九寨沟地震前后次生地质灾害分布特征分析

刘果，张友谊，张珊珊，叶小兵，袁亚东

(西南科技大学土木工程与建筑学院，绵阳 621010)

2017年8月8日四川省阿坝州九寨沟县境内发生Ms7.0级地震，震中位于九寨沟核心景区西部5 km处比芒村(33.20°N，103.82°E)，震源深度20 km(据中国地震台网数据)。发震区位于巴颜喀拉块体的东北部顶角区，属于龙门山断裂带、塔藏断裂带、岷江断裂带和虎牙断裂带的交汇区，本次地震发震断裂带为虎牙断裂，地震破裂面沿北西走向，倾向西南，倾角较陡(70°～80°)，最大滑动距离85 cm，主破裂长约30 km。地质灾害空间分布和密度受地震断裂带和地震动强度的控制，断裂效应和距离效应明显[1-2]。

九寨沟地震诱发大量地质灾害，严重威胁人民生命财产安全和公共基础设施。本文应用Arcgis软件平台对地震前后地质灾害分布特征进行统计分析，得到地质灾害点分布规律，为地震灾区次生地质灾害预防和灾后重建工程选址提供科学依据。

1 自然环境

1.1 气象、水文条件

研究区位于青藏高原东部边缘，属高原寒温带-亚热带季风气候。据九寨沟县气象站25 a(1991～2016)观测资料，研究区多年平均气温7.3℃，多年降水量550～780 mm，集中在5～10月，约占全年降雨量的75%，多以暴雨的形式出现。研究区地处嘉陵江水系西支涪江水系的西源白水江，县域内发育黑河、白河、汤珠河、白水江4大河流，整体呈南北径流。地表径流主要接受地表水、地下水补给，地下水类型以潜水为主[3]。

1.2 地貌条件

九寨沟县地处深切割高山峡谷地带，地势由北西向东南逐渐降低，最高海拔为尕而纳峰4 654 m，最低处为东南边缘的柴门关海拔1 161 m，境内山脉纵横，相对高差悬殊。根据区内海拔高度，划分为高山山地地貌、高山坡地地貌和高山河谷地貌[4](图1)。

图1 灾害点分布与地形关系图

1.3 地质构造及岩性

九寨沟县属于巴彦喀拉地块东部的川西北断块，处于“南北向地震构造带”的中段，断块及附近区域包括西秦岭地槽褶皱带、龙门山推覆断褶带、川西北断块等构造单元。对地质构造环境有较大影响的文县-马沁断裂、岷江断裂及虎牙断裂。区域内岩石类型较多，以灰岩为主，出露的地层有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系和第四系(图2)。

图2 研究区地层岩性分布图

2 地质灾害分布特征分析

据笔者参加的“8.8九寨沟地震灾区恢复重建项目部”资料(截止2017年8月21日)，震前九寨沟县共发育地质灾害472处，222处泥石流、132处崩塌、78处滑坡、40处不稳定斜坡；“8.8”九寨沟地震后，新增地质灾害272处，崩塌156处、滑坡54处、不稳定斜坡51处、泥石流11处。本文对地层岩性、高程、坡度、距河流距离、距断层距离、震中距、地震烈度等7个影响地质灾害分布的关键环境因素进行分析，得到地质灾害分布特征。基础资料包括1∶5万区域工程地质条件图、1∶5万地形图、中国地震局2017年8月12日发布的《四川九寨沟7.0级地震烈度图》以及研究区域DEM(数字高程模型)[5]。

2.1 与地层岩性的关系

对比震前、震后地质灾害点分布与地层岩性的相对关系(表1)，震前地质灾害分布于灰岩地层最多，砂岩次之，多以崩塌、泥石流为主。地震前后第四系土层中灾害点密度最大，灰岩次之。震后新增地质灾害主要集中于灰岩地区，多为浅表层滑坡、崩塌等地震伴生地质灾害。这与多位学者对汶川地震、芦山地震等地震伴生地质灾害发展趋势一致[6]。

表1 灾害分布与岩性的关系

2.2 与高程的关系

以600 m为区间对区域高程进行划分，统计灾害点分布与高程关系(表2)，震前、震后新增灾害点在高程2 000～2 600 m区间内分布最多，高程<2 000 m灾害点密度最大，>2 000时随着高程的增加灾害点数量呈递减的趋势。研究区内海拔2 000 m以下多为县城及村镇等地势宽缓地区，地质灾害点数量较少，2 000～2 600 m主要为九寨沟景区内各村寨聚集点、主要河流及景点分布高程。随着高程的增加地貌呈现出由高山河谷地貌向高山山地地貌的过渡状态，研究区内山高坡陡，河床狭窄，山体临空面较大，利于地质灾害发育[7]。

