汶川震区震后地质灾害发育分布及演化特征统计分析

裴向军崔圣华朱 凌梁玉飞

(1.成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059； 2.四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院，成都 610081)

1 研究背景

2008年5月12日四川汶川发生特大地震，地震震级高达Ms8.0级，此次地震具有震级高、历时长、释放能量大(是唐山大地震的3倍)、波及面广等特点。地震诱发了大规模的滑坡、泥石流、崩塌、堰塞湖等地震次生地质灾害。地震后地质灾害应急排查显示，四川省39个地震重灾县共有地质灾害隐患点8 060处[1]。汶川震后地质灾害的长期效应显著。

2009年8月6日，位于四川雅安市汉源境内的省道306线K73+000至K73+300段大渡河左岸的猴子岩处发生山体垮塌，估计崩滑体方量约90×104m3，汉源县是汶川8.0级大地震Ⅵ度烈度区内唯一Ⅷ度异常区，由于地震导致山体松动，因而触发了大量的崩塌、滑坡[2]。2013年7月10日，四川都江堰市中兴镇三溪村受极端暴雨影响发生高位山体滑坡灾害，滑坡碎屑堆积体方量超过150×104m3，研究区位于汶川地震VIII烈度区，距汶川震中映秀镇不到30 km，属于地震重灾区，汶川地震使三溪村附近发生了大量小型浅表层滑坡[3]。2017年6月24日四川茂县新磨村发生特大型高位山体滑坡，滑坡规模巨大，达1 800×104m3。“6·24”茂县滑坡位于汶川地震VII烈度区，与震中距离110 km，与地表破碎带垂直距离70 km，很多学者认为此次的滑坡与此区域发生的多次强震有关[4]。黄洞子沟位于绵阳市安县高川乡，距发震断裂直线距离3.0～4.5 km，汶川地震造成了黄洞子沟两侧大量滑坡灾害，如大光包滑坡、老鹰岩滑坡和红石沟滑坡等。

汶川地震后黄洞子沟暴发多次泥石流，2008年9月24日、2009年7月17日、2010年8月13日、2012年8月17日及2013年7月9日都暴发了泥石流[5]。2013年7月9日爆发的泥石流启动物源大部分为“5·12”地震中的新增物源。干溪沟位于四川省北川县曲山镇附近，处于汶川地震XI度烈度区，“5·12”地震后，干溪沟流域每年洪水季节均有一定规模的泥石流或山洪发生，且具有支沟群发的特征，干溪沟在2008年5月—2013年9月期间发生了规模达到1万m3的泥石流主要有3次，包括2008年9月24日、2010年8月7日及2013年7月9日，现干溪沟泥石流仍处于强烈活动期[6]。

对强震后地质灾害的时间效应，相关学者已经进行了研究[7]。关东地震后日本学者Nakamura等[8]在大量实测数据的基础上对关东震后滑坡的活动趋势和规律进行了研究，把关东地震后滑坡活动分为产生阶段、不稳定阶段、恢复阶段和稳定阶段共4个阶段，4个阶段共持续40～55 a。其中，产生阶段滑坡数量持续增长，持续时间约为5 a；不稳定阶段滑坡强烈活动，持续时间约为15 a；恢复阶段滑坡数量明显下降，持续时间约为24 a；稳定阶段滑坡数量缓慢下降，持续时间约为10 a，之后恢复到震前水平。台湾南投县集集地区1999年震后滑坡活跃期为10～15 a，集集地震后，2000—2004年震区滑坡活动强度保持较高，之后出现逐年降低的趋势，2008年以后滑坡数量减小幅度增大[9]。汶川地震发生9 a以来相关学者对其地质灾害的时间效应研究较少，大部分都是关于地震地质灾害规律及特征的研究[10-11]，黄润秋[12]在汶川地震发生3 a后对其震后的地质灾害演化规律进行预测，认为汶川地震震后地质灾害活动将持续20～25 a，前期地质灾害规模和程度显著增大，之后地质灾害将以4～5 a一个高峰为周期，呈震荡式的衰减下降，并最终恢复到震前的水平。越来越多的学者认为在汶川震后一定时间后滑坡数量会增加，泥石流数量则会减少，滑坡和泥石流呈现一定的演化规律[13-14]。

