“4·20”芦山地震次生地质灾害预测评价

李为乐，黄润秋，许 强，唐 川

（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）

2013年4月20日8时2分（北京时间），四川省雅安市芦山县发生Ms7.0级强震（简称“4·20”芦山地震），震中坐标为30.284°N、102.956°E，震源深 度为12.3km，震 中 烈度达 Ⅸ 度[1，2]。此次地震发震断裂为龙门山前山断裂——江油－灌县断裂西南段的双石－大川断裂（图1），震源破裂持续时间约30s，造成断层破裂长度约为35～40km，最大水平滑动量达到1.6m[3]。截至2013年4月26日16时，共发生余震5 086次，其中3级以上余震112次，5.0～5.9级4次，4.0～4.9级21次，3.0～3.9级87次，最大余震5.4级[4]。截至4月26日6时，地震已造成196人死亡、21人失踪、13 484人受伤[5]。

由于此次地震震级高、震源浅、烈度大，加之地震区地质环境脆弱，地震触发了大量崩塌滑坡灾害。此次地震与2008年“5·12”汶川 Ms 8.0级地震均发生在青藏高原与四川盆地交界的龙门山地震区，两次地震重灾区的地形、地质条件都比较类似，且发震断裂都以上冲为主，发震机制类似[6]。笔者对汶川地震触发地质灾害的分布规律进行过较深入研究，并建立了汶川地震次生地质灾害敏感性评价模型[7－11]。由于震后很难快速获取整个震区的震后遥感影像，无法对地震触发的地质灾害进行解译，因此，难以获取整个地震影响区次生地质灾害的空间分布。本文在假设芦山地震次生地质灾害与汶川地震次生地质灾害具有类似分布规律的前提下，利用汶川地震次生地质灾害敏感性评价模型对芦山地震次生地质灾害的空间分布进行预测。我们在震后第二天就完成了芦山地震次生地质灾害空间分布预测的相关图件，并发送给野外调查人员参考使用[12]。

1 芦山地震与汶川地震对比分析

1.1 地震参数对比

图1 研究区位置图Fig.1 The location of study area

芦山地震震中位置距汶川地震主震震中约95km，其震级为Ms7.0级，震中地震烈度为Ⅸ度（图2）。2008年汶川地震的震级为Ms8.0级，震中地震烈度为Ⅺ度。两者的震级相差1级，释放能量相差约33倍，震中地震烈度相差了2度。芦山地震地表破裂长度约35～40km，汶川地震地表破裂总长度达320km，二者相差约8倍，且汶川地震导致中央断裂和前山断裂同时破裂。芦山地震Ⅶ度区以上面积约5 655km2，汶川地震约125 536km2。其中，Ⅶ度区面积芦山地震为4 029km2，汶川地震为84 449km2，相差约21倍；Ⅷ度区面积芦山地震为1 418km2，汶川地震为27 786km2，同样相差约20倍；Ⅸ度区以上面积芦山地震为208km2，汶川地震为13 301km2，相差达64倍（表1）。由此推测，“4·20”芦山地震造成的损失及地震引起的次生地质灾害规模应远远小于“5·12”汶川地震。

1.2 次生地质灾害数量和分布范围比较

根据Keefer（1984）建立的震级与滑坡分布面积、个数的统计关系[14，15]，“4·20”芦山地震触发的崩塌滑坡灾害最大分布范围将达10 000 km2，地质灾害总数最多约3 000处（图3、图4）。截至2013年4月29日，四川省测绘地理信息局对重灾区面积约为1 300km2范围0.05～0.5m分辨率航空影像进行解译，已经解译崩塌滑坡地质灾害点1 901处[16]。而汶川地震地质灾害的分布范围约为100 000km2，地质灾害总数约60 000处[17]。初步分析认为，芦山地震次生地质灾害的直接危害将远远小于汶川地震。

表1 芦山地震和汶川地震参数对比[13]Table1 The seismic parameters of the Lushan earthquake and the Wenchuan earthquake

图2 芦山地震烈度图Fig.2 The seismic intensity map of the Lushan earthquake（据中国地震局资料改）[13]

图3 地震滑坡最大分布范围与震级关系图[14，15]Fig.3 Area affected by landslides as a function of earthquake magnitude

2 芦山地震地质灾害空间分布快速预测

图4 地震滑坡个数与震级关系图[15]Fig.4 Number of landslide as a function of earthquake magnitude

震后灾区影像资料非常匮乏，为了能大致掌握地震地质灾害可能的分布范围，作者利用在汶川地震区建立的地震地质灾害敏感性多元回归模型，对整个芦山地震重灾区次生地质灾害的空间分布进行了快速预测。汶川地震区和芦山地震区同属龙门山地震区，地形、地质条件类似，发震断裂均属为上冲断裂，发震机制类似，甚至有学者认为芦山地震属于汶川地震的强余震[2]。所以，采用汶川地震区的地震灾害敏感性模型来预测芦山地震次生地质灾害空间分布，对应急救灾有一定的指示意义。