表2 地质灾害分布与高程的关系

图3 灾害分布与坡度关系

2.3 与坡度的关系

震前472处和震后新增272处灾害点中，在不同斜坡坡度范围内分布规律相似。15°～45°范围内震前和震后新增灾害点数量分别占总数的82.2%和84.2%，其中25°～35°内分布灾害点数量最多(图3)；震前灾害点密度随斜坡坡度的增加而增大，在>15°后增长速率明显增大；震后新增灾害点密度在0°～35°坡度范围内呈递增趋势，>45°范围内新增灾害点密度有所下降。因为随着地形坡度的增加，受灾对象减少，且地表地层由第四系覆盖层向基岩过渡，这与前述次生地质灾害在第四系土层中分布密度最大的观点相吻合。震前灾害种类以崩塌、泥石流为主，多发育在坡度25°～45°[8]。

2.4 与河流距离的关系

以300 m为标准划分灾害点与河流的距离，统计分析地震前后灾害点与距河流距离的关系，如图4所示。地震前后灾害点集中分布在距河流300 m范围内，分别占灾害点总数的79.45%和81.25%，灾害点数量与密度均随着与河流间距离增加而呈递减的趋势，灾害点沿河流呈明显的线状分布。因为河流对两岸及两侧斜坡有较强下切侵蚀作用，导致山体临空面增加，稳定性下降。

图4 灾害分布与距河流距离的关系

2.5 与主要断层距离的关系

沿主要断裂带按5 km间距，对研究区域进行划分，其分布特征如表3所示。震前、震后新增灾害点距活动断裂带越远，其密度越小，3 km以内地质灾害最为发育，灾害点密度也相对较大，距断层10 km以外范围灾害点数量明显降低。宏观分析，震前、震后新增灾害点沿断层呈带状分布，<5 km范围内最为敏感，研究区域地质灾害点受断层控制明显。

表3 灾害分布与断层距离的关系

3 地震与新增灾害点分布关系

研究区西、北、南三面均有明显的断裂带，构造复杂，存在不同构造体系的新老构造形迹，属新构造运动强烈区，地震活动频发。根据中国地震台网速报目录，此次震中(九寨沟核心景区西部5 km处)周边200 km内近5 a来发生3级以上地震共142次[9]。

3.1 与地震烈度的关系

根据中国地震局发布的《四川九寨沟7.0级地震烈度图》，将研究区域划分为Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ，4个烈度区，新增地质灾害点在各地震烈度区分布如表4。新增灾害点主要集中分布Ⅷ度及以上区域区，共计新增183处，占总数的67.28%，该区域面积仅914 km2，占研究区面积的17.28%。随着地震烈度的降低，新增灾害点密度也逐步减少。Ⅸ度区地震烈度最高，但该区域面积小，受灾体少，故地质灾害数量较少[10]。

表4 灾害分布与烈度的关系

3.2 与震中距的关系

采用10 km间距为标准，统计震后新增灾害点与震中距的关系，如表5所示。本次地震震中位于九寨沟核心景区内部深山林区，距震中<10 km范围内受灾体少，新增的灾害点数量相对较少。在震中距10～20 km范围内新增灾害点最多，共计117处，占总数的43%，大部分位于九寨沟景区内部。新增灾害点密度随震中距的增大而减小，地震对新增灾害点分布起主控作用。

表5 灾害分布与震中距的关系

4 结论

本文主要得出以下主要结论：

(1) 地震对震后新增地质灾害的分布起主要控制作用，距震中30 km范围内震后新增灾害点220处，占新增总数的80.88%，新增灾害点密度随震中距的增大而减小。此外，灾害点主要集中分布在地震烈度Ⅷ度及以上区域，灾害点占总数的67.28%，区域面积仅占总数的17.28%，灾害点密度随地震烈度的减小而减小。

(2) 地震前后，灾害点的分布与河流距离有着密切关系，集中分布在距离河流300 m范围以内，其分布规律随着距河流距离的增大而减小，呈明显线状分布。

(3) 震后新增地质灾害分布在高程2 000～2 600 m最多，2 600～3 200 m次之。高程 2 000～3 200 m为高山河谷向高山山地过渡地貌，大部分河流、湖泊也位于此高程，有利于地质灾害形成。

(4) 震后新增灾害点多分布在坡度25°～35°范围内，以浅表层滑坡、崩塌为主。

(5) 九寨沟景区内各村寨聚集点、景点等符合地质灾害多发区特征，并且地震伴生的浅表层地质灾害为泥石流发育提供较好的物源条件。因此，在未来3～5 a内雨季应切实做好泥石流预防工作[11]。