“4·20”芦山地震地质灾害遥感快速解译与空间分析

常 鸣，唐 川，李为乐，张丹丹，贾 涛，马国超，周志远

（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）

四川省雅安市芦山县于北京时间2013年4月20日8时2分发生7.0级地震（简称“4·20”芦山地震），震中位于北纬30.3°、东经103.0°，震源深度13km。截至25日12时，“4·20”芦山地震已造成196人遇难、21人失踪、11 470人受伤，其中重伤995人，全省大约200余万人受到此次地震影响。为快速查明芦山地震地质灾害分布及其损失，帮助抗震救灾工作有序开展，地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室第一时间收集到了由四川省测绘地理信息局和四川省地质调查院提供的芦山县城、太平镇、宝盛乡、龙门乡、清仁乡、上里镇、思延乡等重灾乡镇的震后高精度航空影像，并对地震触发的地质灾害进行了应急解译和分析。

为了进一步分析这些地震重灾城镇崩塌滑坡的基本特征，本文重点利用ARCGIS空间分析方法，研究了地震诱发崩塌滑坡的空间分布与相关影响因子的关系，重点分析了影响地质灾害分布的地形坡度、海拔高度、地层岩性、到发震断层的距离、到水系的距离共5个因子。这些因子能够反映地质灾害分布的基本特征[1，2]，通过对地震重灾城镇崩塌滑坡分布特征的分析，尤其是与影响因子的关系研究，为今后震区恢复重建和减灾防灾提供科学依据[3，4]。

1 研究区概况

图1 研究区位置及芦山地震烈度图Fig.1 Location of the study area and seismic intensity of the Lushan earthquake

研究区地处四川盆地西缘与青藏高原的交接地带，龙门山前缘构造带的南端，总体上北面地势高于南面，由西北向东南倾斜的山地组成，河谷深切，地形起伏大，最高点海拔高度3 300m，最低点海拔高度367m，最大相对高差为2 933m。区内以山地为主要地貌类型，中高山面积占总面积的94%，低山、河谷及盆地占6%。研究区内出露的地层岩性主要为泥岩、砂岩、砾岩，灰岩、白云质灰岩、斜长角闪岩等也有分布。由于龙门山北东向构造带作用强烈，致使区内构造表现为北东向，复杂的地质构造导致岩体破碎，为泥石流崩塌滑坡的形成提供了非常有利的条件。本次地震的最大烈度为Ⅸ度，等震线长轴呈北东向分布，≥Ⅵ度区总面积约为18 682km2。Ⅸ度区包含研究区内的太平镇、宝盛乡、芦阳镇（图1）。

研究区内气候类型属于亚热带湿润季风气候，四季分明，雨量充沛，降雨相对集中，多年平均气温15.2℃，月平均气温最高为24.2℃，最低为5.0℃。前期观察发现降雨对地质灾害的发生和复活有着直接的影响，特别是滑坡、泥石流的发生与暴雨强度有密切联系[5，6]。研究区降雨在7～8月份最为集中（图2）。

图2 研究区多年降雨分布图Fig.2 Mean monthly precipitation in study area

2 崩塌滑坡分布特征

根据震后四川省测绘地理信息局和四川省地质调查院提供的芦山震中区分辨率为0.5m的航片，并结合野外现场勘查，对地震诱发的崩塌滑坡进行解译和分析，解译结果见图3和图4。共解译出崩塌滑坡703处，灾害总面积约1.2km2。研究区各乡镇航片范围内的地质灾害分布特征见表1。作者利用在同一分级条件下，崩滑体的面积占研究区面积的比例，即崩滑体密度来分析研究区崩塌滑坡的分布特征和规律。

2.1 次生地质灾害与高程的关系

利用ARCGIS空间分析功能将解译的崩塌滑坡图层与DEM进行叠加分析（图5）。研究区范围内崩塌滑坡分布于海拔高度0.5～2km的范围内，崩塌滑坡面积主要集中在海拔高度为1～1.5km的范围（表2）。此结果验证了在地震重灾区崩塌滑坡分布的规律[7]，在海拔高度较高的1～1.5km区域，崩塌滑坡分布比较明显。这一范围内崩滑体密度最高，原因是受地震自然条件影响，促使岩体自身应力集中释放，海拔高度较高的崩塌滑坡能够将固有的重力势能转化为动能，直接促使崩滑体的发生。但是如果高度一直增加，崩塌滑坡的相对数量将会减少。由于研究区的地势相对平缓，所以在0.5～1km内的崩滑体也大量分布。

表1 研究区芦山地震诱发崩塌滑坡体分布特征Table1 Distribution of landslides induced by the Lushan earthquake in study area

图3 芦山县宝盛乡地质灾害解译图Fig.3 Interpretation of geohazards induced by the earthquake in Baosheng village

图4 芦山县龙门乡地质灾害解译图Fig.4 Interpretation of geohazards induced by the earthquake in Longmen village

图5 崩滑体在不同海拔高度上的分布Fig.5 Distribution of landslides at different elevations above sea－level

2.2 次生地质灾害与地形坡度的关系

通常状况下斜坡的坡度从几何特征上决定了滑坡是否发生，它反映的是地表面位于该地点的倾斜程度[8]。作者统计了崩滑体在不同坡度上的分级（表3），根据分布范围绘制了坡度分级图（图6）。发现研究区在重灾乡镇场镇的崩滑体主要分布在坡度为30°～50°的范围，尤其是40°～50°斜坡上崩滑体密度最高。

