许强;李为乐
【摘 要】2008年5·12汶川地震由于其超常的地震动力,触发了数百处大型滑坡灾害.本文以遥感解译所获取的汶川地震区112处面积大于50000m2大型滑坡的基本信息为基础,结合代表性大型滑坡实例的现场调绘,对汶川地震诱发大型滑坡的发育分布规律进行了较系统的研究.结果表明,汶川地震大型滑坡分布除表现出与汶川地震诱发区域性地质灾害类似的分布规律之外,因主要源于发震断层瞬间大幅度错动的直接地震动力引发的大型滑坡,其发育分布及滑动、运动方式还表现出自身的特点,具体可归结为以下几种效应: (1)距离效应:约80%的大型滑坡集中分布于发震断裂地表破裂带两侧5km的范围内,距离越远,滑坡分布数量越少; (2)锁固段效应:汶川地震诱发的大型滑坡主要集中分布在与发震断裂的交叉、错列、转换部位及NE段末端等5个集中区段.其中,红白-茶坪段是大型滑坡最为集中发育段,不仅滑坡数量多,而且规模大,汶川地震诱发的最大两处滑坡均分布于此段.其次为断裂NE段末端的南坝-东河口段,该段大型滑坡密集发育,东河口滑坡和窝前滑坡等大型滑坡均出露于此段; (3)上下盘效应:绝大多数(＞70%)大型滑坡都位于活动断裂的上盘,存在明显的\"上下盘效应\"; (4)方向效应:在与发震断裂带近于垂直的沟谷斜坡中,在地震波传播的背坡面一侧的滑坡发育密度明显大于迎坡面一侧,存在\"背坡面效应\".同时,大型滑坡的滑动及运动方向还与各区段断层的错动方向有一定的相关性.在断层活动以右旋走滑为主的青川境内,有相当数量的滑坡表现出向NE方向滑动和运动的特点.
【期刊名称】《工程地质学报》
【年(卷),期】2010(018)006
【总页数】9页(P818-826)
【关键词】汶川地震;大型滑坡;分布规律;方向效应;锁固段效应
【作 者】许强;李为乐
【作者单位】地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都理工大学,成都,610059;地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都理工大学,成都,610059
【正文语种】中 文
【中图分类】P642.2;TU43
AbstractDue to its unusually strong seismic shaking,the“5.12”Wenchuan Earthquake in 2008 induced hundreds of large-scale landslides.This paper is based on the interpreted data about112 landslides,each of which has a plane area greater than 50，000m2.It also uses the field investigation of representative large-scale landslides.It further conducts a systematic analysis on the distribution regularities of these large-scale landslides.It is suggested that the large-scale landslides not only show the distribution rules similar to those associated with the general landslides induced by Wenchuan Earthquake,but also present unique features in the distribution as well as sliding and moving ways.The occurrences of
the large-scale landslides are usually attributed to the direct seismic forces resulting from the horizontal displacements of seismic faults.The distribution rules of large-scale landslides induced by WenchuanEarthquake can be summarized as follows:(1)distance effect:about 80%large-scale landslides are distributed within the range of 5km from the Yinxiu-Beichuan fault(i.e.,seismic fault ruptures).The farther the distance is, the lower the number of landslides is.(2)Locked segment effect:the large-scale landslides are mainly distributed in the five concentration zones closely related with the crossing,staggering and transforming section as well as the end of NE section of the seismic fault.The most concentrated zone is Hongbai-Chaping segment,where many large scale landslides and the two largest landslides were induced by Wenchuan Earthquake.The second concentrated zone is Nanba-Donghekou segment at the NE end of the seismic fault,where the well-known Donghekou Landslide and Woqian Landslide are located.(3)Hanging wall effect:a vast majority of large-scale landslides(>70%)are located in the hanging wall of the seismic fault,showing a clear“Hanging wall effect”.(4)Direction effect:in the valley slopes almost perpendicular to the seismic fault,the number of large scale landslides at the slopes opposing the direction of seismic source are obviously higher than those facing
the
direction
of
seismic
source,showing“back
slope
effect”.Meanwhile,the sliding and moving directions of large-scale landslides have some relations with the staggering direction of the seismic fault in each section.InQingchuan area where the main fault activity was horizontal twisting and staggering,a considerable number of large scale landslides show the features
of sliding and moving along the NE direction that was the staggering direction of the seismic fault.
