汶川、芦山和九寨沟地震滑坡各影响因子贡献对比分析

史丙新，管 勇，亢川川

(1.四川省地震局，四川 成都 610054；2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室, 四川 成都 610059)

地震诱发的地质灾害是一种有着严重危害的次生灾害,形成机制复杂,涉及因素众多。在地震地质灾害研究领域，美国、日本和意大利居于领先地位。我国地震学家、地质学家在上世纪70年代就认识到地震地质灾害研究的重要性和必要性。汶川地震发生后，许多学者围绕汶川地震滑坡做了大量的研究工作。黄润秋等(2009)结合野外调查和遥感解译获取的 1 1000处地质灾害点对汶川地震地质灾害的空间分布规律进行了统计分析，得出了汶川地震地质灾害具有沿地震发震断裂条带状和沿水系线状分布以及断层上盘效应显著等认识。许强(2009)以汶川地震重灾区112处大型滑坡为基础，对汶川地震诱发的大型滑坡的分布规律、动力特征、运动特征、成因模式等4个方面进行了较为系统的研究，得出大型地震滑坡空间规律具体可归结为以下几种效应：距离效应、锁固段效应和上下盘效应。吴树仁等(2008)则重点对汶川地震滑坡的活动强度进行了分析评价。对国内外相关研究文献总结后发现，地震参数与滑坡数量及范围间关系的研究已经获得了大量成果，并有很多共识。很多学者运用公式对其进行曲线变化的表达，印证了无论是滑坡范围，还是最大滑坡面积或规模，都与地震的震级、烈度和震中距等主要参数存在密切关系。但是对多个地震的地震滑坡统计关系研究较少，而且不同的学者研究结果差异较大，主要原因是统计样本所在区域不同，而不同地区的地质条件、滑坡类型及地震震级与地震类型等也不尽相同。本研究主要采用四川省的几个大地震滑坡数据，其中地震滑坡分布区域集中在阿坝和雅安等地，区域地震地质条件和滑坡类型等具有一定的相似性。因此，本文研究结果在本地区应具有较好的适用性。

1 地震滑坡数据库的建立

1.1 汶川地震滑坡数据库

2008年5月12 日14时28分，四川省汶川县发生了MS8.0级大地震，有感范围达数千千米。汶川地震发生在龙门山断裂带上，该断裂带是被鲜水河断裂及东昆仑断裂所夹持的巴颜喀拉地块向东推移形成的新生代逆冲—推覆断裂带。自西向东由后山断裂带、中央断裂带、前山断裂带3条北东—北北东走向的逆冲—推覆构造组成。汶川地震数据库采用许冲等(2013)的研究成果，在 GIS 平台支持下，以航空像片与多源卫星影像为基础，结合一定的野外工作，制定地震滑坡解译标准，逐一圈定出每个滑坡的边界，获得每个滑坡的坐标位置、平面形状与面积。建立汶川地震诱发滑坡数据库。在约 48 678 km2的汶川地震滑坡影响区域内，圈定约 48 007处滑坡，总面积约 711.8 km2。滑坡覆盖面积最大的为安县大光包滑坡，覆盖面积约 7.22 km2，平均面积为 14 826 m2。解译得到滑坡面积最小的为60 m2。

1.2 芦山地震滑坡数据库

2013年4月20日8 时，四川省雅安市芦山县发生了MS7.0 强烈地震( 简称芦山地震) ，震中位置为30.3°N，103.0°E，震源深度13 km。许冲等(2013)依据震后中国科学院遥感与数字地球研究所、四川省测绘局、中国科学院成都光电所提供的可利用的高分辨率航片( 除去重叠区域后的总覆盖面积约 2 885 km2)，结合地震后野外实地考察建立的地震滑坡目视解译标准，开展了芦山地震触发滑坡目视解译工作，结果得到了 15 542 处滑坡。其中多数为小型的岩质崩塌、土质崩塌、岩质滑动等类型。

