2013年四川省芦山“4.20”7.0级强烈地震触发滑坡

2013-12-12 08:07徐锡伟郑文俊魏占玉谭锡斌韩竹军李传友梁明剑李志强虎王明明任俊杰张世民何仲太
地震地质 2013年3期
关键词:芦山岩质余震

许 冲 徐锡伟 郑文俊 魏占玉 谭锡斌韩竹军 李传友 梁明剑 李志强 王 虎王明明 任俊杰 张世民 何仲太

1)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

2)中国地震局地质研究所,地震动力学国家重点实验室,北京 100029

3)四川省地震局,成都 610041

4)中国地震局地壳应力研究所,北京 100085

0 引言

据中国地震台网中心(CENC,www.cenc.ac.cn/)报道,北京时间2013年4月20日8时2分,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13km。另据美国地质调查局(USGS,2013a)测得震中位置为30.284°N,102.95°E,震源深度14km,震级MW6.6。截至4月24日14时30分,本次地震共造成了196人遇难,21人失踪,11 470人受伤,累计受灾人口达38.3万人。地震重灾区为芦山县、宝兴县与天全县。强震往往触发大量的山体滑坡(Keefer,1984;许冲等,2010;许冲,2012),尤其是发生在高山峡谷区的强震,如2008年汶川地震就触发了近20万处滑坡(许冲等,2009a,b,2013a;Dai et al.,2011;Gorum et al.,2011;Xu et al.,2013a),2010年玉树地震也触发了超过2 000处滑坡(殷跃平等,2010;许冲等,2012,2013b;Xu et al.,2013b)。汶川地震滑坡应急考察结果表明,约1万处造成灾害的地震滑坡直接导致了超过2万人遇难(黄润秋等,2008;殷跃平,2008)。震后的快速地震滑坡应急考察可以第一时间获取地震滑坡信息,从而了解地震区重要场地、交通线与生命线等受地震滑坡影响与破坏的情况,对于地震滑坡防灾减灾工作具有重要的意义。通过地震滑坡的震后快速调查,还可以获得一些未受人为因素、后期余震或降雨触发因素改造的原状地震滑坡的图像与堆积物形态等信息,对于后续的如地震滑坡的演化规律与空间分布规律分析(许冲等,2013)等具有一定的意义。

本文在开展芦山地震应急考察工作的基础上,首先介绍了芦山地震的基本情况与芦山地震区历史地震及其触发滑坡的情况。然后,基于2008年汶川地震滑坡与PGA的对应关系分析了芦山地震滑坡大体可能分布的范围。接下来开展了芦山地震滑坡的分类学分析,将芦山地震滑坡分为3大类,8小类。3大类分别为破坏型滑坡、连贯型滑坡、流滑型滑坡,破坏型滑坡包括岩质崩塌、岩质滑动、岩质崩滑、土质崩塌、土质滑动;连贯型滑坡包括土质坍塌与慢土流2类;流滑型滑坡指快速流滑。最后,通过分析芦山地震余震对滑坡的影响,芦山地震滑坡与邻区地震滑坡的对比分析,对后续基于高分辨率遥感影像的地震滑坡精细解译的启示等3个方面展开了简要的分析与讨论。

1 芦山地震地质与地震背景介绍

1.1 芦山地震情况

芦山地震发生在龙门山断裂带的南段,位于巴颜喀拉块体的南东边界上。震中位置位于距离由鲜水河断裂带、龙门山断裂带、与安宁河-则木河-小江断裂带组成的“Y”字型构造节不到100km的位置上。这是自1997年西藏玛尼MW7.6地震以来的第6个发生在该块体边界上的强烈地震。这6次地震也是自1997年以来,中国发生的所有的里氏面波震级为MS7.0及以上的全部地震(玉树地震的里氏面波震级为MS7.1,芦山地震为MS7.0)。这表明了巴颜喀拉块体自1997年以来的强烈活动性(Xu et al.,2013c;邓起东等,2010)。图1展示了发生在巴颜喀拉块体边界的这6次大地震的位置与青藏高原区的主体活动构造。巴颜喀拉块体东边界为龙门山断裂带,发生了2008年汶川MW7.9地震与本次的2013年MW6.6芦山地震,其性质均为右旋逆冲。1997年的西藏玛尼MW7.6地震与2010年的青海玉树MW6.9地震分别发生在巴颜喀拉块体南边界的左旋走滑性质的玛尔盖茶卡-若拉错断裂带与鲜水河断裂带上。2001年的可可西里MW7.8地震发生在左旋走滑性质的西昆仑断裂带上,而2008年新疆于田MW7.1地震发生在该块体的西边界上,震源机制为正断层性质。陈立春等(2013)认为此次芦山地震是龙门山断裂带南段芦山一带地震地表破裂空段的填补。