2.1 评价范围确定

根据美国联邦地质调查局USGS发布的PGA数据，本次芦山地震最大PGA达6.2m／s2[1]，如图5所示。历史强震数据表明，地震次生地质灾害主要分布于PGA＞1m／s2的区域，所以本文选取PGA＞1m／s2的芦山、宝兴、天全、雅安、荥经、邛崃、大邑、名山8个县市为研究区，总面积达13 400km2（图5）。

2.2 评价因子

汶川地震后，我们通过遥感解译和现场调查，发现汶川地震触发崩塌滑坡地质灾害主要受发震断层控制，同时受地形地貌、地层岩性和坡体结构的影响，据此将汶川地震地质灾害的空间分布规律总结为“十大效应”，即上盘／下盘（主动盘）效应、断层距离效应、断层锁固段效应、坡度效应、岩性效应、河流水系效应、高程效应、斜坡方向效应、微地貌效应和坡体结构效应[7－11，18，19]，并选取到发震断层的距离、地形坡度、地层岩性、距离水系的距离、海拔高度、地震峰值加速度（PGA）6个关键参数建立了汶川地震次生地质灾害敏感性（susceptibility）评价模型[11]。其中，上盘（主动盘）效应、断层距离效应主要由到发震断层距离因子体现，坡度效应由地形坡度因子体现，岩性效应由地层岩性因子体现，河流水系效应由到水系距离因子体现。而斜坡方向效应只局限于特定区域，对整个地震区效应不明显，该评价模型没有考虑。断层锁固段效应、微地貌效应和坡体结构效应由于很难找到合适的参数进行量化，也没有考虑。此外，考虑到触发因素地震作用，模型中引入PGA作为地质灾害的触发因素影响因子。评价因子的分类和赋值直接采用汶川地震区计算结果。

图5 芦山地震PGA图Fig.5 The PGA map of the Lushan earthquake（1g≈10m／s2）

2.2.1 到发震断层的距离

USGS提供的芦山地震震中位置（30.284°N，102.956°E）正好位于龙门山前山断裂——江油－灌县断裂上，因此，我们认为江油－灌县断裂是芦山地震的发震断裂。在没有野外调查获取其破裂长度的情况下，我们依据USGS的PGA数据，判断断裂的破裂长度为PGA≥2m／s2的区域，即芦山县大川乡到天全县小河乡，全长约52km，这比后来野外调查确定的破裂长度长了约10km。

发震断层主要控制地震次生地质灾害总体空间分布特征，距离发震断层越近地质灾害越发育，规模也越大。对于逆断层型地震，其次生地质灾害还具有上盘效应，即发震断裂上盘地质灾害要比下盘多。为了同时考虑断层距离和上盘效应，我们分别对断层上盘和下盘以5km为间隔建立缓冲区，并赋予分类值。如表2所示，该因子共分为14子类，距离发震断裂越远，其值越小。断层上盘0～5km范围内最大，断层上盘5～10km次之，断层上盘10～15km与断层下盘0～5km相当，充分体现了上盘效应。

2.2.2 地形坡度

地形坡度是控制地震触发崩塌滑坡具体发生位置最重要因素，一般地形坡度越大越容易发生，尤其是对于崩塌。地形坡度因子采用研究区1∶50 000地形图生成的DEM，单元格大小为25m×25m。该因子被分为6个子类，坡度越大其值也越大（图6、表3）。

图6 芦山地震区地形坡度图Fig.6 The slope gradient map of the Lushan earthquake area

表2 到发震断裂距离分类和赋值[11]Table2 Classification and assignment of the distances to the seismic fault

表3 坡度指标分类和赋值[11]Table3 Classification and assignment of the slope gradients

2.2.3 地层岩性

地层岩性主要控制次生地质灾害的类型，一般岩浆岩、碳酸盐岩等硬岩中主要发生崩塌和大型滑坡灾害，而千枚岩、页岩、泥岩等软岩地层中则以浅层滑坡为主。野外调查发现本次地震次生地质灾害主要以崩塌为主，可能主要分布于二叠系碳酸盐岩、火山岩，石炭系碳酸盐岩和震旦系的白云岩和灰岩中（图7）。研究区地层岩性较复杂，我们将其归纳为9大类，并分别赋值（表4）。

表4 地层岩性分类和赋值[11]Table4 Classification and assignment of lithology

2.2.4 到水系的距离

河流水系的切割主要为崩塌滑坡的发生提供了临空面，地震地质灾害具有沿主干水系分布的特点。发震断裂附近主干水系为玉溪河、沫河、灵关河和白沙河等，且两岸坡度较陡，易于崩塌灾害发生（图8）。如表5所示，距离主要河流200～300m范围最易于地震地质灾害的发生，＞500m后主干水系的影响逐渐减弱。

