芦山地震崩滑灾害空间分布及相关问题探讨

周 庆 江亚风 吴 果 陈国光

(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)

0 引言

2013年4月20日芦山地震发生在龙门山断裂带的南段，震源机制解及破裂过程反演表明该地震为逆冲型地震，发震断层走向210°～220°，震源深度15～16km(陈运泰等，2013;王卫民等，2013;谢祖军等，2013)。震后应急科考中并未发现地震地表破裂带，推测发震断层为盲逆断层(徐锡伟等，2013);芦山地震是否为汶川地震的余震仍存在争论，但汶川地震对芦山地震应有触发效应。由于均为逆冲型地震，且发震断层为龙门山断裂带的不同段落或分支，二者之间有诸多可对比处或共性，如地震诱发的次生地质灾害的分布，其中呈现的逆断层的上盘效应、断层错动的方向性效应等，在芦山地震中均有所反映。由芦山地震的余震分布、据建筑物破坏和人员伤亡等勾画的等烈度线，本次工作得到的地震诱发崩塌和滑坡的分布特征，以及崩滑方向等的统计结果所反映的逆断层效应，可提示我们从不同角度推测发震断层的大概位置和宏观震中等。

1 芦山地震崩滑地质灾害的分布特征

2013年4月20日芦山MS7.0地震是继2008年5月12日汶川MS8.0地震以来，在龙门山断裂带上发生的又一次灾害性地震事件。在地震中，以崩塌、滑坡为代表的地质灾害规模及其所造成的人员伤亡远远小于2008年的汶川地震。芦山地震崩滑体最宽的只有160～170m，滑动距离最长约1400m，与汶川地震一系列巨形崩滑体比较，可谓是“小巫见大巫”。如在汶川地震中的安县高川大光包滑坡，滑坡堆积体长2800m，宽1700～2200m，滑动距离长4500m，最大厚度达580m，为中国已发生单体滑坡之最(殷跃平，2009)。

芦山地震中诱发的崩塌、滑坡多表现为在局部地段掩埋省道、县道等交通线，造成交通堵塞(图1)。如210省道芦山—灵关段，直到2013年5月初仍因泥石流、山体滑坡堵塞交通，并有人员伤亡的报道。

图1 芦山地震诱发崩塌、滑坡Fig.1 Photos of rock falls and slides in Lushan earthquake.

此次芦山地震诱发的滑坡绝大部分规模不大，且多数为山体表面风化土层剥落，俗称“山剥皮”，因此实地调查及影像人工解译均较容易;但芦山所在的雅安地区雨水充沛，植被繁茂，当滑坡过小时，则会被植被覆盖，不易识别。

图2 芦山地震崩滑地质灾害、余震及活动构造分布图Fig.2 Map of rock falls and slides，aftershocks and active faults related with Lushan earthquake.

在本次工作中，用于地震滑坡、崩塌人工目视解译的影像来源于中国科学院遥感与数字地球研究所，为地震当日通过无人机航拍的，影像分辨率为0.6m。由影像人工解译，结合实地调查，发现滑坡、崩塌约2230处。一部分地区无影像数据，加之云层遮蔽、交通不便，无法解译或实地调查，估计有10%～20%的受灾区域灾害点未能标出。崩塌、滑坡出现的地区包括芦山县太平镇、宝盛乡、龙门乡、双石镇，宝兴县大溪乡和灵关镇等(图2)。出现地震诱发滑坡、崩塌的地区约1300km2，面积远小于2008年汶川地震26000km2发生大规模滑坡、崩塌的受灾面积。

崩滑灾害分布区整体为向NE倾斜的似矩形区，总体分布不均，呈现北强南弱、东强西弱的特征。崩滑灾害点密集区北部包括宝兴县城、太平镇、宝盛乡附近及其以东一带等，南部灾害点主要分布在芦山县城东侧山地、天全县北部的山区等;在地质灾害分布区的东部，明显存在崩滑灾害点呈NE向线状排列，上述线状带在卫星影像图、地形图上对应地形梯度带，即高坡度地带。