表2 崩塌滑坡分布与海拔高度的关系Table2 Relationship between the distribution of landslides and the elevations above sea－level

表3 崩塌滑坡分布与坡度的关系Table3 Relationship between the distribution of landslides and slope gradients

2.3 次生地质灾害与到发震断层距离的关系

研究区位于康滇南北构造带、龙门山推覆构造带及四川盆地相结合部位的北东侧。区内地质构造的主体为褶皱构造；断裂构造也较为发育，且比较复杂。此次地震主要发生在龙门山地震断裂带南段，属于上冲型，即断层上盘相对下盘向上运动。对发震断层进行缓冲区分析后得到研究区崩滑体如表4。

表4 崩塌滑坡分布与到断裂带距离的关系Table4 Relationship between the distribution of landslides and the distance from the seismogenic fault

图6 研究区崩滑体在不同坡度上的分布Fig.6 Distribution of landslides atdifferent slope gradients

对研究区发震主断层进行缓冲区分析（图7），发现崩塌滑坡主要位于距离发震断层0～6 km的范围内，而且在距离发震断层0～3km范围内崩滑体密度最大；在15～19km有支断层的存在，同样崩滑体密度较高：与汶川地震后李为乐统计绵远河流域崩塌滑坡特征是吻合的[9]，基本符合唐春安利用数值方法得到崩塌滑坡更加容易发生在背向震源情况[10]。随着与断层的距离加大，崩滑体密度逐步减小，相对比例下降。

2.4 次生地质灾害与地层岩性的关系

通过对研究区重点城镇地层岩性的分析，发现有5个地质年代的地层在研究区出露（表5）。其中导致崩塌滑坡分布广泛的地层是白垩系、三叠系，占崩滑体总面积的77.64%，而且在这2个时代的地层岩性中崩滑体的密度比最高。一般在河谷及沟道地带是由第四纪黏土和卵石组成。本文主要崩塌滑坡的数量，在第四系上分布很少。这与唐川通过对绵远河流域研究得到第四系主要分布河流阶地和堆积扇的结论相一致[12]。白垩系岩性主要为泥岩、砂岩，发育其中的崩滑体面积约占总面积的56.29%。三叠纪岩性主要为白云岩、泥岩，发育其中的崩滑体面积约为0.25km2，约占总面积的21.35%。崩滑体密度最大，说明在这个地层中最容易产生垮塌。古近系岩性主要为泥岩，崩滑体面积约占总面积的19.75%。泥岩是研究区主要分布的岩性，它是由黏土矿物组成的岩石，组成结构非常有利于小型崩滑体的产生（图8）。

表5 崩塌滑坡分布与地层岩性的关系Table5 Relationship between the distribution of landslides and lithology

2.5 次生地质灾害与河流分布的关系

通常说来，水系的河谷地带比较宽广，一般都有大量民房和工厂存在，分析崩滑体与距离河流的关系可为震后居民的安置提供合理的建议，也为将来灾后重建提供安全地址。对研究区重灾城镇的崩滑体进行统计，发现崩滑体大量集中分布在距离水系400m以内的地方（表6）。此范围占崩滑体总面积的57.47%，说明崩滑体数量较多，造成的威胁比较严重；但由于此范围的面积很大，因此崩滑体的密度相对不高。而在1.2～1.4km范围内崩滑体数量较少，但是密度很大，说明这一区域极易产生崩塌滑坡，需要重点排查（图9）。在靠近水系的地方崩滑体数量偏多，灾后重建的过程中必须考虑到适当的安全距离，如果要建立安置房，必须加强对监测预警。

图8 崩滑体在不同地层岩性上的分布Fig.8 Distribution of landslides over different lithologies

表6 崩塌滑坡分布与到水系距离的关系Table6 Relationship between the distribution of landslides and the distances from the river

图9 崩滑体在距水系不同距离上的分布Fig.9 Distribution of landslides at different distances from the river

3 结论

本文根据四川省测绘地理信息局和四川省地质调查院提供的芦山县城、太平镇、宝盛乡、龙门乡、清仁乡、上里镇、思延乡等重灾乡镇的震后高精度航空影像进行了应急解译和分析，通过对数据的解译和分析得出以下结论：

a.“4·20”芦山地震过后，研究区崩塌滑坡大量产生，主要以小型浅层崩滑体为主。崩滑体主要集中在海拔高度为1.0～1.5km的范围；在坡度为40°～50°内崩滑体密度比最高。

b.研究区崩塌滑坡在距离发震断层0～3km的范围内密度最高，并且越靠近发震断层其面积密度越高。崩滑体在距离水系400m以内数量较多；1.2～1.4km范围内崩滑体面积密度最大，说明该区域极易产生崩滑体，需要重点排查。

c.研究区内有5个地质年代的地层出露，其中导致崩滑坡体分布广泛的地层是白垩系、三叠系，岩性主要为泥岩。在这些地层岩性中崩滑体分布密度比例最高，在地震作用下，极易产生崩滑体。

本文共探讨了“4·20”芦山地震的崩塌滑坡特征，探讨它们在5个因子上的特征，初步分析了崩塌滑坡与这些因子的关系，但是具体的关联和内在深层次的转化规律还需要更加深入的研究。

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