前人对汶川震后一段时间内地质灾害特征研究较少，很少进行地质灾害演化规律预测，且研究区范围较小，研究周期较短。本文以汶川震后9 a来(2009—2017年，且2017年统计到12月1号)VI度烈度区内发生的滑坡和泥石流为研究对象，统计了滑坡和泥石流的规模、烈度区及时间因素，分析了滑坡和泥石流发育分布特征及演化规律，并预测了2018—2025年滑坡和泥石流的演化趋势，对汶川震后地质灾害的防治有一定科学意义，对其他强震震后地质灾害演化也有一定借鉴作用。

2 数据来源及筛选

汶川地震发生9 a以来，来自不同领域的专家学者及新闻工作者对汶川震后地质灾害给予了极大的关注，并取得了一定的成果，这些成果以文献、著作及新闻稿的形式表现出来。为了充分利用现有的汶川震后滑坡和泥石流数据资料，对汶川震后的滑坡和泥石流演化特征的统计分析主要依据三大中文期刊数据库，即《中国期刊网全文数据库》、《维普中文科技期刊数据库》和《万方数据库资源系统数据化期刊》。这三大数据库是国内影响力及利用率很高的中文电子期刊全文数据库。除了依据三大数据库外，还有一部分来源于百度浏览器检索到的滑坡和泥石流新闻稿数据。数据收集分成2个阶段：第1个阶段为从三大数据库中检索汶川震后震区滑坡和泥石流并提取相关数据，第2个阶段为百度搜索四川、甘肃及陕西的滑坡和泥石流并提取数据，提取了滑坡和泥石流的方量、时间及烈度区数据。

通过搜集400多篇期刊学位论文及200多篇新闻报道，提取了均发生在2009—2017年的152个滑坡、216个泥石流数据。为减小非地震相关因素的影响，剔除规模较小的滑坡和泥石流，滑坡规模下限为1万m3，泥石流规模下限为5 000 m3，余下85个滑坡，116个泥石流。又剔除研究区外(VI烈度区外)的数据，剩余滑坡53个，泥石流94个。把统计的滑坡和泥石流按地理位置在汶川地震等震线图上表示出来，研究区内滑坡和泥石流分布结果如图1所示，底图由中国地震局发布。

图1 汶川震后烈度区内滑坡分布和泥石流分布Fig.1 Distributions of landslides and debris flows inthe seismic region after Wenchuan earthquake

3 震后地质灾害发育分布特征

3.1 滑坡灾害

地震滑坡是地震瞬间爆发的滑坡灾害，本节研究对象是汶川震后9 a以来(即2009—2017年)VI—XI烈度区的滑坡，滑坡总数为53个，从规模、烈度、月份3个因素对汶川震后滑坡的发育分布特征进行分析，如图2所示。

图2 滑坡数量与规模、烈度、月份的相关关系Fig.2 Relations of the number of landslide againstscale, intensity, and time

从规模方面分析发育特征，统计显示(图2(a))。随着方量增加,滑坡数量依次减少，即滑坡数量与规模呈反比，其中小型规模(<10万m3)的滑坡数量最多，为39个，占总滑坡数量的74%，中型([10,100)万m3)、大型([100,1 000)万m3)、特大型滑坡(≥1 000万m3)总和占总量的26%，特大型滑坡的数量最少，为2个，占总滑坡数的4%。这主要是因为汶川地震诱发了数以万计的地震滑坡，大型危岩体或者不稳定山体斜坡因重力放大效应及复杂的结构特征容易先发生垮塌，剩余的大型不稳定山体斜坡较少，所以短时间内大型滑坡发生的概率较小。

从汶川地震烈度区及月份2个方面分析了地质灾害分布特征。滑坡数量与烈度的关系如图2(b)和图2(c)。震后滑坡数量随烈度区级别的增加总体依次减少，即滑坡数量与烈度呈反比，VI烈度区滑坡数量为25个，占总量的47%，IX，X，XI烈度区滑坡总计5个，占总数的9%。分析原因有以下2个方面：

