彝良地震地质灾害特征及其空间分布分析

冯新科 李志强 李晓丽 汪明朕

(中国地震局地质研究所，北京 100029)

0 引言

2012年9月7日11时19分和12时16分在云南省彝良县与贵州省威宁县交界处相继发生5.7级(27.5°N，104.0°E)和5.6级(27.6°N，104.0°E)地震，两次地震的震源深度分别为14km和10km。虽然这两次地震的震级不高，但灾害却极为严重，造成81人死亡，800余人受伤，近18万户房屋倒损，74.4万人受灾，30余万人紧急转移安置，直接经济损失达35.1亿元人民币，创造了同等级别地震中罕见的灾害。震后震源机制解及破裂过程反演表明这两次地震的发震构造均为NE走向的石门断裂，震源矩心深度均为6km左右，表明地震的能量释放主要发生在地壳浅部，这也是导致震区严重灾害的一个重要原因(吕坚等，2013)。

地震诱发大量的次生地质灾害，包括崩塌、滚石、滑坡、泥石流等。其中，崩塌、滚石不仅造成了大量人员伤亡和房屋损毁，也阻塞了救援道路，严重延缓了救援进度(沈均等，2008;许冲等，2012;黄润秋等，2013)。

根据房屋破坏和地表破坏程度，此次地震的极震区烈度为Ⅷ度，等震线形状呈椭圆形，长轴走向为NE向，Ⅵ度区以上面积约3 697km2(中国地震局，2012;周桂华等，2013)。

1 彝良地震崩滑地质灾害的平面分布特征

在本研究中，用于地震地质灾害人工目视解译的影像为彝良地区震后World View数据，影像分辨率为3m。由影像人工解译，结合实地调查，发现地震地质灾害约213处，面积约为0.67km2。一部分地区无影像数据，或因云层遮蔽、交通不便，无法解译或实地调查。此外，由于彝良地区特殊的地质构造特征，调查区内部分影像上解译的地震地质灾害点，经过实地调查发现为建房而人工破坏的山体、当地采石场及矿场所造成，这对人工目视解译造成干扰，估计有20%的受灾区域灾害点未标出或错标。地震地质灾害出现的区域主要包括彝良县县城、角奎镇、洛泽河镇、茅坪乡、新场乡以及发达乡等(图1)。存在地震诱发地质灾害的地区约936km2，面积远小于2008年汶川地震26 000km2发生大规模滑坡、崩塌的受灾面积。这些区域内地震诱发的地质灾害多集中分布在河谷、道路两侧高坡度地区，山体上的风化堆积物松散或有较大的活动性岩体，这些都为地震之后的崩塌、滑坡、滚石的发生提供了较好的物源条件。

图1 彝良地震诱发地质灾害Fig.1 Photos of geological disasters in Yiliang earthquake.

实地调查表明此次地震诱发的地质灾害在宏观分布上具有如下特征:1)地质灾害类型多样，但崩滑、滚石是最主要的次生地质灾害，也是危害最大的灾害，在已公布的81名遇难者中，被滚石砸中的占80%;2)地震诱发崩塌、滚石分布范围主要集中在距离震中较近的Ⅶ、Ⅷ度带，主要以阻断交通、阻断河流和压埋当地居民等方式造成危害;3)彝良地震震后实地调查发现，崩塌、滑坡、滚石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;如龙街—洛泽河路段，震后大量山体滑坡堵塞交通，巨型滚石击穿房屋和过往车辆，造成人员伤亡;4)在空间分布上，具有沿水系、道路、沟谷、断裂带分布的特点，且在断层两侧分布不对称;5)此次彝良地震诱发的滑坡、崩塌绝大部分规模不大，且多数为山体陡峭处不稳定的岩体或风化物质，且当地的建筑多依山而建，并有较多的采石场和矿场，这对实地调查及影像人工解译识别带来一定的困难;6)地震地质灾害具有灾害链效应，地震不但形成了大量的崩滑、滚石等地质灾害，而且造成了大量的山体松动、危岩体，在降雨等诱发因素下可能进一步变形破坏形成新的地质灾害(图2)。

图2 彝良地震地震烈度、余震与地震地质灾害分布图Fig.2 Distribution map of intensity and earthquake－induced geological hazards in Yiliang earthquake.

