基于层次分析法的炉霍地震滑坡触发因素分析

邹雪晴，母剑桥，石 思

(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059)

基于层次分析法的炉霍地震滑坡触发因素分析

邹雪晴，母剑桥，石 思

(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059)

1973年炉霍县发生的7.9级地震造成了179个滑坡，基于这179个地震滑坡，利用统计的方法分析了触发炉霍县地震滑坡的6个主要因素为：地层岩性、地质构造、水文条件、临空条件、地形地貌和海拔高程，并用层次分析法的3种计算方法(几何平均法、算术平均法、特征向量法)综合分析这6个因素影响炉霍地震滑坡发生的重要程度。结果显示：地质构造因素是最为重要的因素，高出了排在第二的地形地貌因素的1.7倍；再其次是水文条件、地层岩性、临空条件，最次为海拔高程。

炉霍地震滑坡；触发因素；层次分析法

炉霍县位于四川省甘孜州中北部，地处青藏高原东缘，位于龙门山—锦屏山构造带以西、阿尼玛卿带以南、甘孜—理塘结合带以北的三角地带，构造复杂。北西向的鲜水河断裂带横亘绵延350 km，沿着鲜水河河谷展布，自西起甘孜县，向东南延伸直至泸定磨西，横穿炉霍县，有着强烈的活动性。

地震活动往往会触发滑坡，特别是在高山地区，2008年汶川地震触发了近20万处的滑坡[1-2]，造成了巨大的人员伤亡和财产损失；2010年青海玉树发生的7.1级地震也超过了2 000处的滑坡[3-4]，2013年4月芦山地震也触发了3 883处滑坡[5-6]。地震触发产生的大规模滑坡群对灾区群众生命财产安全造成了巨大的威胁，所以对于有着强烈活动性的鲜水河断裂带的地震滑坡研究相当必要。

1973年2月6日在炉霍县雅德发生了7.9级的地震，就是由于鲜水河断裂带活动引起的，之后的40 a中也经常发生大大小小的地震。炉霍县所处的区域地质环境条件恶劣，地震触发滑坡频频发生，严重影响了藏区牧民的生活，还可能会影响社会安定。故研究炉霍县的地震滑坡地质灾害发育规律及影响因素有极其重要的意义。本文主要通过提取野外地质灾害调查的结果，总结炉霍7.9级地震滑坡的发育触发因素，并通过层次分析法分析研究区地震滑坡各触发因素的影响相关程度，为今后对鲜水河断裂带炉霍地震灾害的防灾减灾提供必要的借鉴和依据。

1 地震滑坡发育规律

1.1 研究区概况

鲜水河断裂带是一条横亘在四川现今活动性强烈的大型走滑断裂带，由炉霍断裂、道孚断裂、乾宁断裂3条次级剪切断裂组合构成，其中炉霍断裂活动性尤其强烈，自全新世以来具有(15±5)mm/a的滑动速率，是道孚断裂和乾宁断裂的2～3倍。

自有历史记载以来，炉霍断裂发生了大大小小地震百余次，其中1973年2月6日发生在雅德乡的7.9级地震，造成了巨大的人员伤亡和财产损失，且产生了长达90 km的地表裂缝[7]，引发了滑坡179个[8]，山石滚落遍地。

据调查资料显示[9]，1973年的炉霍地震诱发的滑坡具有群发性，而地震滑坡不仅与地震烈度有关，还与坡体的地层岩性、地形地貌、水文条件、临空条件和海拔高程有关。统计这179个滑坡的参数，综合分析各因素对滑坡的影响程度。

1.2 地层岩性

研究区内的地层从二叠系上统到第四系均有出露。二叠系主要为玄武岩和玄武质火山角砾岩，零星分布在断裂带附近；三叠系地层完整地出露在研究区内，以变质砂岩和砂质板岩为主，有84.4%的滑坡都是发生在此套地层中，在经过长时间的强烈风化后，岩体强度降低明显，容易发生斜坡的失稳。在第四系堆积层中发育的滑坡也很多，主要是在第四系鲜水河两岸的老洪积物组成的陡坡地段和黄土、类黄土陡坡地段，这种黄土、类黄土斜坡结构松散，具有垂直裂隙，并且易发育力学强度指标低的滑面，为滑坡的发育提供了条件，显示出了软弱界面对滑坡发育的影响[9]。

图1 炉霍地质特征及地震滑坡分布图

图2 滑坡发育与岩性的关系统计图

1.3 地质构造及地震烈度

调查资料中的大多数滑坡均发生在炉霍1973年7.9级地震等烈度线的Ⅹ度区内，并且发育滑坡数量和距断裂带的距离呈正相关[8]。在Ⅹ度区内更容易发育体积较大的滑坡，随着烈度的增大，区内滑坡的面积也有增大的趋势(表1)。由于研究区受到了来自地壳的构造应力作用，岩体受到了强烈的挤压，不连续结构面和褶皱发育，特别是在鲜水河断裂带附近表现明显，故其岩体的完整性被削弱了，更有利于滑坡的发育。