Key words“5.12”Wenchuan earthquake,Large-scale landslide,Distribution rule,Directional effect,Locked segment effect
2008年5月12日,发生于四川省汶川县映秀镇的特大地震,具有震级高(MS8.0级)、震源浅(震源深度小于20km)、破裂带长、错动强烈(主破裂带长近300km,最大错动位移达7m左右)、释放能量大(是1976年唐山地震的3倍)、持续时间长(主震持续时间约120s)、地面振动强烈等特点,再加上地震发生于地质环境本身就异常脆弱的龙门山区,汶川地震诱发的次生地质灾害数量之多、规模之大、类型之复杂、造成损失之惨重,举世罕见[1～4]。汶川地震诱发的数百处大型滑坡还呈现一系列与通常重力环境下地质灾害迥异的特征,如独特的失稳机理、超强的动力特性、大规模高速抛射与远程流态化运动等。这些现象和问题已远远超出了人们原有的认识[5～7]。因此,对汶川地震诱发的大型滑坡进行深入系统的研究,具有重要的科学意义和实用价值。目前,已有多位学者对汶川地震触发的一些大型滑坡典型案例进行过研究,如吴树仁等[8]对汶川地震触发的规模最大的3处滑坡和堰塞湖、运动距离最远的4处滑坡、危害最大的3处滑坡进行了分析评价;黄润秋等[9]对规模最大的大光包滑坡基本特征和成因机理进行过详细调查研究;黄河清等[10]对规模第二大的绵竹清平乡文家沟高速远程滑坡-碎屑流的基本特征和成因机制进行了详细分析;孙萍等[11]对东河口滑坡高速远程运移机理也进行过深入探讨。本文拟重点对汶川地震区面积大于50000m2的大型滑坡的发育分布规律进行研究。
汶川地震灾区大部分大型滑坡滑动较为彻底,滑后堆积区整体稳定性较好,已不会对灾
区人民生命财产构成太大的威胁,因此灾区多数大型滑坡并未纳入灾后地质灾害防治专项规划,相关部门也未安排对此类大型滑坡开展地质勘查工作。由于部分滑坡缺乏相应的勘探数据,其体积仅能通过估算获取。但各滑坡的平面几何尺寸和面积是可以通过遥感手段精确地量测。为了避免因体积估算所带来的误差甚至错误,本文采用滑坡的平面面积(包括滑源区、堆积区以及碎屑流区的整个面积)作为筛选大型滑坡的主要依据。表1为通过遥感解译得到的汶川地震区112处面积大于50000m2的大型滑坡统计表。
图1表明,汶川地震诱发的大型滑坡分布基本上与汶川地震诱发地质灾害区域性分布具有类似的特点和规律[12～14],但因导致大型滑坡发生的控制性因素主要为断层突然大幅度错动所产生的直接动力以及断层破裂瞬间释放的巨大能量,相比于汶川地震诱发的区域性地质灾害而言,大型滑坡与发震断裂的关系更为密切。
图2为根据表1得到的离映秀—北川断裂不同距离范围内大型滑坡分布数目统计图。表1中的距离是指各滑坡滑源区中心点到映秀—北川断裂地表破裂面的垂直距离。图2表明,大型滑坡的分布随其离映秀—北川断裂的距离呈急剧衰减趋势,大型滑坡数目(N)与离映秀—北川断裂的距离(D r)满足如下对数关系:
从表2可以看出,在所统计的112处大型滑坡中,有44处位于离中央断裂1km范围之内,占总数的39.3%;15处位于离中央断裂1～2km范围之内,占总数的13.4%;22处位于离中央断裂2～3km范围之内,占总数的19.6%。超过70%的滑坡位于离中央断裂3km以内,80%以上的滑坡位于离中央断裂5km以内。大型滑坡离映秀—北川断裂的最远距离为13km。
值得指出的是,以上所统计的距离一般是指滑坡滑源区中心离映秀—北川断裂的垂直距离。但映秀—北川断裂在其NE段尤其是进入青川境内后就散开成多束分支断裂。现场调查表明,在青川县马公至东河口段大型滑坡的产生与映秀—北川断裂次级断裂(图1中的实测断裂)关系更为密切。因此,在距离统计时,该段是以图1中实测断裂(蓝色虚线)为依据,其余地段以四川省地震局给出的地表破裂带(图1中的黑线)为依据。事实上,从图1可以看出,在红白镇至茶坪乡段有6处滑坡距离前山断裂(江油—灌县断裂)的距离比距离映秀—北川断裂的距离更近,这些滑坡可能还受前山断裂的影响,因为其位于前山断裂的上盘,但很难分清楚各滑坡的发生究竟与哪条断裂的关系更密切,所以在距离统计时只能以映秀—北川断裂为依据。同样,在青川县的马公至东河口段滑坡的发生也可能与另一分支断裂的活动有关,但也很难区分某一滑坡发生究竟主要受哪条断裂活动的影响。