1.3 九寨沟地震滑坡数据库

2017年8月8日，北京时间21点19分，四川九寨沟发生了MS7.0 地震，震中位于四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县漳扎镇比芒村( 33.2°N，103.82°E) ，震源深度20 km。由于地震区陡峻的地形，强烈的构造活动导致的脆弱的地质条件，使得该地区一直都是滑坡与崩塌高易发地区。由于本次地震导致的强烈地震动与显著的地壳形变，导致了大量同震滑坡发生。许冲等(2018)基于天、空、地数据相结合的方法来开展九寨沟地震滑坡调查，即高分辨率卫星影像、航空相片、野外实地考察方法相结合。基于Geoeye-1震后0.5m分辨率影像开展了极震区同震滑坡解译，得到本次地震触发滑坡超过 4 800处，总面积约9.6 km2，这些滑坡在空间上与推测发震断层位置、余震分布具有良好的对应关系。

2 各影响因子贡献率分析

表1 地震滑坡率影响因素区间划分

贡献率分析法是一种处理信息数据的方法，具有样本分类与系统因素分析的功能，采用该方法可以直观评价地层倾角、高程和倾向对地震滑坡发育作用的影响大小，反映与地震滑坡的内在联系。根据不同高度(h)、倾角(β)、倾向(α)、PAG(g)和烈度(I)，计算5个因子对滑坡数量的贡献率。定义下式：

Qi=ni/Ni

(1)

其中，Qi为各影响因子区间贡献率；ni为各区间的滑坡发育数量；Ni为该影响因子各个区间统计指标的总和。由式(1)计算得出不同因子(高度(h)、倾角(β)、倾向(α)、PAG(g)和烈度(I))的滑坡数量贡献率Qi的大小。表1为地震滑坡影响因素区间划分。

2.1 烈度与滑坡数量和面积的关系

地震烈度是描述一个地区地面遭受一次地震影响的强烈程度。基于上述三个地震的地震滑坡数据库和地震烈度，可以得到三个地震滑坡数量和面积贡献率的统计结果(见图1)。

图1 三个地震不同烈度下的数量和面积贡献率

从图1可以看出：(1)汶川地震中，随着烈度的增加，滑坡个数占比和面积占比也随之增加，表现出较好的正相关性；(2)芦山地震中，地震滑坡在Ⅶ度区出现最多，在Ⅶ度至Ⅸ度区内，地震滑坡个数呈现下降趋势；(3)九寨沟地震在Ⅶ度至Ⅸ度区内出现集中滑坡现象，其他区极少出现滑坡,体现地震滑坡具有一定的复杂性。

2.2 滑坡与地形的关系

选取高程、倾角、倾向作为影响地震滑坡发生的地形影响因子，统计其与滑坡数量和面积贡献率的关系(见图2～4)。研究区内数字高程模型(DEM)来自于STRM3的地形数据，分辨率为90 m。

图2 三个地震不同高程下的数量和面积贡献率

从图2可以看出：(1)地震滑坡比较集中分布在坡位较高处。坡高处有利于产生临空面，更容易产生滑坡。九寨沟地震中发现山脊的滑坡是最多的，因为极震区面积小，地形起伏大，更易产生高陡临空面。与此同时，存在山脊放大效应也加重了山脊的震动程度，在山脊处产生了大量滑坡。(2)九寨沟所处海拔较高，如果用高差来表示，那么包括汶川地震、芦山地震的地震滑坡数量峰值就均出现在500～2 000 m高差位置。由图3可知，斜坡倾向因子对地震滑坡的影响无明显规律。从图4可以看出：倾角在20°左右的斜坡产生的滑坡数量最多，跟以往的研究结果基本一致。

图3 三个地震不同倾向下的数量和面积贡献率

图4 三个地震不同倾角下的数量和面积贡献率

2.3 PGA与滑坡的关系统计

各个地震的PGA采用四川省地震局强震动台站观测数据，划分等值线，统计不同PGA范围内的滑坡数量和面积贡献率(见图5)。九寨沟地震去掉漳扎台站强震记录后，剩余的PGA相对较小，但是依然产生了较大并且集中的的滑坡数量，表现了地震滑坡的复杂性。

图5 三个地震不同PGA下的数量和面积贡献率

从图5可以看出：(1)与地震烈度一样，地震滑坡数量和面积与PGA具有明显的正相关。随着PGA的增加，地震滑坡数量和面积也相应增加。(2)PGA在400～600 gal区间内，汶川和芦山地震数量出现极值。由于九寨沟地震的强震台站记录较少，地震滑坡数量集中出现在60～100 gal之间。