1.4 水系与公路

炉霍地震滑坡统计发现大多数滑坡均发育于鲜水河的两岸河谷，或者在鲜水河的支流的沟谷，或者为川藏公路边坡(图1)。处于这些地带的斜坡有着极好的临空条件，当地震发生时，没有山体阻挡的斜坡更容易被抛射出去。

表1 不同烈度区与滑坡发育统计

且在河谷两岸的坡体浅表层较为松散，坡表多为较厚的第四系堆积层，对于地震来临时坡体无抵抗能力，随之形成滑坡。而公路边坡也是经过工程扰动，坡体原有结构被破坏，坡表较为松散，更容易形成滑坡。

1.5 地形地貌

地形地貌对滑坡的发生有很大的影响，而地形地貌就是通过斜坡的坡度、相对高程、坡向反映出来的。

将所调查的斜坡按坡度进行分带统计，发现区域内的滑坡多发育在35°～40°，达到了48个，占总数的26.7%。这与一般发生滑坡的斜坡坡度一致，大多数都发育在具有滑动空间的斜坡上。

区内调查的斜坡高程为3 100～4 100 m范围内，研究区属于高原的边缘地带，但由于研究区内的高山经过了夷平作用，出现了丘状高原地貌，地形缓、相对高差小。对于斜坡相对高程的统计可以发现，区域内滑坡通常发生在相对高差不大的斜坡上，在相对高差30～90 m的斜坡上共发育了115个滑坡，占总数的64.2%，而仅有2.23%的滑坡发育在高差达到了大于300 m的斜坡上。

图3 滑坡发育与坡度的关系统计图

2 层次分析法

层次分析法是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，再对各层次各因子进行定性定量分析，从而做出决策。

层次分析法有3种求解因子权重的方法，分别是几何平均法、算术平均法和特征向量法，3种方法求得的权重向量一般比较接近，但又有细微的差别[10]，而这些细微的差别可能在解决实际问题时会影响到我们最终的判断，所以本文尝试用3种方法求解因子权重向量，相互比较综合考虑，从而得出最科学的结论。

根据调查资料统计得出触发区内地震滑坡发育的因素主要为地层岩性、地质构造、地形地貌、水文条件、临空条件和海拔高程，采用层次分析法对这些触发因子进行定性和定量的分析，以得出各因素对滑坡的发育敏感程度，将这种复杂的问题数学化，并提供更简便的决策手段[11]。

2.1 建立因子层次结构模型

经过对地震滑坡的调查统计工作，提取了区内滑坡发育的触发因素，以构建地层岩性、地形地貌、地质构造、水文气象等6个因素作为指标(图4)，

两两之间相互作用，以此来建立研究区触发地震滑坡发育因素的敏感度体系，构建各因子相互作用关系矩阵(表2)，在野外调查定性评价的基础上对各因子进行定量分析。

图4 触发地震滑坡发育的层次结构模型

地层岩性B1构造作用对各种岩性的岩体都有很大的影响,岩体强度不同影响也不同花岗岩等岩体的斜坡易形成陡峭的地形岩性软弱的斜坡在降雨等因素的诱发下易发生滑坡岩性软弱强度较低的斜坡易向临空方向失稳岩体在高海拔地区经历冻融循环后,岩体强度降低地震构造活动使得岩体碎裂,与母体分离,向下滑落地质构造B2在地震活动过后在一定坡度范围内的斜坡极易形成滑坡灾害构造活动与降雨过程都可以诱发滑坡的形成临空条件好的斜坡在地震活动中更容易失稳高程对地震活动产生的破坏有一定的影响坡度和相对坡高在一定范围内的时候易在软弱岩体中形成滑坡斜坡在地震活动中极易发生滑坡地形地貌B3降雨可以诱发一定坡度范围内的斜坡失稳斜坡的坡度在一定范围内的时候易向临空方向失稳海拔高程和地形坡度同时影响着斜坡的稳定性在降雨等因素的诱发下斜坡易发生滑坡构造活动与降雨过程都可以诱发滑坡的形成降雨和积雪融化可以诱发一定坡度范围内的斜坡失稳水文条件B4临空条件好的斜坡往往临近河流在高海拔地区在积雪融化的时候易形成水流触发斜坡失稳临空条件为岩性软弱强度较低的斜坡提供了滑坡条件临空条件好的斜坡在地震活动的诱发下很容易失稳下滑斜坡的坡度在一定范围内的时候易向临空方向失稳临近河流的斜坡在降雨触发下易产生滑坡临空条件B5斜坡的坡表冻融风化物易向临空方向失稳高海拔使得岩体产生冻融风化作用,坡表岩体破碎经过冻融循环的岩体在地震活动中易失稳海拔高程和地形坡度同时影响着斜坡的稳定性经历冻融循环的坡表破碎岩体在降雨作用下易失稳高海拔地区的斜坡植被稀少,易向临空方向失稳海拔高程B6

