2018年日本北海道Mw 6.6级地震滑坡分布分析

鲍鹏鹏，崔玉龙，许 冲，傅 贵，胡俊宏，陈孝柱

(1.安徽理工大学 土木建筑学院，安徽 淮南 232001；2.中国地震局地壳应力研究所，北京 100085；3.中国地震局地质研究所 活动构造与火山重点实验室，北京 100029)

地震及其触发的次生灾害(滑坡、泥石流、堰塞湖和海啸等)会给人类的生命财产造成巨大的灾难[1-6]。在众多自然灾害中，地震灾害造成的死亡人数占全球各类自然灾害造成死亡人数的54%，堪称群灾之首。20世纪全球有高达180多万人被地震夺去了生命，经济损失达数千亿美元[7]。一些研究表明，进入21世纪以来，全球进入地震活跃期[8-9]。据美国地质调查局(USGS)监测数据[10]显示，2000年以来全球发生M 6.0级以上地震1 657次，M 8.0级以上地震24次。其中，2001年印度古杰拉特(Gujarat)M 7.7级地震造成3.5万人死亡；2003年伊朗巴姆(Bam)M 6.6级地震造成3.1万人死亡；2004年印尼苏门答腊-安达曼(Sumatra-Andaman)M 9.1级地震及其引发的印度洋海啸造成约28.3万人死亡与失踪；2005年巴基斯坦M 7.6级地震造成9.5万人死亡和失踪；2008年中国汶川M 7.9级地震造成8.7万人死亡与失踪，其中2万人死于滑坡灾害，占总死亡人数的1/4[11]。这些震例表明，不仅地震本身会造成巨大的生命财产损失，地震产生的次生灾害，如海啸和滑坡会极大地加重灾害程度。

开展某次地震滑坡空间分布规律分析，对本次地震的防灾减灾具有重要意义。不仅如此，已发生的地震滑坡空间分布规律对高地震风险区的地震滑坡易发性评价具有重要借鉴意义，可为重大工程选址和城市规划等提供参考。目前较多研究者开展了地震滑坡分布研究，例如1994年美国Northridge M 6.7级地震[12]；2005年巴基斯坦Kashmir M 7.6级地震[13]；2008年中国汶川M 7.9级地震[2，11，14-15]；2013年中国芦山M 7.0级地震[16-18]；2015年尼泊尔M 8.1级地震[19-21]。

2018年9月6日，日本北海道发生Mw 6.6级地震，造成41人死亡，其中有36人死于滑坡灾害，680人受伤，经济损失4 000亿日元。该次地震触发大量滑坡，本文基于福卫5卫星影像，在Google Earth平台上进行人工目视滑坡解译，然后基于DEM和地质图，利用ArcGIS软件进行滑坡分布规律分析，建立本次地震滑坡数据库，研究其滑坡分布规律，同时为其他类似地震滑坡研究提供参考。

1 区域概况和地质背景

地震震中位于日本北海道岛苫小牧市以东厚真町，为日本本土紧邻太平洋区域，地理坐标为42.686°N、141.929°E，见图1。北海道属于温带海洋性气候，全年温和湿润，平均气温1月为4～10 ℃、8月为18～20 ℃，年降水量800～1 200 mm。研究区地层主要为晚第三纪中新统非海洋沉积物(N2sn)，岩性为棕红、灰白色黏土层夹薄层砂砾岩。根据USGS信息[10]：该区域太平洋板块向西北偏西移动，相对于北美板块以约87 mm/a的速度向东西移动；地震的震源机制解表明，震中位于西北方向的中度倾斜逆断层上或东南方向的浅-中度倾斜逆断层上，震中深度约100 km；20世纪，震中250 km范围内共发生70次M 6.0级以上地震，该次地震发生前14 h内，发生7次4.3级以上的前震，其中两次大于M 5.0级。

图1 研究区位置及滑坡分布图

2 方法和数据

2.1 方法

采用滑坡目视解译的方法，通过震前震后遥感影像的对比，可以清晰准确地圈出滑坡，目视解译保证了滑坡解译的客观性。在ArcGIS平台上，以DEM、地质图和地震烈度图为基础，提取各滑坡对应的坡度、坡向、高程、地层和地震烈度，通过统计可得到滑坡分布与各因子的关系。在ArcGIS平台上对滑坡与震中距离建立缓冲区，统计分析每个缓冲区内的滑坡数量与面积。

2.2 数据

地震后福卫5卫星影像，分辨率为2 m，见图2；下载的ASTER GDEM 30 m精度的DEM[22]；下载的15万地质图[23]；下载的地震烈度图[10]。

图2 研究区福卫5卫星影像图

3 结果与分析

3.1 密度分析

图3 滑坡点密度图(搜索半径为350 km)

根据滑坡数据库，通过ArcGIS制作出滑坡的点密度图，见图3。鉴于此次滑坡分布范围和滑坡数量比较大，以350 km为搜索半径通过密度分析制作滑坡点密度图。

由图3可以看出，整个研究区内有3个滑坡高密度区，其密度均大于100个/km2。

3.2 滑坡数量与面积统计

将单体滑坡面积分为7个级别：<2 000 m2、2 000～4 000 m2、4 000～6 000 m2、6 000～8 000 m2、8 000～10 000 m2、10 000～12 000 m2和>12 000 m2。统计分析每个级别内的滑坡数量与滑坡面积，制作滑坡数量与滑坡面积的分级饼图，见图4。其中单体滑坡面积<2 000 m2滑坡数量最多，为1 679个，占滑坡总数量的40%。单体滑坡面积2 000～4 000 m2内的滑坡总面积最大，为3.64 km2，占滑坡总面积的24%。