2.4 震中距与滑坡的关系统计

为观察其衰减特性，统计了三个地震不同震中距下的滑坡数量和面积贡献率(见图6)。

图6 三个地震不同震中距下的数量贡献率

由图6可知：(1)三次地震的滑坡数量和面积随震中距的增加逐渐减少。(2)与汶川和芦山地震相比较，九寨沟地震滑坡分布更加集中，影响范围主要在震中距15 km范围内，极值出现在9 km处，而汶川和芦山地震的滑坡影响范围更广，在30～40 km处仍有滑坡出现。(3)数量贡献率和面积贡献率在趋势上相差不大。

3 各影响因子综合分析

通过对不同影响因子的滑坡贡献率分析，得到不同的关系曲线，采用叠加组合的评价方法可以得到不同因子的综合贡献率。

3.1 各个因子区间贡献率赋值

不同地震滑坡的各影响因子(倾向、倾角、高程、烈度和PGA)贡献率赋值见表2～4，表中，汶川地震中各影响因子的贡献率用Q*a表示(其中*代表倾向、倾角、高程、烈度和PGA5个因子中的任意一个，如：Qha表示汶川地震中的高程影响因子的贡献率，下同)，芦山地震的贡献率用Q*b表示(Qβa表示芦山地震中的倾角影响因子的贡献率)。

表2 不同高程和倾角的滑坡贡献率赋值

表3 不同倾向和烈度的滑坡贡献率赋值

表4 不同PGA的滑坡贡献率赋值

表5 不同高程的滑坡综合贡献

3.2 综合贡献率

采用求平均值的方法对表3中不同地震Qha(汶川地震)、Qhb(芦山地震)的同一区间地层高程贡献值进行叠加统计，得到综合贡献指数：

Q(hi)=[hi(a)+hi(b)]/2

(2)

其中，Q(hi)为地层高程区间的综合贡献指数；hi(a)，hi(b)分别为汶川地震的高程区间hi按照滑坡数量贡献率所得赋值。由以上计算得到的各因子区间对滑坡的综合贡献率结果，它表征了不同地震不同因子区间在地震滑坡发育中的作用,为更直观的表现其作用大小，再用每个指数区间占其综合贡献指数之和的百分比来表征其贡献率，称之为综合贡献率。

(3)

由式(2)计算地层高程区间的综合贡献指数，用式(3)计算地层高程区间的综合贡献率，见表5。

同理，可以得到其它不同因子(倾向、倾角、烈度和PGA)在不同地震下的综合贡献率(见表6～7)。

表6 不同倾角和倾向的滑坡综合贡献指数

表7 不同PGA和烈度的滑坡综合贡献指数

3.3 综合贡献率分级

各个区间影响因子贡献率指标可以反映出各因子对滑坡贡献的作用效果，贡献率的分布规律。为分析不同因子区间对滑坡发生的贡献程度，采用等距法将其划分为高、中、低3个等级来表示，求出的等距D为：

D=[Q0(hi)max-Q0(hi)min]/3

(4)

根据式(4)可以就不同区间因子对滑坡发生的综合贡献率，对不同因子的贡献率划分为高、中、低3个等级，更直观的表示其贡献。不同的参数其贡献等级分别见表8～11。

表8 不同高程的滑坡综合贡献等级

表9 不同倾角的滑坡综合贡献等级

表10 不同烈度的滑坡综合贡献等级

表11 不同PGA的滑坡综合贡献等级

4 结论与讨论

(1)根据收集整理的汶川地震、芦山地震以及九寨沟地震的地震滑坡数据库资料，计算出汶川、芦山和九寨沟三次大震中发生滑坡的各斜坡倾角、高程(差)、倾向以及地震烈度、PGA和震中距6项因子对地震滑坡的贡献率和它们的综合贡献率。结果显示：在斜坡高程影响因子中，高差在 1 000～2 500 m范围内属于地震滑坡数量最多的；在斜坡倾角影响因子中，坡角在20°左右是地震滑坡数量最多的；斜坡倾向对地震滑坡的总体影响较小；PGA和地震烈度与地震滑坡的数量占比具有明显的正相关性；震中距具有明显的衰减特性。(2)对不同地震的滑坡影响因子进行归一化处理，并采用同一量化因子，可以综合考虑同一因子对多个地震的影响。