2 地震地质灾害分布统计分析

用统计方法客观地研究地震诱发地质灾害分布与环境因子的关系，有利于分析地震地质灾害的分布特点和深入揭示环境因子对地震诱发地质灾害的控制作用，不仅对认识“9·07”彝良地震的发震机理和地震对地质灾害的影响有重要意义，而且对预测未来该区域内震后哪些地区会发生地质灾害有重要的帮助。本文在对“9·07”彝良地震诱发地质灾害全面解译与实地调查的基础上，对地震诱发地质灾害与地层岩性、地震烈度、坡度及与道路、水系之间距离的关系进行了详细的统计分析(陈晓利等，2009;许冲等，2011)。

2.1 地震地质灾害与地层岩性的关系

研究区地质属扬子地台沉积盖层发育的中心地带，出露地层丰富，岩性以二叠系砂岩和灰岩为主(图3)，震区出露的岩石主要为灰岩、玄武岩、砂岩、页岩、泥岩等，尤以灰岩和玄武岩分布最广。震区内地质构造作用强烈，近SN向和NE向的褶皱、断裂均较发育，其中以NE向构造近期最为活跃。由于岩层节理发育，风化强烈，加上降雨较多，为崩塌、滑坡、滚石等地质灾害的形成提供了条件。

图3 研究区地层与地质灾害分布图Fig.3 Distribution map of geological hazards and stratum within the study area.

研究区内地层从志留系到白垩系均有出露，地层种类繁多，错综复杂(图3)。分别统计各地层单元的面积及其占研究区总面积的比例，可以看出研究区内出露面积最广的地层为二叠系，其次为泥盆系、侏罗系、三叠系、志留系、石炭系和白垩系。

在研究地震地质灾害与地层单元的关系时，采用的方法是统计不同地层单元内发生地质灾害的数量占总的地质灾害数量的百分比及各地层单元内发生地质灾害的密度，由此可以得出某个或某几个地层易发生地震地质灾害的结论，统计结果见图4。可以看出不同地层单元中地震诱发的地质灾害数量不同，发生地质灾害数量最多和密度最大的地层为石炭系，约为30%，二叠系、侏罗系均超过15%。对比图4a和图4b，可以看出，在研究区分布面积较小的石炭系发生了较多的地质灾害，而其他地层单元内发生的地质灾害基本与其面积呈正相关关系。但是，直接分析研究区地层与地质灾害点分布图，可以看出石炭系内发生较多地质灾害的区域主要集中在Ⅷ度区，沿罗泽河两岸的山谷地区，而在其他区的石炭系内则几乎没有发生地质灾害，因此不能简单判断地震地质灾害与地层单元的关系，在以往多次历史地震地质灾害分析过程中，也得出过上述结论(姚鑫等，2009;向灵芝等，2010;许冲等，2013)。

图4 研究区地层与地质灾害的关系Fig.4 Relationships between geological hazards and stratum within the study area.

2.2 彝良地震地质灾害分布与等震线的关系

研究区内的烈度覆盖范围为Ⅵ—Ⅷ，分别统计每个烈度区内发生地质灾害的数量和密度，统计结果见图5。

图5 研究区地震烈度与地质灾害的关系Fig.5 Relationships between geological hazards and seismic intensity within the study area.

统计结果表明，此次地震诱发的崩滑、滚石等地质灾害有55.87%分布在Ⅷ度区，在极震区崩滑、滚石等地质灾害规模大、范围广、分布较为密集，绝大部分山体发生崩滑，沿河谷呈NW－SE向带状分布，距离震中距离越远地质灾害分布越稀疏，规模越小，范围越窄。这表明在地震作用下，地形条件对地质灾害的发生不再起到绝对的控制作用，地震影响起主要控制作用。如洛泽河—茅坪乡、发达乡—角奎镇沿山谷两侧山体崩滑、滚石损毁建筑物，造成大量人员伤亡;洛泽河镇—茅坪乡沿线大段路面被掩埋，两侧山谷植被至今未恢复，仍能看到震后地质灾害造成的建筑物损坏及道路河谷被阻断的情况。Ⅶ—Ⅷ度区内地质灾害点占到总数的94.37%;Ⅵ度区内地质灾害点明显减少，仅占灾害总数的5.63%，且各烈度区内地质灾害所占比例和密度都随着地震烈度的减小而急剧减少，这表明地震诱发地质灾害的分布与地震烈度呈正相关关系。

2.3 彝良地震地质灾害分布与坡度

为统计研究区内地震诱发地质灾害与坡度的关系，基于DEM数据利用GIS平台的坡度分析功能，得到整个研究区的坡度图(图6);并且将研究区坡度图按照10°间隔进行分类，将整个研究区按照坡度不同分为8类。统计研究区内各个坡度段面积占研究区总面积的百分比、各个坡度段内的地质灾害个数和密度，如图7所示。

图6 研究区坡度分级图Fig.6 Slope classification map of the study area.