(1)高烈度区的面积较小，单位烈度区滑坡数量则随烈度区的增加总体依次增大[15]。

(2)同震滑坡大都发生在软岩类、土质类、软硬岩组合类及古滑坡岩性中[16]，高烈度区山体斜坡受地震影响强烈，大量易于形成滑坡的斜坡已经垮塌，剩余的大量震裂山体短时间内形成滑坡几率较小。低烈度区受地震影响则相较小，剩余的山体也较易形成滑坡。

滑坡月份统计显示(图2(d))，7月份滑坡数量最多，为17个，占总量的32%，数量总体呈“山峰”型，7—9月份的滑坡数量总计34个，占总量的64%，超过总量的一半，这是因为7—9月份为研究区强降雨季节，降雨对诱发滑坡有很大的影响作用。对研究区内滑坡成因进行统计分析，发现大部分滑坡是由降雨直接诱发的。

3.2 泥石流灾害

泥石流是山区一种常见的突发性地质灾害，它是水与含有大量泥沙、石块等松散固体堆积物组合形成的一种特殊的洪流，是自然因素与外在因素共同作用的结果。本节研究了汶川震后9 a以来(即2009—2017年)[VI,XI]烈度区的泥石流，经统计，泥石流总数为94个。从规模、烈度区、月份3个方面对汶川震后泥石流的发育分布特征进行了研究，见图3。泥石流规模小型、中型、大型、巨型分别对应<2万 m3、[2,20)万m3、[20,50)万m3、≥50万m3。

图3 泥石流数量与规模、烈度、月份相关关系Fig.3 Relations of the number of debris flow againstscale, intensity, and time

从泥石流规模方面分析发育特征，通过对研究区内泥石流的规模统计发现(图3(a))，4种方量范围内的泥石流数量差别较小，即泥石流近乎平均地发生在4种规模范围之内，其中中型方量的泥石流数量最多，为34个，占总数的36%。这是由于汶川地震诱发了很多同震滑坡地质灾害，为泥石流提供了充足的物源，相对较易诱发大型泥石流，使大型、巨型泥石流数量相对增多，相对于小型规模泥石流易发率有所改变，因此泥石流规模特征较均匀。

从烈度区及月份2个方面分析分布特征，烈度区统计结果表明(图3(b))，高烈度区泥石流数量较多，IX,X,XI烈度区的泥石流为73个，占总数的78%，其中X烈度区的泥石流最多,为32个，占总数的34%;泥石流的数量总体呈“山谷”型，VII和VIII烈度区泥石流数量最少，合计为5个，占总数的5%。这是因为高烈度区物源丰富，易诱发泥石流，VI烈度区泥石流数量较VII，VIII烈度区泥石流较多，造成此现象的原因有如下2个方面：

(1)低烈度区面积较大[15]，VI烈度区的面积约为VII烈度区的3.5倍，为VIII烈度区的19倍。

(2)地震对低烈度区斜坡影响相对较小，且VII和VIII烈度区岩层大部分较硬岩石，而VI烈度区大部分为松散岩及软弱岩，结构松散的岩石在地震作用下较易形成滑坡，滑坡给泥石流提供充足物源，所以泥石流较多[17]。

泥石流月份统计显示(图3(c))，泥石流均发生在5—9月份，占100%，其中8月泥石流数量最多，为57个，占总数的61%，7—9月份泥石流总数为87，占总数的93%。这是因为研究区降雨集中在5—9月份，特别是7月份和8月份为暴雨多发期，说明泥石流发生的数量与降雨有很大相关关系。

3.3 差异性分析

根据滑坡及泥石流规模统计结果，随着方量的增大，滑坡数量不断减小，且数据波动较大，泥石流方量分布则较均匀。这是因为汶川震后不稳定山体减少，且大型不稳定斜坡较小型斜坡重力效应显著更易发生滑坡，剩余大型不稳定斜坡较少，所以再发生大型滑坡几率降低，小型滑坡则相对较易发生。