从图1可以清楚地看出,汶川地震大型滑坡的分布除沿发震断裂呈带状分布外,另一重要特点就是集中分布于以下几个区段:A:映秀段;B:小鱼洞段;C:红白-茶坪段;D:擂鼓-陈家坝段;E:南坝-东河口段。各集中区段大型滑坡数目和面积的统计结果见表3,其中滑坡面积百分比是指某集中段内滑坡面积与112处大型滑坡总面积的百分比。
表3表明,如果从大型滑坡分布数目来讲,E段最多,达39处,占滑坡总数的34.8%;其次为C段, 32处占28.6%;然后为D段23处占20.5%。但如果从大型滑坡分布面积来看,则C段最大,占大型滑坡总面积的52.9%,E段仅占22%。因此,综合考虑,C段即红白-茶坪段是大型滑坡最为集中分布段,该段不仅滑坡数量多,而且规模大,两处规模最大的滑坡(即大光包滑坡和文家沟滑坡)均集中于此段。其次为E段即南坝-东河口段,该段大型滑坡分布密度大,且规模较大的东河口滑坡和窝前滑坡发生于此段。
大量的现场测量已经表明[15,16],映秀(即图1中的A段)和北川(图1中的D段)是5.12汶川地震地表错动位移最大的部位,地震部门普遍认为青川段(即图1中的E段)的地表错动位移很小甚至不存在地表破裂。由此可见,尽管各大型滑坡是由汶川地震直接诱发,滑坡的产生与地震动力有着非常密切的关系,但将图1与汶川地震地表水平和竖直向错动位移相比较后不难发现[15,16],大型滑坡集中分布段与汶川地震同震位移和地表错动强烈程度吻合度很小,二者关联性并不大。图1中的A、B、C、D、E等大型滑坡集中分布段均恰好处于映秀—北川断裂带的局部错列、转折以及断裂活动的末端部位。在断裂的转折和错列部位是断层的局部“锁固段”,在地震过程中,因断层整体错动而被剪断、破裂,释放出相对较多的能量,形成局部次级“震源”[14],所以,这些部位会成为大型滑坡的集中分布段。这一现象在C段的清平—高川段表现尤为显著(图1和图3)。由于断层的局部错列以及断层的走滑错动,震前在这些错列段末端会成为压应力的高度集中区(图4)。在地震过程中,在这些压应力高度集中部位自然会释放更多的能量,这可能是5.12汶川地震中规模最大的两个滑坡都出现于本区域的最根本原因。从图4明显看出,规模最大的大光包滑坡刚好位于两条断层错列末端压应力集中部位,而文家沟滑坡则位于断层另一错列端压应力集中区域。
从表1可以看出,汶川地震区规模大、动力和运动性强的几个“知名”大型滑坡,其位置都是位于断层上盘且紧邻地表破裂带,滑源区中心离发震断裂的垂直距离仅数百米。例如,东河口滑坡离断层距离为300m,窝前滑坡离断层距离为200m,牛眠沟滑坡离断层距离为300m,陈家坝鼓儿山滑坡离断层距离为0m。但规模最大的大光包滑坡离断层距离却达到4800m,规模位居第二的文家沟滑坡离断层距离也为3900m。锁固段效应对离发震断层如此之远还会产生大光包滑坡和文家沟滑坡这两个规模最大、动力最强的滑坡的原因,给出了较为合理的解释。
而对映秀—北川断裂地表破裂并不强烈的NE段出现滑坡集中发育的E段(即南坝-东河口段)的原因,其可能与多条分支断裂群发性活动及断层的末端效应有关。区域地质资料和震后地表破裂的现场调查表明,龙门山断裂带在其NE段被分散成多束分支断裂,在汶川地震过程中这些分支断裂大多都显示出一定的地表破裂迹象[17]。遥感解译和现场调查结果表明,E段内的滑坡分布与分支断裂展布具有明显的相关性(图5)。另外,在地表破裂突然终止的末端,可能也会因末端局部应力集中、地震波的多次折射和反射,以及地震动惯性力等多方面的综合影响,导致其容易在活动断裂的末端诱发地质灾害,形成大型滑坡集中发育区。
