸發崩塌滑坡的分布區, 由此通過圖2各烈度區崩塌滑坡密度F ig.2Landslide density of differ ent seismic intensity GIS系統圈定出崩塌滑坡的分布范圍,其總面積約為10104km2。將上述各烈度區崩塌滑坡分布面積乘以

14、對應的分布密度,便估算出地震崩塌滑坡的總數,結果見表1。可見,災區地震觸發的崩塌滑坡數量在27700 34200個之間。考慮到遙感數據的分辨率會導致部分事件的缺漏,因此,我們取上限即35000處作為汶川地震觸發崩塌滑坡總數的估計值。宏觀來看,這個估計值是較為符合災區實際情況的。表2列出了近20a來全球幾次重大地震事件誘發崩塌滑坡的數目和分布范圍面積。可見,汶川地震觸發崩塌、滑坡數量是近20a來強震觸發崩塌滑坡數量最多、分布面積最大的一次。分布面積正好位于Keffer(1984通過大量歷史統計數據建立的統計關系的上界線上(圖3。圖4是基于幾次歷史地震和汶川地震的崩塌滑坡總個數與震級建立的地震震級

15、與崩塌滑坡總個數的關系圖,可以看出地震觸發崩塌滑坡的個數整體上是隨震級呈數量級遞增的,也就是說,震級每增加一級,所觸發的崩塌滑坡個數就增加一個數量級,比如M6.0級地震觸發的崩塌滑坡個數一般為數百個,M7.0級地震觸發的崩塌滑坡個數為數千個,而M8.0級地震觸發的崩塌滑坡則為數萬個。表2近20a來全球典型地震誘發崩塌滑坡事件1118T able2Ear thquakes triggered landslides in the last20yea rs1118地震名稱時間國家地區震級滑坡個數滑坡范圍/km2洛馬#普雷塔大地震大地震3第20卷第3期黃潤秋、李為樂:汶川地震觸發崩塌滑坡數量及其密度特

16、征分析 圖3 地震滑坡最大分布范圍與震級關系圖F ig.3 Area affected by landslides (km 2as a function ofearthquake magnit ude.T he solid line is the upper bound deter mined by Keefer ( 1984圖4 地震滑坡個數與震級關系圖Fig.4 Number of landslide as a function of eart hquakemagnitude4 地震觸發崩塌滑坡密度分布的統計分析利用排查和遙感解譯確定的16704處崩塌滑坡點在ARCGIS 軟件支持下,利用

17、核密度算法(Ker nel,以5km 為搜索半徑,在不考慮崩塌滑坡的規模大小的情況下,生成了地震重災區的崩塌滑坡分布密度等值線圖(圖5,崩塌滑坡的最大分布密度可達56個/km 2。可以看到崩塌滑坡密度大于1個/km 2的區域都是沿發震斷裂呈帶狀分布的,這個帶從震中汶川縣映秀鎮一直延續到青川縣關莊鎮附近,全長約230km,分布密度為0.011個/km 2的區域主要沿大的河流細條狀展布,主要包括黑水縣、茂縣境內的黑水河,理縣境內的雜谷腦河以 及青川縣境內的清水河。圖5 汶川地震崩塌滑坡分布密度等值線圖Fig.5 Density map of landslides tr iggered by Wen

18、chuan Earthquake4地質災害與環境保護2009年通過對崩塌滑坡分布密度進行等級劃分,可將崩塌滑坡分布區分為強烈發育區、較強發育區、中等發育區和弱發育區。通過多次調整分區閾值,得到了較符合實際情況的崩塌滑坡發育強度分區圖(圖6。崩塌滑坡分布密度大于4個/km 2為強烈發育區,面積約306km 2,主要分布在汶川縣境內沿岷江河谷的映秀2草坡段(圖7,都江堰境內的白沙河流域兩岸以及彭州境內的牛圈溝流域兩岸(圖8,這些區域的崩塌滑坡極其發育,幾乎是呈面狀分布的,崩塌滑坡彼此相連,其具體個數都很難區分。在綿竹的清平鄉、安縣的茶坪鄉、北川縣城和青川縣石壩鄉也有小面積的強烈分布區分布。這些強烈

19、發育區都位于中央發震斷裂的上盤,且是發震斷層的錯動轉折部位附近,這似乎表明,這些斷裂的轉折和錯動部位是斷層的局部/鎖固段0,它們在地震過程中,由于斷層整體的錯動而被進一步的剪斷、破裂,從而釋放出更多的能量,產生局部更為強烈的震動,形成次級/震源0和地質災害的集中發育部位20。分布密度14個/km 2為較強發育區,面積約4759km 2,主要由3個分帶組成。第一分帶(最主要的分布帶沿映秀2北川斷裂NE 向展布,從映秀出發往北,分布帶寬度逐漸減小,在北川與平武交界處尖滅,這一方面可能與距震中的距離有關,另一方面可能由于前山斷裂江油2灌縣斷裂在地震中被激活而發生了位移運動有關。可以看到分布帶寬度較寬