震后松散堆积物增多，泥石流物源充足，发生大规模泥石流几率增加。滑坡和泥石流烈度区统计显示，随烈度区升高滑坡数量减少，泥石流数量则增加。这是由于烈度区越高，对山体影响越强烈，易于形成滑坡的山体大都发生垮塌，遗留的不稳定山体在短时间内不易形成滑坡；且高烈度区面积较小，故滑坡数量与烈度呈反比，而高烈度区泥石流的物源量较多，故泥石流再发生几率变大。

从滑坡和泥石流月份图可以看出，滑坡和泥石流都集中在5—9月份爆发，泥石流在其他月份没有发生，而滑坡在其他月份相对较少发生。这是因为泥石流的发生除需要有足够物源条件外，降雨为必要激发条件，且降雨影响较显著。而对滑坡而言，还需要有不稳定山体的重力时效变形效应，受降雨激发影响相对泥石流要小些。

4 震后地质灾害演化特征分析

从每年发生灾害点数量及研究区年平均降雨量分析，滑坡和泥石流演化特征，统计结果如图4所示。

图4 研究区灾害点数量和平均降雨量年份Fig.4 Number of disaster sites and average annualrainfall in the study area

滑坡年份统计结果表明(图4(a))，2013年和2014年滑坡发生最多，共19个，占总量的36%。汶川震后4 a内(即2009—2012年)滑坡数量明显小于震后5～9 a(即2013—2017年)。这是因为汶川地震释放能量巨大，使大量山体发生震裂，震裂山体演化成滑坡需要多因素相互作用，在无偶然外力作用下(如地震、人工开挖)，降雨引起斜坡的时效变形是滑坡产生的主要原因，经历了4 a降雨作用滑坡发生几率增大。震后4 a内滑坡数量图呈“山峰”型，2010年相对较多，这是因为当年降雨量相对较多(图4(b)，因研究区较大，特选取天水、成都、理县、荥经县4个地区年降雨量的平均值作为研究区的年平均降雨量)。汶川震后5 a内滑坡数量走势为“山谷”，2013年滑坡数量最多，为11个，占总数的21%，这主要因为当年降雨量最多(图4(b))。滑坡的波动规律与年降雨量有很好的对应关系。泥石流年份统计显示(图4(a))，2010年泥石流发生数量最多，为45个，占总数的48%，这是因为2010年多地区突发暴雨，降雨量较多，有充足的降雨激发条件，而且汶川震后发生的大量滑坡及植被破坏引起的强烈的水土流失给泥石流提供了充足的物源。2009—2013年发生的泥石流为84个，占总数的89%，其他年份发生的泥石流较少，2013年后泥石流数量呈减小的趋势，因年降雨量无较大差别，所以主要与物源量减少有关。

从滑坡和泥石流年份图可以看出，滑坡震后4 a内数量较少，远少于2013—2017年，而泥石流震后4 a内数量远多于2013—2017年。总结原因为汶川地震释放大量能量，使不稳定斜坡发生滑塌，诱发了数以万计的滑坡崩塌灾害，产生了很多松散堆积物，为泥石流发生提供了充足的物源，泥石流短期内再发生几率增大，易于形成滑坡的不稳定斜坡相对减少，滑坡短期内再发生的几率减小。

总结滑坡和泥石流演化规律差异性的主要原因是它们的发生条件不同。诱发滑坡的机理十分复杂，但最根本的原因是降雨入渗导致边坡体自重增加、土体颗粒抗剪强度降低，进而引起边坡系统基质吸力场、土体容重场及地下动水压力场的改变，发生时效变形，从而影响边坡的安全稳定性，形成滑坡；泥石流灾害的发生则需要满足以下3个条件：

(1)足够的松散堆积物。

(2)较陡峭的地形条件。

(3)具备充足水动力条件，一定强度降雨为激发泥石流的外动力条件。

日本关东地震后学者Nakamura等[8]在大量实测数据的基础上对关东震后滑坡的活动趋势和规律进行了研究(图5)；Lin等[18]对集集地震前后滑坡演化规律进行了研究(图6)；黄润秋[12]根据汶川震后3 a内极震区地质灾害演化特征及集集地震后灾害演化趋势推测出汶川震后地质灾害演化特征(图7)。图7中黑实线为汶川地震区实际数据曲线;黑虚线为预测地震后的演化趋势曲线。