2 地震崩塌、滑坡的方向性统计

2.1 崩滑体滑动方向个数统计

在影像人工解译及实地调查过程中，发现山谷两侧崩塌、滑坡的优势滑动方向为E向或SE向。图3a为以10°为间隔各崩滑方向崩滑个数统计结果(崩滑方向以N为0°，顺时针计量)。表1为相应统计数据。此次地震在各个坡向均造成滑坡，但大部分崩滑体的滑动方向在110°～180°之间，即E向、SE向、S向，优势方向的平均值为145°，个数最多的滑动方向是135°～144°(SE向)，崩滑个数最多约200个。

图3 以10°为间隔各崩滑方向崩滑统计玫瑰图Fig.3 Polar bar charts for different slide directions by interval 10°.

2.2 崩滑体滑动方向面积统计

图3b为以10°为间隔各崩滑方向崩滑累积面积的统计结果。在110°～170°之间各间隔方向崩滑累积总面积＞159000m2，优势方向的平均值为140°，崩滑总面积最大的方向仍为135°～144°，崩滑累积总面积最大约348000m2。

2.3 崩滑方向为SE向的原因

上述崩滑体滑动方向依个数及累积面积统计表明，此次地震优势崩滑方向为SE向(135°～144°)，该方向大致垂直于由震源机制解获得的断层面走向，与NE－SW为主的区域构造走向也接近垂直。由此可以判断整个灾区崩滑体优势滑动方向与发震断层错动方向一致。

为了分析优势崩滑方向为SE向的主要原因，在崩滑多发的灾区利用空间分辨率30m的DEM数据，数据来源于中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站(http:∥www.gscloud.cn)，统计灾区坡向分布如图4。由图4可知，坡向在90°～135°之间的坡体明显多于其他坡向，即E向、SE向坡体数量较多，这与该地区地貌反映的山谷走向多为NE向是协调一致的。但与图3两个玫瑰图展示的主滑动方向为SE向显著不同的是，该地区其他坡向的坡体仍有很多，如NE，NW，SW向。由此判断，除坡向之外，地震动的方向性效应在此次地震崩塌、滑坡中起到重要的控制作用。在NW－SE向逆冲断层作用下，坡向为SE向的坡体更容易发生滑坡。

用一个复杂滑坡体作为例子可说明此次芦山地震在逆断层作用下地震动的方向性效应。图5为航拍得到的本次地震最大崩滑体影像图，地点位于天全县北部山区倒座头村西北(102.7608°E，30.1792°N)。该地山脊走向近SN，西侧沟谷NNW向、东侧沟谷近SN向。相邻2个坡体分别发生滑坡，西侧滑坡初始向SSE崩滑，沿西侧沟谷滑行750m后转向SE，再滑行320m与另一滑坡堆积物汇合后继续向SE滑行300m;东侧滑坡初始SEE向，滑行300m之后与东侧沟谷壁碰撞，转向SN向，顺东侧沟谷向南滑行750m，再转向SE，与前一滑坡合二为一。滑坡起始点海拔约1600m，滑坡尾端海拔约1140m，最大高差约460m，最长滑行距离约1370m。

该处滑坡体在微观上反映了地震动加速度的大致方向(SE向)。该滑坡点规模较大的原因可能是地震动加速度在地形陡峭处存在放大效应，加之高差大，滑坡体具有较大动能，滑行较远。需要说明的是该地距离震中约26km，滑坡点位于整个灾区的西南部，该地灾害点远少于灾区的东北部。

由此可以认为发震断层错动方向是崩塌、滑坡的优势滑动方向为SE向的重要原因，当然灾区特有的地形条件也有利于滑坡在该方向发生。

以往研究表明，在逆冲断层型地震中，当极震区斜坡坡向与上盘的逆冲方向一致时，斜坡往往容易发生崩滑。汶川地震引发的85处大(巨)型滑坡的滑动方向与发震断层的走向垂直或大角度斜交(黄润秋等，2009);海地地震和玉树地震滑坡与坡向的统计关系也表明了类似的结果，发震断层两盘相对运动方向决定了发生崩塌、滑坡的优势坡向(许冲等，2012a，b)。

表1 芦山地震崩塌、滑坡在不同滑动方向数量及面积统计Table1 Statistics on number and area for rock fall and slide in Lushan earthquake

图4 以10°为间隔灾区坡向统计玫瑰图Fig.4 Polar bar charts for slope direction by interval 10°in study area.

