汶川、芦山、尼泊尔地震触发崩塌滑坡分布规律

郭沉稳， 姚令侃，2，3， 段书苏， 黄艺丹，2，3

（1．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031；2．抗震工程技术四川省重点实验室道路与铁道工程抗震技术研究所，四川成都610031；3．高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川成都610031）

汶川、芦山、尼泊尔地震触发崩塌滑坡分布规律

郭沉稳1， 姚令侃1，2，3， 段书苏1， 黄艺丹1，2，3

（1．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031；2．抗震工程技术四川省重点实验室道路与铁道工程抗震技术研究所，四川成都610031；3．高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川成都610031）

为探究地震触发崩塌滑坡的分布规律，基于汶川地震22 302个、芦山地震1 608个以及尼泊尔地震919个触发的崩塌滑坡数据，利用GIS技术对其分布与断层距、岩性、坡位和坡形之间的关系进行了统计分析．结果表明：3次地震触发的崩塌滑坡均具有硬岩区比软岩区、复杂坡形（凸、凹形坡）比简单平面坡更严重的规律和“上下盘效应”；在一般情况下，地震触发的崩塌滑坡分布具有“断裂带效应”，但在烈度异常情况下不存在“断裂带效应”；仅当烈度不小于Ⅸ度时，崩塌滑坡才凸显出在高坡位更严重的特点．

汶川地震；芦山地震；尼泊尔地震；崩塌滑坡；分布规律

2008年5月12日发生在中国汶川的大地震，直接触发的崩塌滑坡总数达4～5万处，这些崩塌滑坡是人们感受最深的次生灾害之一，其分布规律也成为研究的热点课题．利用汶川地震实震资料，在地震触发崩塌滑坡分布受断层、地形地貌以及岩性因素影响等方面，获得了很多新的认识［1］．然而，仅凭一次地震获得的结论是否具有普适性，一直是人们关注的问题．

汶川地震之后，2013年4月20日发生的芦山Ms7．0级地震，2015年4月25日发生在尼泊尔Gorkha的Mw7．8级地震，也触发了大量崩塌滑坡，成为本世纪以来地震触发崩塌滑坡数量最多的3次地震．这3次地震震中位于青藏高原边缘地带，且均属于由逆冲断层引发的强烈地震［2-3］，可以认为这3次地震的自然条件具有一定的相似性．本文利用这3次地震的实震资料，对比分析了地震触发崩塌滑坡的分布规律，对汶川地震获得的认识进行检验与细化，以期得到更具普适性意义的规律．

1 地震触发崩塌滑坡的解译

利用震后遥感卫星影像提取崩塌滑坡分布，辅以野外实地调查，通过GIS软件圈定出灾害的位置和大小．由于汶川地震、芦山地震发生在中国境内，故2次地震的烈度区划均采用中国地震局公布的数据（从中国地震局网站http：／／www．cea．gov．cn提供的图片矢量化得到）．而对于尼泊尔地震的烈度区划，则采用美国地质调查局（USGS）公布的数据［4］．

汶川地震震中位于四川汶川映秀镇（31°0．6′N，103°25．2′E），震源深度14 km．震后遥感资料包括两部分：（1）ALOS卫星影像（拍摄时间：2008年6月4日，分辨率：10 m），覆盖范围约9 750 km2

（30°58．78′N～32°2．30′N，103°33．97′E～104°36．17′E），包括北川、汶川、茂县、都江堰等地的部分区域（图1）．共圈定出崩塌滑坡20 254个，其中Ⅸ度烈度区3 775个，占18．6%；Ⅹ度烈度区9 615个，占47．5%；Ⅺ度烈度区6 864个，占33．9%．（2）汶川地震震后映秀至卧龙段Quickbird卫星影像（拍摄时间：2008年5月30日，分辨率：0．61 m），共解译崩塌滑坡2 048个，其中Ⅸ度烈度区526个，占25．7%；Ⅹ度烈度区121个，占5．9%；Ⅺ度烈度区1 401个，占68．4%．

图1 汶川地震触发的崩塌滑坡分布Fig．1 The distribution map of landslides induced by the Wenchuan earthquake