图5 日本关东地震后至1990年灾区滑坡活动变化Fig.5 Change of landslide activity in the disaster areaafter the Kanto earthquake in Japan until 1990

图6 集集地震发生前后滑坡强度变化Fig.6 Changes of landslide intensity before and afterthe occurrence of the Chi-Chi earthquake

图7 2000年以来汶川地震灾区地质灾害数量随时间的变化Fig.7 Variation of the number of geohazards with timein Wenchuan earthquake area since 2000

由滑坡实际统计曲线可知:

(1)震后前4 a滑坡数量较少，但总体呈增长趋势，到2013年达到峰值，这与关东地震产生阶段年限(约5 a)相似。

(2)震后前9 a滑坡数量为周期性波动，高峰周期为3～5 a，与黄润秋推测汶川地震灾害将以4～5 a一个周期近似吻合，也与集集地震后滑坡强度周期性变化规律吻合。

(3)由关东地震与集集地震震后滑坡特征图发现强震后地质灾害活动时间在10 a以上。由汶川震后9 a内地质灾害演化特征与关东地震产生阶段类似推测之后滑坡演化趋势与关东地震震后滑坡不稳定阶段(即缓慢下降)类似，符合集集地震后滑坡灾害衰减趋势，也符合黄润秋推测汶川震后地质灾害会先经历一个爆发高峰然后再缓慢下降并恢复到震前状态的预测。

(4)结合汶川地震震后9 a内灾害以3～5 a周期性震荡衰减特征、黄润秋推测汶川震后地质灾害以4～5 a为周期波动和集集地震后滑坡地质灾害周期性震荡特性推测之后汶川地震地质灾害也呈3～5 a的周期性变化特征。

(5)根据强震后地质灾害活动时间>10 a预测至2025年汶川震后滑坡仍有一定活动。

基于以上研究成果加上笔者实际所搜集汶川震后9 a来滑坡和泥石流数据，推测作出滑坡和泥石流演化趋势图(图8)。

如图8(a)所示,2018—2025年滑坡总体呈震荡式降低趋势，高峰周期为3～5 a。由泥石流实际统计曲线(图8(b))可知，2010年泥石流数量最多，之后呈周期性减小，周期为3～5 a，到2015年已经趋于水平波动。黄润秋推测汶川震后地质灾害呈震荡式的衰减下降。结合以上两方面推测泥石流数量从2017年后呈水平波动趋势，高峰周期为3～5 a。

图8 2009年以来汶川地震震区滑坡数量和泥石流数量随时间变化Fig.8 Changes in the number of landslides and debrisflow with time in the Wenchuan earthquake areasince 2009

本文的推测方式有一定的局限性，存在以下几点问题：

(1)统计的震后滑坡泥石流是根据文献及新闻稿提取的，未被人发现的滑坡和泥石流就不在统计之列。

(2)震后大规模群发性滑坡和泥石流未在统计之列。

(3)推测变化趋势是依据震后2009—2017年发生的滑坡和泥石流，预测期内可能存在极端降雨或地震现象，使预测结果不够准确。

5 汶川地震前后震源附近的地震影响分析

汶川地震前，其震源附近发生了多次地震，其中典型强震为1933年茂县叠溪Ms7.5级地震及1976年松潘Ms7.2级地震。茂县“6·24”滑坡被埋的新磨村41 a前从擂鼓山搬至此，当时受松潘地震影响擂鼓山为滑坡隐患点，41 a后新磨村还是遭遇了滑坡，说明此类滑坡具有隐蔽性及时效性。此次新磨村滑坡位于叠溪地震极震区，当时诱发了大量滑坡，叠溪地震肯定对此滑坡造成了极大的影响。由图1可知2次历史强震都距汶川震中较近，且在研究区内，统计显示历史强震对滑坡和泥石流地质灾害有一定的影响。