图1 2013年芦山地震的区域构造背景Fig.1 Geotectonic background of the 2013 Lushan earthquake.

震后构造初步分析结果表明,本次地震可能发生在全新世活动的逆断层——双石-大川断裂上(徐锡伟等,2013,图2)。不同的科研机构得到的芦山地震震源机制解反演结果各不相同。中国地震局地质研究所的反演结果表明:此次地震为逆冲型,2组断层节理面的产状与滑动方向分别为走向 222.3°,倾角46.3°,滑动角99.8°;走向28.7°,倾角44.5°,滑动角80.2°,震源深度10.7km,矩震级为MW6.58,最大滑动量约2.16m(郭志,2013)。中国科学院地质与地球物理研究所的结果表明:本次地震的地震矩为1.54×1019N·m,MW6.7,最大滑动1.59m(王卫民等,2013)。中国地震局地球物理研究所的结果表明:2组断层节理面的产状与滑动方向分别为走向34°,倾角55°,滑动角87°;走向220°,倾角35°,滑动角95°(刘超等,2013)。芦山 MS7.0 地震的标量地震矩为1.7E19N·m,对应的矩震级约为6.76,断层面最大滑动量约在1.5m左右(张勇等,2013)。张勇等(2013)的结果还表明了此次地震包含2次子事件,其中第1次为规模较大,发生在震后0~10s;第2次子事件发生在震后10~25s。房立华等(2013)的地震余震序列精定位结果表明了余震主要展布在双石-大川断裂上。然而,野外考察的结果表明,尽管本次地震产生了一些地表破裂迹象(韩竹军等,2013),但是并没有产生明显的地震地表破裂带,属典型的盲逆断层型地震,其发震断层尚未出露地表,隐伏在地下(徐锡伟等,2013a,b)。据中国地震台网中心(CENC,www.cenc.ac.cn/)的结果,截至23日14时,四川芦山7级地震共记录到余震3 509次,其中3级以上余震100次:5.0~5.9级4次,4.0~4.9级21次,3.0~3.9级75次,最大余震为5.4级。

1.2 芦山地震区历史与近代地震及其相关滑坡

依据《中国近代地震目录(公元1912年—1990年MS≥4.7)》与《中国历史强震目录(公元前23世纪—公元1911年)》得到研究区1973年之前的历史地震(国家地震局震害防御司,1995;中国地震局震害防御司,1999);通过美国地质调查局(USGS,2013b)的地震编目数据库获得了研究区1973年及之后的地震滑坡编目,结果见图2与表1。图2中地震区内历史上(2013年1月1日之前)发生过17次M≥4.7地震(表1,图2)。其中6.0~6.9级的历史地震有2次;5.0~5.9级5次;4.7~4.9级10次。最早的地震历史记载是1327年9月(元泰定四年八月)的M≥6.0地震。2008年及之后的4次地震是汶川地震的余震。

图2 2013年芦山地震区域构造图Fig.2 Regional tectonic setting of the 2013 Lushan earthquake.