芦山地震震中位于四川芦山县（30°18′N，103°E），震源深度13 km．震后遥感影像主要包括：（1）中国国科学院遥感与数字地球研究所提供的3批航片图（拍摄时间：2013年4月20日和21日，其中第1批影像分辨率为0．6 m，第2、3批影像分辨率有0．4和2 m两种）；（2）四川测绘地理信息局在“4·20”芦山地震地理信息发布平台上公布的影像（拍摄时间：2013年4月25日，分辨率：0．5 m）；（3）资源三号卫星影像（拍摄时间：2013年5月13日，分辨率：2．1 m）．对以上遥感影像资料进行几何纠正、融合、拼接、图像增强处理后，获得芦山地震震区遥感数据5 655 km2（29°44．54′N～30°26．91′N，102°27．68′E～103°30．84′E），影像覆盖了大部分Ⅶ、Ⅷ度烈度区和全部Ⅸ度烈度区．参考影像覆盖范围和区域地形特点划定研究区（图2），最终判释出地震触发崩塌滑坡1 608个．其中，Ⅸ度烈度区425个，占26．4%；Ⅷ度烈度区477个，占29．7%；Ⅶ度烈度区706个，占43．9%．

尼泊尔地震震中位于尼泊尔Gorkha地区（28°8．82′N，84°42．48′E），震源深度15 km，ICIMOD（国际山地综合开发中心）公布的地震触发崩塌滑坡近1 000 m处［5］．研究区划分为高山区的尼泊尔Manang、Gorkha、Rasuwa、Sindhupalchok和Dolakha六个政区以及中国西藏南部小部分区域（图3）．研究区域共包含灾害点919个，其中Ⅴ度烈度区103个，占11．2%；Ⅵ度烈度区756个，占82．3%；Ⅶ度烈度区48个，占5．2%；Ⅷ度烈度区12个，占1．3%．

以地震触发的崩塌滑坡密度作为度量区域灾害严重性的指标．崩塌滑坡密度＝崩塌滑坡数／分类面积．

图2 芦山地震触发的崩塌滑坡分布Fig．2 The distribution map of landslides induced by the Lushan earthquake

图3 尼泊尔地震触发的崩塌滑坡分布Fig．3 The distribution map of landslides induced by the Nepal earthquake

2 崩塌滑坡分布与断层距的关系

汶川地震触发的崩塌滑坡具有距离断裂带越远，崩塌滑坡越少的“断裂带效应”以及上盘的崩塌滑坡多于下盘的“上下盘效应”［6］．但能否用断层距来判断崩塌滑坡的严重程度需要验证，在统计汶川地震、芦山地震和尼泊尔地震触发的崩塌滑坡分布规律的基础上进行讨论．

以ALOS卫星影像上无云层遮盖、通视良好的区域作为汶川地震研究区（图1）．芦山震后获取的遥感影像分辨率高、云层覆盖率低（小于10%），故选择影像覆盖的全部区域作为研究区（图2）．尼泊尔地震研究范围见图3．

利用ArcGIS的缓冲分析功能，设定缓冲距离5 km，统计出每个缓冲区间的面积以及区间内崩塌滑坡数，然后计算崩塌滑坡分布密度（图4）．

统计结果表明：（1）当断层距增大时，汶川地震触发的崩塌滑坡密度在上盘和下盘均减小，具有“断裂带效应”；（2）断层距相同时，上盘崩塌滑坡密度大于下盘，“上下盘效应”非常明显．

图4 崩塌滑坡分布与断层距的关系Fig．4 Relationship between landslide distribution and distance from coseismic fault

尼泊尔地震触发的崩塌滑坡分布呈现明显的“断裂带效应”，在断层距0～5 km的范围内，下盘比上盘严重．但整体而言，上盘崩塌滑坡531个，下盘403个，具有“上下盘效应”．