20、的區域正好與前山斷裂發生了地表破裂的長度范圍是對應的,即從都江堰至安縣范圍。該段較強分布區南以前山斷裂為界,北至北部的分水嶺,寬度約30km,而安縣以后的部分寬度只有78km,且斷層上盤的寬度約是下盤的2倍。第二分帶為映秀鎮至茂縣石鼓鎮的岷江兩岸(剔除強烈發育區,長度約100km 。第三分帶為沿中央斷裂展布的平武南壩鎮至青川關莊鎮一帶。分布密度0.11個/km 2為中等發育區,面積約13866km 2,主要分布于青川、平武、江油、北川、茂縣、黑水、理縣等縣域內,基本沿各縣境內大的河流細條狀展布,寬度約35km 。其他密度小于0.1個/km 2的山區為此次地震崩塌滑坡 的弱發育區。圖6 汶川地震

21、崩塌滑坡發育強度分區圖Fig.6 Zoning map of the development int ensity of landslides triggered by Wenchuan ear thquake5 結論本文利用震后地質災害排查數據和震后災區的ALOS 、AST ER 以及航空攝影等多源數據對汶川地震觸發的崩塌滑坡數量及其分布特征進行了分析。主要結論如下:(1通過對不同烈度區的典型采樣統計,計算出了各烈度區地震觸發崩塌滑坡的平均面密度。結果表明,地震觸發的崩塌滑坡主要分布在烈度大于×度的山區;各烈度區崩塌滑坡的平均面密度隨地震烈度的增大而增大,×度區密度最小,

22、為0.05個/km 2,Û度區平均密度最大,達到3.0 3.5個/5第20卷 第3期黃潤秋、李為樂:汶川地震觸發崩塌滑坡數量及其密度特征分析6 地質災害與環境保護 2009 年 河流呈條狀展布, 寬度約 3 5 km。 參考文獻 1 2 3 4 5 6 黃潤秋. 汶川 8. 0 級地震觸發崩滑災害機制及其地質力學模式 J . 巖石力學與工程學報, 2009, 28( 6 : 123921249. 黃潤秋. / 5. 120 汶川 大地震地 質災害的 基本特征 及其對災 后 重建影響的建議 J . 中國地質教育, 2008, ( 2 : 21224. 黃潤秋, 李為樂. / 5. 12

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31、n 2F 7 圖8 F ig. 8 彭州市牛圈溝崩塌滑坡強發育區 Strong development ar ea along Niujuan river in Pengzhou km 2 ; 進而估算出汶川地震觸發的崩塌滑坡 總個數 約 3. 5 萬處, 分布面積約為 10 104 km2 。 ( 2 利用已確定的崩塌滑坡點在 ARCGIS 平臺 下, 繪制了地震災區的崩塌滑坡發育密度圖, 并據此 將災區崩塌滑坡發育的密度分為 4 個等級, 即強發 育區、 較強發育區、 中等發育區和弱發育區。崩塌滑 坡強發育區主要分布在岷江河谷映秀2草坡段、 都江 堰境內白沙河流域以及彭州境內的牛圈溝流域,

32、 且 均位于中央斷裂的上盤; 較強發育區主要沿映秀2北 川斷裂呈條帶狀展布, 映秀至北川段寬度較大, 往北 一直到青川, 寬度逐漸變窄; 中等發育區主要沿大的 第 20 卷 第3期 黃潤秋、 李為樂: 汶川地震觸發崩塌滑坡數量及其密度特征分析 7 Landsl ides t riggered by t he 8 Oct ob er 2005 Kashmi r eart h2 quake J . Geomorp hology, 2008, 94: 129. 19 C E Rodrlpguez, J J Bommer, R J Chandler, Eart hquak e in2 2 duced

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34、Chengdu Univer sity of Technology, Chengdu Abstr act: 610059, China Due to the high magnitude, long dur ation and complicated environment of the disastrous area, / 5. 120 Wenchuan Ear thquake tr igger ed a large number of collapses and landslides. By combining the post2earthquake emergency investiga

35、tion of collapses and landslides with the limited multi source data including ALOS, ASTER and aeria l photos, etc. , dur ing the past 2 year aft er the earthquake, the author conducted the st atistic analysis for the number of collapses and landslides in the ser ious ea rthquake a rea and confir med

36、 16704 collapses and landslides; but as the invest igat ion range and remote 2sensing data are limit2 ed, the abovementioned data can't represent t he total number of collapses and landslides tr igger ed by this eart hquake. In order to solve this problem, based on the obtained data, this paper adopted the method of drawing typica l samples within the areas of differ ent s