2008年汶川地震之前,芦山地震区不但有较早的历史地震记载,也有相关的地震滑坡的记载。如1327年9月发生在四川天全的6.0地震(书中记载震级为≥6.0)对地震滑坡的描述是:“碉门地震有声如雷,昼晦,天全道山崩,飞石毙人”。这段记载表明了1327年的M≥6.0地震不但造成了崩塌型的山体滑坡,而且山体滑坡还导致了人员伤亡。关于1949年11月13日西川康定、石棉一带的M5.5地震(30°,102.5°),地震滑坡记录为“山上流石滚动,并有微小山崩”,描述了地震造成的小规模滑坡的情况。1970年2月24日,四川大邑西的M6.2地震(30.65°,103.28°)触发的山体滑坡形成了长150m、宽40m、高10余m的堰塞坝,堵塞河水十余小时后河水漫坝(中国地震局震害防御司,1999)。

2 芦山地震滑坡分布范围大体推测

地震滑坡往往密集分布在震源(震中或者发震断裂的地表出露线)周围,从震源向外呈现出一定的衰减规律。也有少量的地震滑坡发生在地震时震动较弱的远离震源的区域,这些滑坡所在的斜坡体在地震前就处于接近滑动的状态,因此不能用这些滑坡去反映地震的震源与发震构造特征。我们将围绕震源呈现出一定衰减规律,且滑坡分布较密集的区域称为“地震滑坡密集分布区”或者“地震滑坡发生主体区域”,这一区域不包括远离震源的一些在敏感斜坡体上发育的异常地震滑坡;将包含了异常滑坡的一个更大的区域称为“地震滑坡限制区”或者“地震滑坡分布极限区”。快速客观地确定出芦山地震滑坡的空间分布范围对开展详细的地震滑坡调查与编录工作具有重要的指导意义。根据推测的地震滑坡的分布极限区与主体分布区域,可以对野外工作、购买遥感数据、地震滑坡精细解译等进行统筹。还可以将其置入全球地震滑坡背景下,与其他地震事件触发的滑坡进行对比分析。本文采用的方法为结合2008年汶川地震滑坡的分布范围与地震滑坡发生的PGA阈值综合分析。不同的地震事件,由于其发生区域的构造、地质、地形与地貌环境各不相同,因此针对所有的地震事件使用统一的PGA触发滑坡阈值是不合适的。构造特征对PGA阈值的影响较大,若是逆冲型地震,上盘受到较大的挤压变形,那么上盘的斜坡结构就会受到一定程度的破坏,其需要的触发滑坡的PGA阈值就较小;若是走滑型断层,那么地震触发滑坡需要的PGA阈值就较大。若地震发生在滑坡发生敏感区,那么其需要的PGA阈值较小;反之,其触发滑坡的PGA阈值就较大。已有的成果(Jibson et al.,2012;许冲等,2012a)也论证了这一点。尽管本次芦山MW6.6地震释放的能量远小于2008年的汶川MW7.9地震释放的能量,但是本次地震震中距汶川地震震中仅约80km,都是发生在青藏高原东南缘的龙门山断裂带上,断层运动方式相似,均是右旋走滑型震源机制。且相当一部分芦山地震区在2008年汶川地震时经历的峰值加速度PGA>0.1g,因此估计芦山地震也会触发相当数量的滑坡。图3a展示了近20万处汶川地震滑坡(许冲等,2013a)与汶川MW7.9地震PGA 0.1g与0.18g等值线的叠加关系。结果表明,在接近汶川地震PGA 0.1g等值线的区域也发生了一些滑坡,表明了0.1g的PGA值在如芦山与汶川地震区这样的龙门山东南缘区域,具有触发大量山体滑坡的能力。据此,在忽略掉无地形起伏的平原区域或地形起伏较小的区域的情况下,大概绘制出芦山地震触发滑坡的分布极限区(依据PGA为0.1g等值线)与滑坡发生主体区域(依据PGA为0.18g等值线)的范围。

表1 研究区历史地震记录Table 1 Historical earthquake records of the Lushan earthquake struck area