芦山地震触发上盘崩塌滑坡936个，下盘672个，存在“上下盘效应”；下盘密度随断层距增大而减小，但上盘却先减小后增大，无“断裂带效应”．上盘密度增大的原因是，处于断层距15～20 km范围内的宝兴县城周边区域灾害分布异常密集．宝兴县城周边区域位于芦山地震Ⅶ度烈度区，但在该地区获得了1．026g（g为重力加速度）地震加速度，虽有学者认为，出现这种现象是由于受台站所处位置局部地形的影响［7］，但从山地灾害严重程度看，该区域确实存在高烈度异常现象．

汶川地震和尼泊尔地震中，未记录到异常加速度，具有距断裂带越远，地震动强度越弱的特点；而芦山地震中存在加速度异常，说明断层距越大，地震动强度并非越弱，故上盘未出现“断层距越大，崩塌滑坡越轻”的现象．因此，用断层距判断崩塌滑坡的严重程度不合理．但“地震动越强，崩塌滑坡越严重”的规律在3次地震中是相同的，具有一定普适性．

另外，3次地震均为逆冲型地震，均存在“上下盘效应”；而对于正断层及走滑断层型地震，上盘震动强度大于下盘，同样存在“上下盘效应”［8］．

3 崩塌滑坡分布与岩性的关系

岩土体是坡体的主要物质基础，坡体的稳定性与其结构特征关系密切．岩石坡体结构包括岩石结构面、工程地质岩组和临空面三方面［9］．从宏观上看，汶川地震、芦山地震发震断层所处的龙门山，尼泊尔地震发震断层所处的喜马拉雅山，都是新生代以后由于印度板块与欧亚板块碰撞，在青藏高原周边形成的褶皱山系．地表岩层主要受水平方向的构造作用力造成岩层弯曲，新构造活动形成的原生构造地貌基本未被破坏，坡体多位于背斜构造部位，节理等构造面发育，地震作用下更易发生崩塌滑坡．地震作用下多临空面更易发生崩塌滑坡已经成为共识性观点．下面主要针对岩性分析地震触发的崩塌滑坡分布规律．

黄润秋等利用汶川地震重灾区1∶20万地质图研究发现，崩塌滑坡在花岗岩、碳酸盐岩、砂砾岩等硬岩比在砂板岩、千枚岩、泥页岩等软岩中更发育（表1［10］）．针对在汶川地震中发现的灾害多发生于硬岩的特点，利用芦山地震和尼泊尔地震触发的崩塌滑坡数据进行验证．

表1 汶川地震触发的崩塌滑坡分布与岩性关系Tab．1 Relationship between the distribution of landslides induced by the Wenchuan earthquake and lithology

根据1∶25万地质图，将芦山震区岩性划分为岩浆岩、泥质砂岩、粉砂岩、碳酸盐岩（灰岩、白云岩）、砾岩、石英砂岩、页岩、泥岩、泥质砂岩以及第四系地层等（图5）．

图5 芦山震区岩性图Fig．5 The lithology map of Lushan seismic area

参考尼泊尔中央区1∶25万地质图和青藏高原及其周边区域1∶150万地质图，将尼泊尔震区岩性划分为片麻岩、花岗岩、片岩、碎屑岩、碳酸盐岩、砾岩等（图6）．

表2和表3为利用ArcGIS空间分析功能统计出的不同岩组中的灾害数和密度．

表2 芦山地震触发的崩塌滑坡分布与岩性关系Tab．2 Relationship between the distribution of landslides induced by the Lushan earthquake and lithology

《建筑地基基础设计规范》［11］根据软硬程度将岩石划分为5类：（1）坚硬岩：花岗岩、闪长岩、玄武岩、辉长岩、片麻岩；（2）较硬岩：灰岩、白云岩、厚层块状砾岩和砂岩；（3）较软岩：粉砂岩、泥灰岩等；（4）软岩：泥岩、页岩、千枚岩等；（5）极软岩：第四系及半成岩地层．

图6 尼泊尔震区岩性图Fig．6 The lithology map of Nepal seismic area

表3 尼泊尔地震触发的崩塌滑坡分布与岩性关系Tab．3 Relationship between the distribution of landslides induced by the Nepal earthquake and lithology