图5 天全县倒座头村西北最大滑坡影像图Fig.5 Aerial photograph of the largest landslide in study area.

1999年台湾集集地震、2008年汶川地震及芦山地震均显示，逆断层上盘的逆冲方向为地震诱发崩塌、滑坡的易发坡向。

虽然从震源机制解可以判断发震断层的倾向、主压应力方向，然而地表滑坡滑动的优势方向从另一侧面反映了断层的错动方向。由于信息来源不同，二者可以互为补充，互为印证。

3 宏观震中位置的确定

在中国西部很多地方，历史强震宏观震中位置有时是由极震区滑坡、崩塌等地震诱发的地质灾害点确定的。如1654年礼县8级地震，极震区“山崩水壅，水聚为海”;1933年叠溪7½级地震，“山崩地陷，地貌改观，极震区无一幸免者，计死于地震者约6800余人”;1976年松潘、平武间7.2级地震，极震区“山体剥落、垮塌普遍。元宝山多处山崩”。

芦山地震灾区虽为山区，但由于紧邻四川盆地，人口并不稀少。由图2可知，仪器记录震中周边2～3km范围之内，崩滑地质灾害极少，显然宏观震中与仪器记录地震震中并不在同一个地点。图6为芦山地震灾区崩滑面积等值线图，图7为相应的崩塌、滑坡密度图。仔细分析上述两图可知，崩滑地质灾害在太平镇与宝盛乡附近最多，其中宝盛乡北从崩滑面积、崩滑个数均同时达到最大值。为精确定位宏观震中而绘制图8，在震中区将崩滑灾害点叠置在崩滑灾害面积等值线之上。

本次地震的崩滑密集中心点应为以地质灾害为判定标志的宏观震中位置(103.03°E，30.32°N)，位于仪器记录震中东北约3.6km，距太平镇东南约4km，紧邻宝盛乡政府所在地。震后的震害调查与评估显示宝盛乡房屋破坏最为严重，定为极震区(李志强等，2013)。

图6 芦山地震灾区崩滑面积等值线图Fig.6 Area contour map of rock falls and slides in Lushan earthquake.

图7 芦山地震灾区崩滑灾害密度图Fig.7 Density map of rock falls and slides in Lushan earthquake.

图8 震中区崩滑地质灾害点分布与崩滑面积等值线图Fig.8 Distribution of rock falls and slides in epicentre area with area contour map.

中国地震局现场工作队由建筑物破坏调查确定的宏观震中为宝盛乡玉溪村(李志强等，2013)，2个宏观震中相距2.8km(图8)。

4 地震滑坡与地层岩性的关系

在研究地震诱发崩滑与地层岩性的关系时，通常采用的方法是统计不同地层岩性单位面积发生滑坡的个数或面积，由此可以得出某个或某几个地层易发生地震滑坡的结论。

在汶川地震和此次芦山地震野外调查及滑坡影像识别过程中，逐渐认识到不能简单判断地震滑坡与地层岩性的关系。在汶川地震中，沿都汶高速(213国道)、303省道映秀—耿达段以及北川极震区，所有山体均发生崩塌、滑坡，初步判断在这些地方，地层岩性对滑坡不起任何控制作用。而对于芦山地震，从局部地区统计结果分析，二叠纪灰岩与白云岩、元古代花岗岩是地震滑坡的易发岩性(许冲，2013)，直接分析灾区地层与崩滑点分布图(图9)，也容易得出上述结论。

如将地形同时考虑进来，可以发现另一更深层次的规律，滑坡多发生在地形陡变处，而地形变化剧烈处往往是不同地层岩性分界线。灰岩、白云岩、砾岩及花岗岩均为耐风化的坚硬岩石，在山区通常表现为陡崖或大坡度山体。

图9 芦山地震灾区地层与崩滑灾害分布图Fig.9 Rock falls and slides distribution on geological map.