统计结果表明，彝良地震诱发地质灾害数量随着坡度的增高表现出先增加后降低的趋势。理论上，坡度越高，越容易发生地质灾害。从统计结果看，高坡度区域所占研究区面积比例较小，坡度超过50°的区域所占比例不到整个研究区面积的5%;地震之后发生的地质灾害数量也不足10处，地质灾害大多数发生在20°～50°范围。但是从各坡度段发生地质灾害的密度来看，其峰值出现在50°～70°范围，这与此次地震诱发地质灾害以崩塌、滚石为主的特点有密切关系，滚石多来自于山体陡峭处的活动岩体。

图7 研究区坡度与地质灾害的关系Fig.7 Relationships between geological hazards and slope within the study area.

2.4 彝良地震地质灾害分布与水系、道路距离的关系

以500m为间隔统计彝良地震诱发地质灾害与水系、道路距离的关系;在GIS平台下，建立研究区内水系、道路的缓冲区文件，缓冲区距离为500m，总共10级。然后统计各级缓冲区的地质灾害发生的数量和密度(图8)。

图8 研究区距水系、道路的距离与地质灾害的关系Fig.8 Relationships between geological hazards and distance from the river system，road within the study area.

距水系、道路的距离与地质灾害分布的统计结果表明，水系、道路对地质灾害的发生有强烈的控制作用。统计结果表明，地质灾害的数量主要集中在距离道路、水系500m内，这一范围内发生的地质灾害占研究区总地质灾害数量的50%以上，且地质灾害的数量有随着距离水系、道路的距离的增加而减少的趋势。虽然在距离＞1km的区域内仍有较多分布，但是这部分区域的面积大，地质灾害的密度明显较低，总体上依旧能够体现地质灾害的发生受到距道路、水系的距离控制的趋势。

造成这种结果的原因主要是道路、水系的通过切割了斜坡的坡脚，对边坡的自然应力状况产生了扰动，致使坡脚部位应力集中，地震发生时在地震动的触发下，不稳定的斜坡及斜坡上的堆积物就容易发生崩滑。

3 结论

通过对彝良地震诱发地质灾害的现场调查、部分地区遥感解译，掌握了彝良地震地质灾害的发育特征，并将调查和遥感解译的地质灾害的分布在GIS中进行统计分析，讨论了研究区内地质灾害与地震烈度，地层，坡度，距水系、道路的距离的潜在关系，得到以下结论:

(1)彝良地震发生后，在约3 585km2的地震影响范围内，诱发了大约213处地质灾害，这些地质灾害以崩滑、滚石为主，分布在洛泽河沿岸的峡谷地带，人员伤亡多为被滚石直接砸中和被崩滑体压埋，此次地震造成的危害要比其他地区同等级别地震造成的危害大得多，这与研究区内山高坡陡、河谷较多的地貌条件，以及当地居民房屋多依山而建的习惯有密切关系。

(2)在研究区内，石炭系与地震地质灾害有很好的对应关系，是此次地震诱发地质灾害的敏感地层，但地层不是地震地质灾害的直接决定因素。

(3)本次研究区内地质灾害的主要诱因为地震，地质灾害主要密集分布在Ⅷ度极震区，且地震诱发地质灾害的分布与地震烈度呈正相关关系。

(4)研究区基于10°间隔的坡度和地质灾害分布的统计结果表明，地质灾害多发生在20°～50°坡度范围，但是地质灾害密度较高的则是在50°～70°坡度范围。

(5)研究区内的地质灾害主要集中发生在距离道路、水系500m范围内，这一范围内发生的地质灾害占研究区总地质灾害数量的50%以上，且地质灾害的数量随着与水系、道路之间距离的增加而急剧减少。