根据上述分类，统计出芦山地震触发的崩塌滑坡在坚硬岩（岩浆岩、石英砂岩）、较硬岩（碳酸盐岩、砾岩）中的密度分别为1．2和0．6个／km2，明显大于在软岩（泥页岩、泥质砂岩）和较软岩（粉砂岩、泥灰岩等）中的密度（0．41和0．26个／km2）．类似地，尼泊尔地震触发的崩塌滑坡在较软岩（片岩、板岩）中的密度为0．04个／km2，而在较硬岩（碎屑岩、灰岩、片麻岩和花岗岩）中的密度为0．06个／km2，可见，硬岩区灾害比软岩区严重．

现行抗震规范［12］规定，线路应选择在工程地质条件良好、地形开阔平坦或缓坡地段．一般情况下，硬岩比软岩的工程性质好，因此，通常会认为地震作用下软岩区的灾害应该比硬岩区严重．然而，通过3次地震触发的崩塌滑坡岩性条件的分析，均发现硬岩区中的崩塌滑坡更严重．这种新的认识可为规范修编提供参考．

4 崩塌滑坡分布与地形的关系

4．1 与坡位的关系

崔鹏等通过统计汶川地震强震区崩塌滑坡位置与山脊线的距离，发现位于坡面距山脊归一化距离小于0．4处的崩塌滑坡占全部崩塌滑坡的65%［13］，即山脊附近或山坡坡肩处更容易发生崩塌滑坡．崩塌滑坡多发生于高坡位的这种现象在汶川地震中得到普遍认可，但芦山地震和尼泊尔地震触发的崩塌滑坡是否同样具有高坡位更严重的现象有待验证．

坡位表示坡体的位置，可以更合理、准确地研究灾害高位严重的现象．根据文献［14］的坡位划分方法，首先在ArcGIS中设置环形掩膜工具，用DEM计算环心处高程值与环形覆盖区平均高程值之差，即地形位指数（topography position index，TPI），若TPI为正且较大时，说明环心处于突出位置，即坡位较高；若TPI接近于0，则环心处于坡体中部或平地（可提取坡度大于5°的区域，将平地剔除）；若TPI小于0，则说明环心处于凹陷位置，即坡位较低．最后，用自然断点法将研究区域分成山谷位、下坡位、中坡位、上坡位和山脊位5类．

分烈度区统计汶川地震触发的映卧路沿线区域以及芦山地震和尼泊尔地震触发的崩塌滑坡分布与坡位之间的关系，结果见图7．

图7 崩塌滑坡分布与坡位的关系Fig．7 The distribution of landslides vs．slope position

汶川地震Ⅺ度烈度区的崩塌滑坡密度随坡位升高增大，崩塌滑坡随坡位升高更严重的现象十分明显．Ⅹ度和Ⅸ度烈度区崩塌滑坡密度从山谷位至下坡位随坡位升高而减小，但其后有增大趋势，山脊位崩塌滑坡密度达到最大，也具有高坡位崩塌滑坡更严重的现象．以上规律证实了汶川地震触发的崩塌滑坡确实存在高坡位更严重的现象．

芦山地震Ⅸ度烈度区山脊位的崩塌滑坡密度明显高于其他坡位，这与汶川地震中高坡位崩塌滑坡更严重的现象一致．Ⅷ度与Ⅶ度烈度区各坡位崩塌滑坡密度相差不大，高坡位崩塌滑坡严重的现象不显著．

尼泊尔地震Ⅶ度烈度区处于丘陵地带，地势较缓，山地灾害少，高坡位崩塌滑坡虽然存在但不严重的现象与芦山地震Ⅶ度、Ⅷ度烈度区类似；Ⅵ度烈度区的崩塌滑坡密度随坡位增大呈递减趋势，已无高坡位崩塌滑坡更严重的现象；而在Ⅴ度烈度区，未发现高坡位崩塌滑坡．

综上所述，地震作用下，并非所有区域都存在高坡位更易发生崩塌滑坡的现象，仅当地震烈度达到IX度及以上时，崩塌滑坡多发生于高坡位的现象才显著．

4．2 与坡形的关系

坡形对崩塌滑坡有一定控制作用，乔建平等统计三峡库区崩塌滑坡与坡形之间的关系发现，凸形坡最容易发生崩塌滑坡，平面坡其次，而凹形坡最稳定［15］．地震动对坡体的复杂作用不同于常规条件下只有重力作用，因此，地震作用下崩塌滑坡在不同坡形中的分布规律可能与只有重力作用时不同．