2.2 构建判别矩阵求解因子权重

两两因子进行定性比较的数量标度值为1～9，代表着两因素相比的敏感程度(表3)。逐项对任意两个指标按数量标度法参考专家的意见进行比较，确定它们的敏感度，并对其附以相应的值，可得出矩阵A。

表3 判定因子相互作用关系矩阵赋值

分别用几何平均法、算术平均法、特征向量法对判定矩阵进行特征向量Wi求解。

2.2.1 几何平均法

(1)

按照式(1)进行计算，并进行归一化处理，在Matlab中进行计算，求得各因子的权重向量(表4)。

2.2.2 算术平均法

由于判定矩阵A中的每一列都近似地反映了权重的分配情况，故可采用全部列向量的算术平均值来估计权向量，即采用式(2)在Matlab中计算，得出权重向量(表4)：

(2)

2.2.3 特征向量法

AW=λmaxW。

(3)

根据式(3)分别求出矩阵的特征根和特征向量。式(3)中，λmax为A的最大特征根，W为对应于λmax的特征向量，W的分量Wi就是对应元素单排序的权重值，在Matlab中进行计算，得出结果见表4。

为了避免其他因素对判定因子矩阵，降低结果会产生的较大误差，以保证判定矩阵排序的准确性以及可信度[11]，要对结果进行一致性检验。即是根据式(4)计算CI值以及式(5)和表5计算CR值，当CR值小于0.1时即通过了一次性检验：

(4)

式中n表示判别矩阵的阶数。

(5)表4 区域地震滑坡触发因子判定矩阵A的权重系数

注：bi表示各因子，同表2。

表5 平均随机一致性指标表

2.3 综合分析

为了更直观地反映出各因子的重要程度，将3种方法计算所得各因子的权重结果绘制于图5。

图5 各因子权重值对比图

从图5中可以看出，3种方法计算的各因子对地震滑坡的发生影响敏感度差别不大，敏感程度最高的是地质构造因素，其次依次为地形地貌、水文条件、地层岩性以及临空条件，最后为海拔高程。且地质构造因素相对于其他因素的重要性要高很多，由特征向量法计算出的结果尤为显著，是地形地貌因子的1.75倍，几何平均算法和算术平均算法的计算结果均高出地形地貌因子的1.71倍。

3种算法结合计算分析比只采用单一方法计算所得结果更具有说服力，更能展示各因子对炉霍地震滑坡发育的重要程度的客观性。

3 结语

鲜水河断裂带炉霍段1973年2月7.9级地震后诱发滑坡的触发因子有很多，选取了其中最重要的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文条件、临空条件以及海拔高程6个因素，并采用层次分析法来将定性的因子定量分析，可以得出以下结论：

1)3种层次分析法计算权重的方法所得结果差别不大，采用3种方法共同得出的结果可以克服单一方法之间细微差别的影响；

2)6个因子对炉霍地震滑坡触发最为敏感的是地质构造因素，其次依次是地形地貌、水文条件、地层岩性、临空条件以及海拔高程；

3)地质构造因素的重要程度比其他因素高得多，是排位于第二的地形地貌因素的1.7倍。

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The Influencing Factors Analysis of Earthquake Landslides of Luhuo Based on Analytic Hierarchy Process

ZOU Xue-qing，et al.

(StateKeyLaboratoryofGeologicalHazardPrevention&GeologicalEnvironmentProtection，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China)

In 1973，7.9 earthquake occurred in Luhuo county China caused 179 landslides.Based on the 179 earthquake landslides by using statistical method，this article makes an analysis of the six main factors：that triggered landslides Luhuo county earthquake：lithology，tectonics，hydrological conditions，spatial superiority，the type of landform and the altitude.The article also takes three algorithms of (geometric mean method arithmetic mean method，eigenvector method) by using analytic hierarchy process to make comprehensive analysis of the importance to Luhuo earthquake landslide by six factors.This study results show that：the most important factor is tectonics，which is 1.7 times higher than the second topography factor.Then followed by the hydrological conditions，lithology，spatial superiority，and the last one is the altitude.

earthquake landslides of Luhuo；triggers；analytic hierarchy process

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.01.013

2016-09-08

交通运输部建设科技项目(2013318800020)

邹雪晴(1991—)，女(汉)，四川泸州，硕士 主要研究地质灾害评价与预测工作。

P642.22

A

1009-8984(2017)01-0052-05