据前人的震级与滑坡分布区面积的经验公式(Keefer,2002):式中(1):A代表滑坡分布面积,M代表震级,这里的M是一个未知震级类型的量值。若以MW6.6计算,则滑坡的分布面积为1 380(467~4 073)km2。若以震级为MS7.0计算,则滑坡分布极限区面积为3 467(1 175~10 233)km2。若以Keefer(1984)给出的“震级-滑坡分布面积”的上包络线,则滑坡限制区面积约为5 000km2(MW6.6)或超过10 000km2(MS7.0)。图3b中根据芦山地震PGA的等值线圈定的滑坡极限区面积与滑坡发生主体区域面积分别约为5 500km2与2 500km2。若以芦山地震MW6.6分析,则略高于应用Keefer(1984)“震级-滑坡分布面积”上包络线得到的滑坡限制区面积(约5 000km2)。这与2008年汶川地震滑坡的情况(Xu et al.,2013a)非常一致。因此,应用2008汶川地震PGA与滑坡的关系来推测2013芦山地震滑坡的大体空间分布是合理的。

应用Keefer(2002)的地震震级与滑坡数量的关系式(下式):

计算得到芦山地震将触发约2 000处(以MW6.6计)或约6 000处(以MS7.0计)滑坡。然而,由于当前很多遥感影像的空间分辨率都达到了亚米级,不像从前那样会遗漏掉很多的小滑坡,预计基于高分辨率航片或卫星影像的芦山地震滑坡精细解译成果所展示的滑坡数量将会远高于按照MW6.6计算的2 000处滑坡,甚至会高于按照MS7.0得到的6 000处滑坡。

图3 基于2008年汶川地震滑坡与PGA关系确定2013年芦山地震滑坡空间分布区域Fig.3 Spatial distribution outline of the 2013 Lushan earthquake triggered landslides delineated based on correlation of landslide spatial pattern and PGA related with the 2008 Wenchuan earthquake.

3 芦山地震触发滑坡分类

这里的地震滑坡是一个广义概念,包括破坏型滑坡、连贯型滑坡、侧向滑坡与流滑等所有的受地震影响的斜坡物质运动形式。有一些滑坡表现出了2种或者多种地震滑坡的特征,本文按照其最显著的特征将其归类。分类中的岩质代表基岩,坡体结构在滑坡发生前比较坚固与完整;而土质中的“土”的涵义并非“土壤”的涵义,这里的土质是指滑动前斜坡体结构就较松散,不像岩质滑坡那样是一个整体性较强的结构,包括如强风化松散堆积物质、土石混合坡体等结构。立足芦山地震滑坡野外考察成果,参照前人的地震滑坡分类方案(Keefer,1984,2002),依据物质类型、运动类型与滑坡体内部的破坏程度,将芦山地震滑坡分为破坏型滑坡、连贯型滑坡、流滑型滑坡3个大类。下面对这3大类滑坡分别进行介绍。

3.1 破坏型滑坡

破坏型滑坡的坡体物质为岩质或土质,坡体结构破坏程度高,运动方式包括跳跃与滚动、平移滑动,有的还具有流体的特征。这类滑坡通常发生在地形陡峻的山崖上,运动速度很快,滑坡运动距离通常较远。芦山地震触发的破坏型滑坡包括岩质崩塌、岩质滑动、岩质崩滑、土质崩塌、土质滑动等5个类型。

3.1.1 岩质崩塌

岩质崩塌(或崩落)型滑坡的崩塌物质破碎,物质运动类型为跳跃、滚动或者自由落体类型,崩塌体厚度小,运动速度高。规模大小不等,多数规模较小。崩塌物质可能掉落到陡峭的斜坡的坡脚处,或者在相对平缓的斜坡上停下,运动距离往往超过了数十m或者数百m。这是芦山地震滑坡最常见的类型。图4a~c展示了一组崩塌的照片。由于受公路的阻挡,这些崩塌形成的滚石很多停留在公路上,阻塞了交通,但是清理起来较方便,这些块石的体积多在10方以下。发生机理是在强震动条件下,以较大的运动初速度失稳,加之陡峭的斜坡地形,因此容易产生运动距离较长且速度快的滚石现象(图4d~i)。

图4 芦山地震触发的岩质崩塌Fig.4 Rock falls triggered by the Lushan earthquake.