从图1和表1均可看出,112处大型滑坡中,有80处滑坡位于映秀—北川断裂的上盘,占大型滑坡总数的71.4%。从图1看到,位于下盘的大型滑坡又主要集中在C段和E段。而C段刚好处于前山断裂活动区域(图1),那些位于映秀—北川断裂下盘的大型滑坡实际上又处于前山断裂的上盘。而在E段,前已述及,在此区域内存在多条分支断裂(图1),虽然部分大型滑坡位于实测分支断裂(图中黄线)的下盘,但又基本位于另一条分支断裂(图中黑线)的上盘。所以,如果考虑前山断裂和分支断裂等因素,绝大多数大型滑坡都位于活动断裂的上盘,存在明显的“上下盘效应”。
滑坡在空间上的方向性展布以及具体的滑动方向一般主要与流域地形地貌和斜坡结构有关。但研究结果表明,汶川地震诱发的滑坡,其滑动、运动方向与地震波传播方向及发震断裂错动的形式和方向都具有一定的相关性。具体地讲,具有如下两方面的效应:
2.4.1 背坡面效应
国内外学者通过对1999年台湾集集MW7.6级地震和2005年巴基斯坦KashmirMW7.6级地震诱发滑坡的统计结果表明[18],这两次大地震诱发的滑坡不仅具有如上所述的上下盘效应,还具有背坡面效应。即在与发震断裂带近于垂直的沟谷中,在地震波传播的背坡面一侧的滑坡发育密度明显大于迎坡面一侧。我们的研究结果表明,汶川地震诱发滑坡分布同样具有类似的特点。例如,通过对什邡红白镇附近区域内某5条沟谷的统计结果表明,其背坡面的崩滑灾害发育密度基本为迎坡面的2倍(图6)。
2.4.2 断层错动方向效应
映秀—北川断裂为一典型的压扭性断裂,震后的现场测量[15～17]、数值模拟反演结果[19]以及震源机制解[20]均表明,在断裂的S W段(映秀-绵竹)为逆冲兼走滑错动,以逆冲错动为主;而在断裂的NE段(绵竹-青川)则为走滑兼逆冲错动,以走滑错动为主。统计结果表明,在汶川地震区,因断层一般沿河流和沟谷展布,绝大多数区域大型滑坡的滑动和运动方向基本与发震断裂垂直。但在青川境内的窝前至东河口段(即图1的E段),滑坡除主要沿斜坡坡面和垂直沟谷走向发生滑动和运动外,确实有一定比例的滑坡,尤其是规模较大的滑坡,其滑动方向与断层走向近于平行(图5)。进一步的分析结果表明,该区域内大型滑坡主要有三组滑动方向,即NW向、SE向以及NE向。由于区内主河流方向基本与断裂带走向一致,为NE向,两岸斜坡倾向主要为NW和SE向,因此,区内存在NW和SE两组优势滑动方向。另一组优势滑动方向为N60°～80°E,基本与区域内断裂的走向一致,这些滑坡的滑动和运动可能与该区内断层主要为顺扭错动的地震动力条件有关。
通过遥感解译和大量的现场调查,本文将汶川地震诱发的大型滑坡发育分布规律归纳总结为几下几大效应:
(1)距离效应:大型滑坡集中分布于发震断裂地表破裂带两侧一定范围内,距离越远,滑坡分布数量越少。约40%的大型滑坡位于离中央断裂1km范围之内;超过70%的滑坡位于离中央断裂3km以内;80%以上的滑坡位于离中央断裂5km以内。大型滑坡离映秀—北川断裂的最远距离为13km。
(2)锁固段效应:汶川地震大型滑坡主要集中发育于如下几个区段:映秀段、小鱼洞段、红白-茶坪段、擂鼓-陈家坝段、南坝-东河口段。其中,红白-茶坪段是大型滑坡最为集中发育段,其不仅滑坡数量多,而且规模大,汶川地震诱发的最大两处滑坡(即大光包滑坡和文家沟滑坡)均集中于此段。其次为南坝-东河口段,该段大型滑坡密集发育,且规模较大的东河口滑坡和窝前滑坡均出露于此段。这些集中发育区段都恰好位于映秀—北川断裂带的局部错列、转折以及断裂活动的末端部位,即断层的“锁固段”,它们在地震过程中,由于断层整体的错动而被进一步的剪断、破裂,从而释放出更多的能量,产生局部更为强烈的震动,形成次级“震源”和大型滑坡的集中发育部位。
(3)上下盘效应:绝大多数(>70%)大型滑坡都位于活动断裂的上盘,存在明显的“上下盘效应”。