图4 滑坡数量和滑坡面积饼图

3.3 滑坡与影响因子关系

3.3.1 地形因子

研究区的高程范围为30～369 m，由于地势较低，将高程以50 m为间距进行分组，分别为30～80 m、80～130 m、130～180 m、180～230 m、230～280 m、280～330 m和330～380 m，共七组。统计制作滑坡面积、滑坡数量分别与高程的关系，见图5。

由图5可知：130～180 m内滑坡数量最多，有1 722个，占总滑坡总数的40.2%；高程小于130 m时，滑坡数量随高程的增大而增多，在高程大于180 m时，滑坡数量随高程的增大而减小；滑坡面积最大的高程范围是130～180 m，为6.11 km2，占滑坡总面积的38.2%；高程80～130 m的滑坡面积也比较多，为5.37 km2，占滑坡总面积的33.6%；其他高程范围内的滑坡面积相对较小。总体上讲，高程在80～180 m的滑坡数量最多，面积最大。

图5 滑坡与高程关系图

研究区的坡度基本为0°～36°，以5°为间隔进行分组，坡度>35°为一组，制作滑坡面积和滑坡数量分别与坡度的关系直方图，见图6。

图6 滑坡与坡度关系图

由图6可知：坡度在10°～15°和15°～20°时，滑坡数量较多；10°～15°的滑坡数量为1 418个，占滑坡总数的33.1%；15°～20°的滑坡数量为1 137个，占滑坡总数的26.6%；10°～15°的滑坡面积为4.72 km2，占滑坡总面积的29.5%；15°～20°的滑坡面积为4.42 km2，占滑坡总面积的27.7%。总体上讲，坡度在10°～20°时，滑坡数量最多，滑坡面积最大。

将坡向以30°为间隔进行分带，制作出滑坡面积和滑坡数量分别与坡向的关系图，见图7。

图7 滑坡与坡向关系图

由图7可知：坡向在90°～120°和120°～150°时，滑坡数量较多，分别为473个和531个，占滑坡总数的11.3%和12.7%；滑坡面积较大，分别为2 007 549 m2和2 046 743 m2，分别占滑坡总面积的12.56%和12.82%。

3.3.2 地震因子

地震烈度是指地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。解译7度和7.5度两个烈度区的滑坡，对每个烈度区的滑坡数量和滑坡面积进行统计，见图8。

图8 滑坡与烈度关系图

由图8可知：7度区的滑坡数量为1320个，占滑坡总数的31.4%，滑坡面积为4.2 km2，占滑坡总面积的27.8%；7.5度区的滑坡数量为2 875个，占滑坡总数的68.5%，滑坡面积为10.9 km2，占滑坡总面积的72.2%。说明7.5度区的滑坡数量和滑坡面积大于7度区，且单体滑坡的规模7.5度区略大于7度区。

滑坡距离震中最远的距离为22 km，以2 km间隔建立缓冲区，分析每个缓冲区内的滑坡数量与滑坡面积，制作滑坡数量和滑坡面积分别与震中距的关系，见图9。

图9 滑坡与震中距关系

由图9可知：震中距为0～2 km和20～22 km时，发生的滑坡数量较少，分别为17个和61个，分别占滑坡总数的0.4%和1.5%，滑坡面积分别为66 923 m2和94 873 m2，占滑坡总面积的0.4%和0.6%；震中距为10～12 km时，发生的滑坡数量较多，为741个，占滑坡总数的17.6%，滑坡面积最大，为3 107 251 m2，占滑坡总面积的19.4%。

3.3.3 地质因子

地层及岩性是滑坡发生的物质基础，根据地质图对每个地层内的滑坡数量和滑坡面积进行统计，制作直方图，如图10所示。

图10 滑坡与地层关系图

由图10可知：滑坡主要发育于新近纪上新世地层(N2sn)中，滑坡数量为3 785个，占滑坡总数的90%，滑坡面积为13.69 km2，占滑坡总面积的86%。因此，本次地震滑坡主要发生在N2sn地层中，岩性为黏土岩夹砂砾岩。

其中，N2sn为新近纪上新世地层；Hsr为第四纪全新世地层；N1sr为新近纪中新世地层；N3sn为新近纪地层；Q2sr、Q2th、Q3t1为第四纪更新世地层。

4 结论

以北海道地震为例，以福卫5卫星影像为基础，采用人工目视解译获取一地震滑坡数据库，包含4 196个滑坡，滑坡总面积达15.98 km2。单体滑坡面积在2 000 m2以下的滑坡数量最多，占滑坡总数量的40%，2 000～4 000 m2范围内的滑坡面积最大，达3.64 km2，占滑坡总面积的24%。滑坡的发育与地形因子、地震因子和地质因子有着密切的关系，在130～180 m高程区间内、10°～20°坡度区间内、坡向90°～120°和120°～150°区间内、7.5度烈度区内、10～12 km震中距内，滑坡数量最多，面积最大。滑坡主要发生在N2sn地层中，岩性为黏土岩夹砂砾岩。本文建立了北海道地震滑坡数据库，初步分析了滑坡分布规律，后续将继续进行地震滑坡易发性评价方面的研究。