芦山县城以东存在2条大致平行的NE向灾害点线，长14～15km。西线对应古近系与中白垩系灌口组分界线;东线为下白垩统天马山组与中白垩统夹关组分界线。太平镇与高何镇之间也存在1条白垩系与侏罗系分界线，呈NE向，亦为陡崖，地震时发生崩塌、滑坡点呈线状排列，长约17km。

对地震诱发崩滑起控制作用的首先是地震动的大小和持续时间，地震震级越大、持续时间越长，发生崩塌、滑坡的范围、规模就越大，而地形坡度、坡向决定单个山体发生滑坡、崩塌的可能性与滑坡发生时的规模与滑动方向。地层岩性对地形高度、坡度起决定作用，但不是地震滑坡的直接决定因素。

5 芦山地震崩滑地质灾害分布与等震线

汶川地震之后，由反演得到的地表永久位移场的分布特征与沿断层的地震灾害分布特征非常接近，地表永久位移值较大的2个地区正好对应于地震后发布的烈度分布图显示的2个极震区，表明了汶川地震的大面积、大幅度、贯穿到地表的、以逆冲为主的断层错动是致使近断层地带发生严重地震灾害在震源方面的主要原因，显示了极震区与贯穿到地面的逆冲断层错动的密切联系(陈运泰等，2008)。

汶川地震崩滑地质灾害点绝大部分位于≥Ⅸ度区，Ⅶ～Ⅷ度区地质灾害点明显减少，原因是当时用于解译的是卫星影像，分辨率不够，无数小规模崩滑未放在图上。

按照地震烈度划分，芦山地震有明显破坏的Ⅵ度以上地区为18682km2，其中Ⅸ度极震区约208km2，包括了芦山县境内的龙门、双石、清仁、宝盛和太平5个乡镇(李志强等，2013)。

芦山地震诱发的崩滑地质灾害绝大部分分布于地震等烈度线所围的Ⅶ～Ⅸ度区之内，其中Ⅸ度极震区为崩滑地质灾害多发区，约27%滑坡发生于Ⅸ度区;在Ⅷ度区，崩滑地质灾害偏于西北侧，约52%滑坡发生于该烈度区(图2)。

6 芦山地震余震分布

芦山地震余震群长轴呈NNE方向，主要分布在双石－大川断裂地表出露位置的两侧。余震区南段地震相对较少，中北段地震较多。余震群NNE向长约40km，宽12～26km;余震密集区分布宽度在芦山附近发生变化，芦山北侧余震展布较宽(14～16km);芦山南侧，余震展布宽度仅为9km左右。

余震震源深度剖面显示，发震断层向NW倾斜，浅部倾角较陡，深部略缓，表现为“铲形”逆冲断层的特征。拟合结果表明，发震断层在浅部的倾角约为63°，在主震震源附近约为41°，在断层底部的倾角为17°。震源机制反演结果表明，芦山地震为逆冲型，断层面走向220°，倾角35°，滑动角95°(http:∥www.cea-igp.ac.cn/tpxw/266824.shtml)。考虑到震源机制反演结果是震源破裂面的平均解，35°的倾角与根据余震分布推测的断层面倾角基本吻合(房立华等，2013)。

将2013年4月20日芦山地震之后至2013年6月20日之间1500余个1级以上余震叠置于地质灾害分布图之上，发现二者的分布范围有相当大的一致性，只是在少部分地区，地质灾害明显少一些，极有可能是因为云层覆盖或影像数据不全所致。

芦山地震余震的分布范围反映了地下深处发震断层破裂面在地表的投影，地震诱发次生地质灾害的分布范围则反映了强地震动在地表的影响范围，地震动包括峰值加速度、反应谱与持续时间。二者从2个方面反映了断层错动引起的地表强地震动的大致影响区域。