(4)方向效应:在与发震断裂带近于垂直的沟谷斜坡中,在地震波传播的背坡面一侧的滑坡发育密度明显大于迎坡面一侧,存在“背坡面效应”。同时,大型滑坡的滑动及运动方向还与各区段断层的错动方向有一定的相关性。在断层活动以顺扭错动为主的青川境内,有相当数量的滑坡表现出向NE方向滑动和运动的特点。
【相关文献】
[1] 黄润秋,许强,等.中国典型灾难性滑坡[M].北京:科学出版社,2008. Huang Runqiu,Xu Qiang,et al.Catastrophic landslides in China. Beijing:Science Press,2008.
[2] 殷跃平,等.汶川地震地质与滑坡灾害概论[M].北京:地质出版社,2009.Yin Yaoping,et al.Great Wenchuan earthquake:seismogeology and landslide hazards.Beijing:Geological Publishing House, 2009.
[3] 黄润秋,等.汶川地震地质灾害研究[M].科学出版社,2009. Huang Runqiu et al.Geohazard assessment of the Wenchuan earthquake.Beijing:Science Press,2009.
[4] 许强,裴向军,黄润秋,等.汶川地震大型滑坡研究[M].科学出版社,2009. Xu Qiang,Pei Xiangjun,Huang Runqiu et al.Large-scale landslides induced by the Wenchuan earthquake.Beijing:Science Press,2009.
[5] 黄润秋.5.12汶川地震诱发崩滑灾害机理及其地质力学模式[J].岩石力学与工程学报,2009,28(6):2～9,1239～1249. Huang Runqiu.Mechanis and geomechanical modes of landslides hazards triggered byWenchuan 8.0 earthquake.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering.2009,28(6):2～9,1239～1249.
[6] 许强,黄润秋.2008.5.12汶川大地震诱发大型崩滑灾害动力特征初探[J].工程地质学报,2008,16(6):721～729. Xu Qiang,Huang Runqiu.Kinetics characteristics of large landslides triggered byMay 12thWenchuan earthquake.Journal of Engineering Geology,2008,16(6):721～729.
[7] 殷跃平.2009.汶川八级地震滑坡高速远程特征分析[J].工程地质学报,2009,17(2):153～166. Yin Yueping.Rapid and long runout features of landslides triggered by the Wenchuan Earthquake.Journal of Engineering Geology, 2009,17(2):153～166.
[8] 吴树仁,王涛,石玲,孙萍,等.2008汶川大地震极端滑坡事件初步研究[J].工程地质学报,2010,18(2):145～159. Wu Shuren,Wang Tao,Shi Ling,Sun Ping et al.Study on catastrophic landslides triggered by 2008great Wenchuan Earthquake, Sichuan,China.Journal of Engineering Geology,2010,18(2): 145～159.