汶川地震后，其震源附近发生了多次地震，如2010年4月14日青海玉树Ms7.1级地震、2013年4月20日四川芦山Ms7.1级地震、2013年7月22日甘肃岷县Ms6.6级地震、2014年8月3日云南鲁甸Ms6.5级地震及2017年8月8日四川九寨沟Ms7.0级地震。为考虑所发生地震对本文统计汶川震后滑坡和泥石流演化特征的影响，选取汶川周边发震震级相对较大地震烈度区内滑坡和泥石流数量进行分析，故选取四川芦山地震及九寨沟地震为例。把所统计的滑坡和泥石流在各自等震线图上表示出来。九寨沟震后和芦山震后烈度区滑坡和泥石流分布如图9所示。

图9 九寨沟震后烈度区和芦山震后烈度区滑坡和泥石流分布Fig.9 Distributions of landslides and debris flows inthe seismic region after Jiuzhaigou earthquake andLushan earthquake

由图9(a)可见，九寨沟地震烈度区内没有滑坡和泥石流，所以九寨沟地震对所统计的汶川地震震后滑坡和泥石流数量几乎没有产生的影响。芦山地震震中位于汶川地震VII度烈度区，距汶川地震震源映秀镇较近，预计对汶川震后滑坡和泥石流的影响程度大于玉树地震。由图9(b)可见，芦山地震烈度区内有2处滑坡、4处泥石流，其中滑坡有2处发生在芦山地震之后，泥石流有1处发生于芦山地震之后(据所统计的数据)。由此得出芦山地震的发生对于所统计的汶川震后滑坡和泥石流结果影响较小，但仍有一定影响。

本文的数据主要来源于三大电子期刊数据库及百度搜索引擎，有据可循，数据来源可靠。电子期刊倾向于记录大型有科研价值且对人民生活造成很大影响的地质灾害，地质灾害点记录相对较少但内容丰富，新闻稿记录的灾害点较广泛内容不够详细，一般对人民生活造成影响的地质灾害都会以新闻稿的形式呈现出来，综合两方面分析，数据来源较全面。按规模、烈度区及月份因素分析的地质灾害有一定的规律性，且与科学现象相符，所以所选因素对分析地质灾害规律来说较合理。

本文还存在一些不足之处，如在对地质灾害分布特征的研究中所选影响因素较少不够丰满、统计的地质灾害不包括群发性的以及未被人发现的地质灾害。之后笔者希望继续研究地层岩性及距发震断裂距离2个因素对滑坡分布规律的影响。

6 结 论

通过对汶川震后滑坡和泥石流发育分布规律、演化特征及差异性的统计分析，初步得出以下认识和结论：

(1)规模大的滑坡数量较小，且各规模滑坡数量差别较显著；随着汶川地震烈度区的增大，滑坡数量逐渐减小；滑坡主要发生在5—9月份。

(2)泥石流规模特征较均匀，其中中型规模的泥石流最多，占总数的34%；烈度区烈度越高，泥石流数量相对越大；泥石流发生在5—9月份。

(3)汶川震后4 a内(2009—2012年)发生的滑坡数量明显小于震后的2013—2017年；泥石流主要集中在前几年，之后大幅减小。

(4)汶川震后滑坡和泥石流演化特征差异的原因主要是它们的产生条件不同。泥石流的形成需要有足够的物源条件，滑坡则需要有完整性较差的山体条件。足够的降雨量是泥石流必要的激发条件，且作用较迅速；而对滑坡来说，除了降雨量外，还受重力时效变形作用，作用机理较复杂，降雨对滑坡的影响相对于泥石流来说较小也较缓慢。

(5)推测滑坡在预测期内会呈震荡式衰减趋势，高峰周期约为3～5 a；泥石流呈水平波动趋势，高峰周期亦约为3～5 a。

(6)汶川地震前的强震对所统计的地质灾害有一定影响；震后的九寨沟地震对汶川震后滑坡和泥石流几乎没有影响，芦山地震对泥石流有一定的影响，程度较小。