7 发震断层位置判断

崩滑区长轴方向为NE－SW向，长约45km，如以7级地震震中为中心，NE段长约20km，SW段长25km。余震区总体走向NE－SW，与崩滑区长轴方向一致，长约40km，如以7级地震震中为中心，NE段长约12km，SW段长约28km(图2)。

崩滑地质灾害分布区大致包络了整个余震区，二者总体反映了地震能量的主要释放区域，该区域实际上应为发震断层错动面在地表的能量投射面。

刘成利等(2013)采用远震体波数据反演得到了此次地震的震源破裂过程。反演结果显示:此次地震的破裂分量以逆冲方式为主，地震能量主要释放区域在沿震中两侧28km左右，特别是集中在起震点两侧20km范围内，其他的区域能量释放很小。

2013年4月21日至5月1日期间中国地震局现场应急科学考察表明，芦山地震极震区以及大邑隐伏断裂、双石－大川断裂、盐井－五龙断裂、耿达－陇东断裂等沿线没有出现明显的地震地表破裂带，显示芦山地震的发震断层不是出露地表的双石－大川断裂或其他地表可见的活动断层;重新定位后余震在剖面上呈向NW倾斜的密集带和逆断层震源机制解等基础数据反映出芦山地震为盲逆断层型地震，徐锡伟等(2013)推测盲逆断层上断点隐伏在芦山县城至龙门乡一线至下里镇、上里镇、高河镇、安顺乡一线的背斜隆起山地之下。

沿NW－SE向3个剖面(与A—A'垂直的3条测线剖面(图2中B—B'、C—C'、D—D'))统计数据表明，滑坡个数与滑坡累积面积自NW向SE有逐渐增多、增大的趋势，在距太平镇东南3～4km处、距双石镇东南7～8km处达到最高值(图2，10)。

以往震例表明，地表破裂带通常出现在强震极震区。在汶川地震中，中央断裂的地表破裂带出现在Ⅺ度区，前山断裂的地表破裂带出现在Ⅹ度区，由于上盘效应，地表破裂带偏于等震线的东南侧。由芦山地震NW－SE向3条测线剖面滑坡个数与滑坡面积统计结果及地震等震线初步判断，地震断层推测位置应在极震区东南部、Ⅸ度区外侧，通过地质灾害、余震密集区东侧的边缘地带，总体平行于双石－大川断裂的位置。此时假设当震级加大时，地表出现发震断层地表破裂带，余震群与崩滑灾害区也相应向SE扩展、Ⅸ度区扩大。

图10 NW－SE向3条测线剖面地震崩滑个数与累积面积统计结果Fig.10 Statistics of rock falls and slides along 3 NW －SE lines.

8 结语

在逆断层强震事件中，灾区崩塌、滑坡事件的发生、规模与地形、断层上盘逆冲加速度大小及方向密切相关，与岩性相关性没有以往认为的大，岩性决定了地形，进而影响崩塌、滑坡的发生与崩滑方向等。

此次芦山地震地表未发育破裂带，无法根据地表破裂带统计滑坡与断层的相关性。但从滑坡的优势滑动方向可以粗略判断逆断层的错动方向，可作为从地表地震诱发地质灾害角度了解震源破裂过程的一个重要指标。从地质灾害点密度、规模判断出的地震宏观震中，与震害调查确定的宏观震中有一定距离。2个宏观震中均位于强地震动发生区，地震灾害在山区表现为崩塌、滑坡，在盆地人类聚集区则表现为建筑物的倒塌、破坏。

在芦山地震科考中，虽然未发现此次地震发震断层的地表破裂带，但从余震分布、地震诱发崩滑灾害分布特征、地震等烈度线及其相互关系，以及由汶川地震相关研究与野外调查获得的经验等，可以推测当震级足够大时，发震断层地表破裂带的可能走向及可能出现的大致位置等。

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