虽然这种类型的崩塌速度快,然而震区大多为茂密的植被所覆盖,斜坡体上密集分布的植被在一定程度上会减慢滚石的运动速度。从图4中可以看出震区公路上分布了很多这样的滚石,这些滚石在一定程度上破坏了公路护栏,但是并没有彻底阻塞交通,经过一定的简单处理后可以继续通车。这类崩塌在芦山震区非常常见,在密集的区域滚石数量超过50处/km。这些滚石一则由于方量小且数量多而计数困难,二则在遥感影像上除非源区非常明显,否则难以获取其源区与停留区的精确位置,因此,在制作后期地震滑坡详细编录图时往往并不考虑这些规模较小的滚石。

值得注意的是,由于震区植被茂盛,大量崩塌形成的滚石因动力不足或者受植被的阻力过大,停留在山坡上(图5a~b),或者在源区形成了大裂缝(图5c)。这些石块在后续余震、降雨,甚至在大风吹动影响植被的情况下都有可能发生失稳,因此对于滚石多发路段有必要采取一些滚石阻挡措施。图5c为崩塌源区的大裂缝,这些物质在强余震作用下极有可能失稳。滚石容易砸坏公路,会对公路上的行人与车辆造成毁灭性的伤害,还会破坏斜坡上的植被,通常情况下滚石路过的区域,树木或被石块击打折断,或被连根拔起(图5d~f)。

图5 岩质崩塌造成的一些残留在斜坡上的石块以及滚石的破坏现象Fig.5 Some rocks staying on slope from rock falls and the associated hazards.

3.1.2 岩质滑动

这类滑坡厚度较大,规模不等,具有较连续完整的滑面,运动类型以平移滑动为主,斜坡物质破坏程度严重。图6为一组典型的岩质滑动型滑坡照片,图6a为顺层滑动,可见清晰的岩层面;图6b为岩质滑动堵塞了公路,这样的滑坡方量小,易于清理。图6c中滑坡顺着岩石节理面整体下滑,堆积物堵塞了部分河流,且形成了1个小型堰塞湖。

图6 芦山地震触发的岩质滑动Fig.6 Disrupted rockslides triggered by the Lushan earthquake.

3.1.3 岩质崩滑

岩质崩滑的物质运动类型复杂,综合了崩塌、滑动与流体的综合特征,运动速度高,厚度大,方量大,运动距离长,这类滑坡往往造成严重的危害。汶川地震中这样的滑坡较多,且造成的危害巨大,如大光包滑坡、王家岩滑坡、文家沟滑坡等。本次芦山地震在灵关镇到双石镇的公路上,距离灵关镇约2km的路段,发育了至少2处这种类型的滑坡,图7展示了1处岩质崩滑的正面照片与侧面照片,掩埋了超过100m长的公路,滑坡物质松散破碎,从山脊处开始滑下,堆积到河流中。

图7 一处岩质崩滑照片Fig.7 A rock avalanche.

3.1.4 土质崩塌

土质崩塌型滑坡也是地震滑坡常见的类型,主要发育在地表风化壳中,厚度一般在1m左右,方量较小,滑坡物质极其破碎。发育这样滑坡的斜坡在震前斜坡表面风化较严重,结构松散,因此将其定义为土质崩塌。图8为一组典型的土质崩塌照片。这类滑坡方量较小,图8a~c中的滑坡方量小,对人类的生存环境影响较小,仅仅破坏了一些植被。图8d~e中的滑坡物质运动距离较远,对斜坡植被会造成大量的破坏,还会危害到坡体下方的人类活动或者工程建设;图8f中的土质崩塌虽然方量不大,但是作为公路的路基,其失稳已经导致了部分公路路面悬空,这样的路段非常危险,需要进行及时处理。

3.1.5 土质滑动

与土质崩塌相比,土质滑动的厚度较大。这类滑坡发育在结构松散的斜坡中,或者人工堆土斜坡上。图9a~b为2处人工堆积土石坡发生了滑动,影响了斜坡平台上房屋地基的稳定性;图9c为一处漏斗型土质滑坡,可以看出其厚度相对较大。芦山地震造成的这些滑坡的规模较小,但是常常发生在居民区或交通线路附近,易对人类生产、生活造成灾害。

图8 几处小型土质崩塌照片Fig.8 Several small soil falls.