研究范围为汶川地震和芦山地震的Ⅸ度烈度区．首先，利用DEM提取研究区的剖面曲率；然后，根据曲率将区域内边坡划分成3类：凹形坡（曲率小于－0．1）、平面坡（曲率在－0．1～0．1之间）和凸形坡（曲率大于0．1），提取每种坡形中崩塌滑坡数量以及该种坡形的覆盖面积；最后，计算3种坡形的崩塌滑坡密度（表4）．

芦山地震Ⅸ度烈度区以凹形坡中崩塌滑坡密度最大，其次为凸形坡，最后为平面坡．汶川地震Ⅸ度烈度区中，凹形坡和凸形坡的崩塌滑坡密度相差很小，且都明显大于平面坡．统计结果表明，崩塌滑坡更容易发生在坡形结构复杂的凹形坡和凸形坡中，而在结构相对简单的平面坡中灾害较轻．

为了更好地研究地震作用下坡形对边坡稳定性的影响，用振动台模拟不同坡形下加速度的放大效应．试验选用通麦场地50年超越概率2%的加速度时程，基岩加速度峰值为0．471g，近似模拟Ⅸ度烈度区地震动强度．沿坡面由低到高铺设了A1、A2、A3、A4和A5五个加速度传感器，记录地震作用下的加速度响应．振动台模型试验结果（图8）表明，当坡位较低时，平面坡、凹形坡和凸形坡的加速度相差不大，但当坡位较高时，凸形坡和凹形坡的加速度明显高于平面坡．因此，就加速度动力响应而言，平面坡最为有利，这与实震资料的统计结果吻合．分析认为，产生这种现象的原因是，复杂几何面构成的临空面对入射地震波的衍射或散射，造成上覆土体的地震波场相当复杂，比单纯自由场放大复杂得多．

表4 崩塌滑坡密度与坡形的关系Tab．4 Landslide density vs．slope shape个／km2

图8 3种坡形的加速度Fig．8 Acceleration values of three slope shapes

与普通重力作用下坡形对边坡稳定性的影响不同，实震资料和振动台模型试验均表明，地震作用下复杂坡形（凸形坡和凹形坡）比平面坡更易失稳．这一规律可作为评估地震作用下边坡危险性的判据之一．

5 结 论

通过对比分析汶川地震、芦山地震和尼泊尔地震触发的崩塌滑坡的空间分布规律与断层距、岩性、坡位和坡形的关系，获得以下结论：

（1）对于均为逆冲型的3次地震，存在上盘崩塌滑坡比下盘严重的“上下盘效应”．

（2）汶川地震和尼泊尔地震触发的崩塌滑坡分布规律呈现明显的“断裂带效应”，但由于芦山地震中位于上盘的宝兴县城周边存在烈度异常区，故上盘崩塌滑坡密度未呈现随断层距增大而减小的特点．因此，以断层距作为判断区域崩塌滑坡严重性的指标，仅适用于不存在烈度异常的情况．合理的判断标准应是地震动强度．

（3）3次地震触发的崩塌滑坡灾害均显示出硬岩区比软岩区中严重的规律，这与《铁路工程抗震设计规范》对工程地质条件好的地区灾害不易发生的认识不同，可为规范修编提供一定参考．

（4）汶川地震高烈度区（Ⅸ度及以上烈度区）中高坡位崩塌滑坡更严重的规律在芦山地震Ⅸ度烈度区得到证实．但对于芦山地震和尼泊尔地震中小于Ⅸ度烈度的地区，高坡位崩塌滑坡更严重的现象已不明显，甚至不存在．因此，高坡位崩塌滑坡占优现象主要存在于Ⅸ度烈度及以上烈度区的结论更为准确．