表5 到水系距离分类和赋值[11]Table5 Classification and assignment of the distances to the main river

2.2.5 海拔高度

在汶川地震地质灾害的研究中，我们发现大量的崩塌滑坡主要发生在海拔高度为1～2km的范围内，主要原因可能是由于在龙门山地区这个高度范围是河谷两岸由底部陡峭峡谷向上部相对平缓的宽谷过渡区域，应力相对集中。

图8 芦山地震区水系图Fig.8 The drainage map of the Lushan earthquake area

芦山地震区海拔高度范围为430～5 352m（图9），与汶川地震区相似，共分为8级，分别赋值（表6）。海拔高度为1～2km范围赋值最大；＜0.6km和＞3km的高度地震地质灾害非常稀少，赋值最小。

2.2.6 地震峰值加速度

我们对汶川地震和芦山地震地质灾害的分析均采用USGS提供的地震峰值加速度（PGA）数据（表7）。PGA值越大，其对应的分类值就越大。汶川地震地质灾害主要发育于PGA＞6m／s2的区域；而芦山地震PGA最大为6.2m／s2，＞6m／s2的区域面积非常小，这也意味着芦山地震次生地质灾害的数量和规模均要远小于汶川地震。

表6 海拔高度分类和赋值[11]Table6 Classification and assignment of the elevations above sea－level

2.3 评价模型

将上述6个评价因子赋值后，转化为单元格大小为25m×25m的栅格数据图层，在汶川地震区随机选取3 000个滑坡采样点（1）和3 000个非滑坡采样点（0），并获取采样点位置6个评价因子对应的值后，导入SPSS统计软件，建立汶川地震区地震地质灾害敏感性评价的多元回归模型如下[11]

表7 PGA分类和赋值[11]Table7 Classification and assignment of PGA

图9 芦山地区海拔高度图Fig.9 The elevation above sea－level map of the Lushan area

式中：Ls为崩塌滑坡发生可能性，取值范围为0～1；d为到发震断层的距离；α为地形坡度；L为地层岩性；r为到水系的距离；h为海拔高度；A为地震峰值加速度（PGA）。

可见，到发震断层的距离在模型中权重最大，次之为地形坡度，地层岩性和到水系的距离权重相当，PGA的权重最小。

2.4 评价结果

利用公式（1），在ARCGIS软件里利用栅格数据叠加运算功能，便可生成芦山地震次生地质灾害空间分布预测图。图10显示芦山地震次生地质灾害敏感性高的区域主要分布于地震峰值加速度（PGA）＞1m／s2的芦山、宝兴、天全、雅安、荥经、邛崃、大邑等县市的山区，并主要集中分布于发震断层龙门山前山断裂附近的芦山县大川镇、宝盛乡、太平镇、双石镇、宝兴县灵关镇、天全县小河乡等区域。

3 讨论

图10 芦山地震次生地质灾害敏感性预测图Fig.10 The susceptibility map of the co－seismic landslides in study area

现有关于地震地质灾害敏感性的研究主要是对某一次地震地质灾害进行地质灾害编目，然后利用编目的地质灾害与其影响因素的统计关系，建立敏感性评价模型，其评价结果也往往只对本次地震地质灾害的空间分布有一定预测意义。本研究尝试在一次强震事件后，在还没有对其触发的地质灾害进行编目的情况下，直接利用与该次地震具有类似地形、地质条件和类似发震机制的另一地震地质灾害事件的敏感性评价模型对该次地震触发的地震灾害空间分布进行快速预测，其准确程度和可行性有待利用该次地震地质灾害的详细编目数据进行检验。

本研究评价模型没有考虑地震震级的影响，汶川地震为Ms 8.0级，而芦山地震只有Ms 7.0级，这可能导致芦山地震地质灾害的分布范围被高估。如何在评价模型中加入地震震级、震源深度等地震本身参数的影响，提高预测的准确性，是今后改进的方向。此外，本次研究没有考虑地质灾害的类型，不同的地质灾害类型如崩塌和滑坡，对各影响因子的敏感程度可能不相同。今后的研究可以考虑针对不同的灾害类型分别建立预测模型，可能会提高预测精度。

4 结论

利用汶川地震次生地质灾害敏感性评价模型，以到发震断层的距离、地形坡度、地层岩性、到水系的距离、海拔高度、PGA为评价因子对“4·20”芦山地震地质灾害的空间分布进行了快速预测，为野外调查工作提供参考。预测结果显示芦山地震次生地质灾害敏感性高的区域主要是芦山、宝兴、天全、雅安、荥经、邛崃等县市的山区，并主要集中分布于发震断层龙门山前山断裂附近的芦山县大川镇、宝盛乡、太平镇、双石镇、宝兴县灵关镇、天全县小河乡等区域。该预测结果的准确性和可行性有待利用该次地震地质灾害的详细编目数据进行检验。

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