图9 一组小型土质滑动照片Fig.9 Several disrupted soil slides.

3.2 连贯型滑坡

连贯型滑坡的运动类型包括旋转型与平移型。芦山地震触发的连贯型滑坡主要有土质坍塌与慢土流2种类型。

3.2.1 土质坍塌

土质坍塌(坐落型滑坡)的滑动类型为旋转型,滑坡的破坏程度较轻。若滑距较小,滑坡体甚至看不出明显的破坏特征,主要在滑坡后缘表现出明显的裂缝。这种类型的滑坡常常在中等坡度的斜坡上发生,移动速度相对较慢,物质运动距离通常低于100m,厚度较大(Keefer,2002)。图10展示了几处典型的土质坍塌,图10a~c为一处大型的土质坍塌现象,其发育在一个滑坡堆积体上面,芦山地震造成了这个滑坡堆积体再次滑动,使约100m长的公路下降了约1.5m,图10a与10b为公路下坐段落两侧的照片,图10c为滑坡后缘的裂隙。图10d为另一处类似的小型土质坍塌照片。图10e与图10f为在地震动条件下,公路边坡与居民院子场地边坡上发育的滑坡后缘裂缝。这些滑坡的坡体结构破坏较轻微。但是,在后续强余震或降雨的条件下斜坡极有可能发生再次滑动。

图10 一些土质坍塌型滑坡照片Fig.10 Some soil slumps triggered by the Lushan earthquake.

3.2.2 慢土流

慢土流表现为平移滑动与流动的综合特征,厚度通常较浅,速度较慢,位移较小。图11为一处典型的慢土流照片,图11a为斜坡后壁发育的陡坎;图11b展示了前缘已经冲向公路,图11c中可见斜坡前缘的乱石堆土已经阻挡了排水沟。该慢土流型滑坡整体上坡体结构比较完整。

图11 一处慢土流型滑坡照片Fig.11 A slow soil flow.

3.3 流滑型滑坡

这一类型的滑坡包括土质侧向滑移,快速流滑,水下滑坡等类型。在芦山地震中,暂未发现侧滑与水下滑坡类型,通过高分辨率航片解译发现了几处快速流滑。快速流滑表现出明显的流动特征,滑坡物质极其破碎,速度较高,运动距离远。在航片上解译得到几处流滑型滑坡的照片。图12a为一处山脊上发生的一个远程流滑型滑坡,滑动方向向西,滑动距离约550m,方量约2万方。图12b为一组连在一起的形态复杂的高速流滑型滑坡,这样复杂形态的滑坡比较少见,主要与滑坡区域复杂的地形有关。滑坡物源区位于一个山脊处,分为Ⅰ与Ⅱ两个区域,两个区域在空间上是连续的,但是滑动方向不同,分别朝着SEE与SSE方向滑动。Ⅰ区的物质朝向SEE方向滑动,因受到地形的影响,运动约400m之后大多沿沟谷向南(顺沟谷朝下)运动,少部分物质朝北(沿沟谷朝上)运动了一段距离。最后,Ⅰ区与Ⅱ区的物质汇聚到一起,朝SE方向运动。I区物质的最长滑动距离约1.5km,总方量约100万方;Ⅱ区的最长滑动距离约1.4km,方量约为50万方。该组高速流滑的总体积约为150万方。

图12 2处快速流滑Fig.12 Two rapid flow slides.

4 芦山地震滑坡解译结果

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 885km2),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3 883处滑坡(图13)。其中多数为小型的岩质崩塌、土质崩塌、岩质滑动等类型。绝大多数滑坡位于估计的滑坡限制区内,极少数滑坡位于限制区之外,为震前敏感的斜坡体上发育的极个别小型土质崩塌或滑动。限于可利用的震后影像的范围,这3 883处滑坡仅是初步地震滑坡应急解译成果,未能覆盖整个地震区且漏掉了较多的小滑坡。后续再补充了震区的全面震后遥感数据后,我们将对该成果进行完善与更新,以制作覆盖整个芦山地震区的完整详细的地震滑坡编录图。

图13 基于应急快速解译的芦山地震滑坡空间分布图Fig.13 Spatial distribution map of landslides triggered by the Lushan earthquake by emergency and quick interpretation.