（5）与普通重力作用下坡形对边坡稳定性的影响不同，复杂坡形（凸、凹形坡）处的崩塌滑坡比简单平面坡严重．

以上结论可为地震触发崩塌滑坡灾势预测、防治工程规划设计等提供科学依据．

致谢：中国科学院遥感与数字地球研究所提供了3批芦山地震震后航拍影像，国际山地综合开发中心（ICIMOD）提供了大量尼泊尔震后的灾害信息与数据，在此一并表示感谢．

［1］ 黄润秋，唐川，李勇，等．汶川地震地质灾害研究［M］．北京：科学出版，2009：203-249．

［2］ 陈运泰，杨智娴，张勇，等．从汶川地震到芦山地震［J］．中国科学：地球科学，2013，43（6）：1064-1072．CHEN Yuntai，YANG Zhixian，ZHANG Yong，et al．From 2008 Wenchuan earthquake to 2013 Lushan earthquake［J］．Science China：Earth Sciences，2013，43（6）：1064-1072．

［3］ 滕艳．专家解读尼泊尔地震［N］．中国国土资源报，2015-04-29（6）．

［4］ USGS．M7．8-34 km ESE of Lam jung，Nepal［DB／OL］．（2015-06-28）［2015-06-30］．http：／／earthquake．usgs．gov／earthquakes／eventpage／us20002926＃impactshakemap．

［5］ ICIMOD．International efforts to identify post-quake hazards［DB／OL］．（2015-05-09）［2015-06-12］．http：／／www．icimod．org／？q＝18072．

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［10］ 黄润秋，李为乐．“5·12”汶川大地震触发地质灾害的发育分布规律研究［J］．岩石力学与工程学报，2008，27（12）：2585-2592．HUANG Runqiu，LI Weile．Research on development and distribution rules of geohazards induced by Wenchuan earthquake on 12th May，2008［J］．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27（12）：2585-2592．

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［12］ 中铁第一勘察设计院集团有限公司．GB 50111—2006铁路工程抗震设计规范［S］．北京：中国计划出版社，2009．

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（中、英文编辑：付国彬）

Distribution Regularities of Landslides Induced by
Wenchuan Earthquake，Lushan Earthquake and Nepal Earthquake

GUO Chenwen1， YAO Lingkan1，2，3， DUAN Shusu1， HUANG Yidan1，2，3
（1．School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China；2．Road and Railway Engineering Research Institute，Sichuan Key Laboratory of Seismic Engineering and Technology，Chengdu 610031，China；3．MOE Key Laboratory of High-Speed Railway Engineering，Chengdu 610031，China）

In order to study the distribution laws of landslides induced by earthquakes，the distribution regularities of landslides were investigated statistically based on the data of 22 302 landslides induced by the Wenchuan earthquake，1 608 landslides induced by the Lushan earthquake，and 919 landslides induced by the Nepal earthquake using GIS techniques，and the relationships of the landslides with distance from coseismic fault，lithology，slope position and slope shape were discussed．The research results show that the landslides induced by the three earthquakes were more serious in hard rock zones than in soft rock zones and in complex slope shape zones than in simple slope shape zones．Moreover，the distributions of these landslides shown a“hanging wall and footwall effect”．The distributions of the landslides shown a“fault effect”in ordinary circumstances，otherwise，the“fault effect”did not exist in intensity anomaly．The landslides had a characteristic，i．e．，they were more serious in high slope position only when seismic intensity was not less than intensity Ⅸ．

Wenchuan earthquake；Lushan earthquake；Nepal earthquake；landslide；distribution law

P642．2

A

0258-2724（2016）01-0071-07

10．3969／j．issn．0258-2724．2016．01．011

2015-07-14

国家自然科学基金资助项目（41172321）；中国铁路总公司科技研究开发计划课题（2014G004-A-6，2015G002-N-2）

郭沉稳（1989—），男，博士研究生，研究方向为铁路公路工程灾害防治及安全技术，E-mail：hbgcw1989＠163．com

姚令侃（1953—），男，教授，博士，研究方向为铁路公路工程灾害防治及安全技术，E-mail：yaolk＠swjtu．edu．cn

郭沉稳，姚令侃，段书苏，等．汶川、芦山、尼泊尔地震触发崩塌滑坡分布规律［J］．西南交通大学学报，2016，51（1）：71-77．