[9] 黄润秋,裴向军,李天斌.汶川地震触发大光包巨型滑坡基本特征及形成机理分析[J].工程地质学报,2008,16(6):730～741. Huang Runqiu,Pei Xiangjun,Li Tianbin.Basic characteristics and formation mechanism of the largest scale landslide at Daguangbao occurred during the Wenchuan earthquake.Journal of Engineering Geology,2008,16(6):730～741.
[10] 黄河清,赵其华.汶川地震诱发文家沟巨型滑坡-碎屑流基本特征及成因机制初步分析[J].工程地质学报,2010,18 (2):168～177. Huang Heqing,Zhao Qihua.Basic characteristics and preliminary mechanism analysis of largest scale rockslide-sturzstrom
atWenjiagou
triggered
byWenchuan
earthquake.Journal
of
Engineering Geology,2010,18(2):168～177.
[11] 孙萍,张永双,殷跃平,等.东河口滑坡-碎屑流高速远程运移机制探讨[J].工程地质学
报,2009,17(6):737～744. Sun Ping, Zhang Yongshuang,Yin Yueping,et al.Discussion on long run-out sliding mechanism of Donghekou landslide-debris flow.Journal of Engineering Geology.2009,17(6):737～744.
[12] 黄润秋,李为乐.“5.12”汶川大地震触发地质灾害的发育分布规律研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(12):2585～2592. Huang Runqiu,LiWeile.Research on development and distribution rules of geohazards induced by Wenchuan earthquake on 12 th may,2008.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2008,27(12):2585～2592.
[13] 许冲,戴福初,姚鑫.汶川地震诱发滑坡灾害的数量与面积[J].科技导报.2009,27(11):79～81. Xu Chong,Dai Fuchu,Yao Xin.Incidence number and affected area of Wenchuan earthquake-induced landslides.Review of Science and Technology,2009,27(11):79～81.
[14] 黄润秋,李为乐.汶川大地震触发地质灾害的断层效应分析[J].工程地质学报,2009,17(1):19～28. Huang Runqiu,LiWeile.Fault effect analysis of geo-hazard triggered
by
Wenchuan
earthquake.Journal
of
Engineering
Geology,
2009,17(1):19～28.
[15] 徐锡伟,闻学泽,叶建青,等.汶川Ms8.0地震地表破裂带及其发震构造[J].地震地质,2008,30(3):597～628. Xu Xiwei,Wen Xueze,Ye Jianqing,et al.TheM s8.0Wenchuan
earthquake
surface
ruptures
and
it's
seismogenic
structure.Seismology and Geology,2008,30(3):597～628.
[16] 李勇,黄润秋,Densmore AlexanderL.,等.汶川8.0级地震的基本特征及其研究进展[J].四川大学学报(工程科学版), 2009,41(3):7～25. Li Yong,Huang Runqiu,Dens more AlexanderL.et al.Basic features and research progresses of WenchuanM s8.0 earthquake. Journal of Sichuan University(Engineering Science Edition), 2009,41(3):7～25.
[17] 李传友,魏占玉.汶川M s8.0地震地表破裂带北端位置的修订[J].地震地质,2009,31(1):1～8. Li Chuanyou,Wei Zhanyu.Deformation styles of the northernmost
surface
rupture
zone
of
theM
s8.0
Wenchuan
earthquake.Seismology and Geology,2009,31(1):1～8.
[18] David Petley.Earthquake induced landslides lessons from Taiwan and Pakistan[Z].Academic Report Powerpoint,2008.
[19] Zheng-Kang She,Jianbao Sun,Peizhen Zhang.Slip maxima at fault junctions and rupturing of barriers during the 2008 Wenchuan earthquake.Nature Geosience,Publishes online 2009, DOI:10.1038/NGEO636.
[20] 王勤彩,陈章立,郑斯华.汶川大地震余震序列震源机制的空间分段特征[J].科学通报.2009,54(16):2348～2354. WangQ C,Chen ZL,Zheng S H.Spatial segmentation characteristic of focal mechanism of aftershock sequence of Wenchuan
Earthquake.Chinese SciBull,2009,54:2263～2270.
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容