5 分析与讨论

5.1 余震对滑坡的影响

余震对滑坡的影响。根据中国地震台网测定,4月21日11时59分,雅安市芦山县发生了1次MS4.9余震,我们恰好观察到了本次余震对残留在斜坡上的滑坡松散堆积物的影响。该MS4.9余震发生后,原本发育大量地震滑坡的山坡上很多碎石沿斜坡滚滚而下,荡起了大片的黄色灰尘(图14a),此时在距离滑坡发生位置1km左右的水电站的水质还比较清澈(图14a)。数分钟后,上游来水的水质开始由清澈变得浑浊(图14b)。很快,整个水电站下游的水都变得比较浑浊(14c)。在震区的考察结果表明,余震触发的滑坡多不是在主震后完整的斜坡体上发生的,在地震后发生的滑坡坡面上,余震会使那些松散的土体或块石失稳,使滑坡物质继续下滑。通过图14也可以直观地看到河流对地震滑坡物质的悬浮搬运作用。

5.2 芦山地震滑坡与邻区地震滑坡对比分析

图14 余震触发滑坡Fig.14 Landslide materials re-moving during an aftershock.

由于2013年芦山地震的震级低于2008年汶川地震,因此,芦山地震滑坡的规模、分布面积、滑坡丰度均低于汶川地震触发的滑坡。芦山地震的震级为MW6.6,汶川地震震级为MW7.9,根据地震震级与能量的计算公式:lg E=11.8+1.5M可知,其释放能量仅是汶川地震的约1.12%。与发生在2010年的玉树地震相比,玉树地震震级是MW6.9,地震释放能量是芦山地震的2.8倍。玉树地震震级虽然比芦山地震高,但野外考察表明,芦山地震(MW6.6)滑坡的规模、分布面积与滑坡的丰度都远高于2010年玉树地震(MW6.9)触发的滑坡(许冲等,2012)。初步分析原因包括如下几个方面:

(1)芦山地震区在震前受到了2008年汶川地震的影响。芦山地震发生的区域,在2008年汶川地震时多是重灾区,大部分区域在2008年汶川地震时经历了峰值加速度>0.1g的强烈地震动,自然斜坡的强度被降低,因此对2013年的芦山地震触发滑坡起到了叠加作用。这些滑坡由芦山地震直接触发,但也间接受到了2008年汶川地震的影响。

(2)区域地形的影响。2010年玉树地震发生在青藏高原的中部,虽然海拔高,但是地形起伏小,平均坡度小;而2013年芦山地震发生在山盆交界处的地形陡变区域,山体陡峻。很多斜坡的坡度>50°,一些区域的自然斜坡甚至近直立。

(3)降水量的不同。芦山地震区的降水量远大于玉树地震区,在震区考察的过程中,经常发现沿路高陡边坡中有泉水从岩缝裂隙中冒出,长期下去会使震区斜坡的裂隙率进一步扩大,斜坡的稳定性会受到影响,从而极易在强震条件下发生数量多、规模大的同震滑坡。

(4)植被覆盖率的不同。植被多的地方地震导致的树木晃动会对斜坡产生额外的加载。由于降雨充沛,且位于温带区,芦山地震区灌木非常发育。地表岩土层风化严重。因此,在地震动情况下,树木晃动的惯性作用会给斜坡的风化层添加一定的额外荷载,从而更容易导致滑坡。而2010年玉树地震区降雨少,植被覆盖率较低,且玉树震区的斜坡上没有生长树木,不存在树木晃动对斜坡产生的额外荷载。

(5)构造性质的不同。2013年芦山地震虽没有形成显著的同震断层——地表破裂,但是发震构造的性质是逆冲-走滑性质,玉树地震发震构造是走滑性质。在其他条件类似的情况下,逆冲断裂型地震比走滑断裂型地震破坏性更强。在断层的上盘往往会发生更多、更大、更严重的滑坡灾害(Xu et al.,2012),滑坡在断层上盘的断层距衰减性明显低于下盘;而走滑断裂型地震的2010年玉树地震却没有这种情况(许冲等,2012b)。不同性质的构造长期对区域岩性强度的影响也不同,受块体运动的影响,逆冲断层的上盘长期以来发生着较大的挤压形变,这样的长期挤压变形会导致断裂的上盘区域与近断层区域岩体较破碎、强度较低。

5.3 对后续滑坡精细解译的启示

滑坡精细解译是后续地震滑坡科学研究的基础,一个详细完整的地震滑坡编录图对后续滑坡空间分布规律、危险性评价(Xu et al.,2012a,b,c)、地震区河流与地貌演化研究等具有重要的意义(Keefer,2002;Harp et al.,2011;许冲等,2013a)。在开展地震滑坡详细编录工作之前,有必要通过一定的野外工作对滑坡形成一个初步的认识。然后,可以在室内分析滑坡的遥感影像特征,使得解译结果更为客观。通过野外考察结果与航片的对比,可以得到如下一些认识:1)研究区为植被高密度区,多为常年生灌木,可以清晰地将发生滑坡后的无植被区域与周围环境区分开来,并且可以分辨出滑动方向;2)破坏型与流滑型滑坡较连贯型滑坡较容易识别,因为破坏型滑坡的坡体物质结构破坏严重,坡面上的植被几乎全被破坏,而连贯型滑坡运动距离短,滑坡体结构完整,在遥感影像上不易被识别出来,对于只有在斜坡上缘发育裂隙的滑坡,是难以通过遥感影像解译的方法识别出来的,这样的问题几乎在所有的基于遥感影像目视解译方法建立的滑坡编录图中均存在,因此在以后使用滑坡编录图时要注意这个目前尚不能避免的问题。

6 结论

本文在开展芦山地震应急考察工作的基础上,对芦山地震的发震构造与震源机制等基本情况进行了简要的介绍,分析了地震区的历史地震情况及其触发的滑坡。基于2008年汶川地震滑坡与PGA的对应关系分析了芦山地震滑坡的大体分布范围,估计芦山地震滑坡限制区与主体分布区的面积约分别为5 500km2与2 500km2。预计芦山地震滑坡的数量将远高于基于历史“地震震级-滑坡数量”关系式得到的结果6 000处。这是由于目前遥感影像质量较高,可以将小滑坡都圈定出来,其他原因如经历过2008年汶川地震,逆断层性质的震源机制解,地震区山体陡峻等,也是芦山地震滑坡数量高于常规的不可忽视的原因。

对芦山地震滑坡开展了分类学研究工作,根据野外考察结果,将芦山地震滑坡分为3大类,8小类。3大类分别为破坏型滑坡、连贯型滑坡与流滑型滑坡。破坏型滑坡包括岩质崩塌、岩质滑动、岩质崩滑、土质崩塌、土质滑动;连贯型滑坡包括土质坍塌与慢土流;流滑型滑坡主要是快速流滑。基于震后可利用的高分辨率航片,初步解译得到3 883处滑坡位置点数据。随着后续获取到更多的震后遥感数据,将会对芦山地震滑坡分布数据进行更新与完善,以建立一个覆盖整个震区的芦山地震滑坡分布图。

最后,通过芦山地震余震对滑坡的影响,芦山地震滑坡与邻区地震滑坡的对比分析,对后续基于高分辨率遥感影像的地震滑坡精细解译的启示等3个方面展开了简要的分析与讨论。认为芦山地震余震可以使停留在斜坡上的松散滑坡物质发生再次滑动,而余震造成的原发性滑坡很少。通过野外考察与室内遥感影像初步分析,认为破坏型滑坡与流滑型滑坡较容易在影像上被识别出来,而连贯型滑坡,尤其是运动距离很短的,甚至只有一些裂缝的连贯型滑坡是难以在影像上被识别出来的。本文可为地震滑坡防灾减灾提供参考,为后续的芦山地震滑坡科学研究奠定了一定的基础。

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