第四纪研究  2015, Vol.35 Issue (1): 88-99   PDF    
2013年甘肃岷县-漳县MS6.6级地震地质灾害展布特征及主控因素研究
殷志强, 徐永强, 陈红旗, 张永军, 赵无忌    
(① 中国地质环境监测院, 北京 100081; ② 甘肃省地质环境监测院, 兰州 73000; ③ 中国地质大学(北京), 北京 100083)
摘要    地震地质灾害发育特征及主控因素分析是科技防灾减灾领域研究的重要内容。笔者在2013年甘肃岷县-漳县地震区现场调查的基础上, 分析了地震诱发崩塌滑坡泥石流等地质灾害的类型、空间分布和典型灾害体特征, 研究了本次地震的发震构造与灾害点的关系。取得了以下主要认识:1)岷县-漳县地震诱发的地质灾害类型主要为小型、中型的黄土崩塌和滑坡, 地质灾害总体表现为数量多、分布广, 与发震断裂和水系关系密切, 滑坡灾害危害严重; 2)地质灾害分布密集区与地震烈度的极震区基本吻合, 且地形坡度为 10°~30°的范围内与地貌高程2000~3000m的范围内地质灾害分布最为密集, 它们的灾害数量分别占震区地质灾害总数的70.1% 和84.4%; 3)震区崩塌滑坡泥石流灾害的总体展布特征受控于NW向的韩家山-梅川镇断裂, 其是NWW临潭-宕昌断裂的分支断裂。
主题词     岷县-漳县地震    地质灾害    滑坡    主控因素    
中图分类号     P694;P642.21;P642.22                    文献标识码    A

1 引言

2013年7月22日7时45分,甘肃定西市岷县-漳县交界处发生MS6.6级地震,震源深度20km,震中位于34.5°N,104.2°E(CENC,http://www.csndmc.ac.cn),极震区烈度Ⅷ度,Ⅵ度以上区域涉及岷县等13个县,总面积16432km2(http://www.cea.gov.cn/publish/ dizhenj/464/478/20130724133721239856586/ index.html)。 根据中国地震台网测定,截至2013年7月30日8时,共发生余震1066次,其中3.0级以上余震9次,包括5.0-5.9级1次,4.0-4.9级1次,3.0-3.9级7次,最大的1次余震是同日9点12分发生的MS5.6级强余震(CENC)。本次地震震源浅、 震级高、 极震区烈度大,共造成了95人死亡,1366人受伤,130余间房屋被掩埋[1]。岷县地震区位于青藏高原巴颜喀拉块体东北缘,该地区断裂带发育,尤其是临潭-宕昌断裂带[2, 3, 4, 5],历史上多发生过多次中强等级地震,如公元前193年的临洮6.5级地震,1573年的岷县6.5级地震[6]、 2003年的岷县5.2级地震[7]和2004年的岷县-卓尼5.0级地震[8]等。

关于崩塌滑坡泥石流等地震地质灾害的发育特征和主控因素,不同的学者已开展了大量的研究工作[4, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24]。如逆冲型地震诱发的地质灾害具有明显的“上/下盘效应”[11],上盘诱发的地质灾害数量明显多于下盘[12, 13],高位滑坡灾害的发生往往受控于极震区的地震竖向力[14],特大型滑坡、 泥石流的空间展布往往受控于断裂带的走向和破裂方式[15, 16, 17, 18, 19]等。岷县-漳县MS6.6级地震触发的地质灾害发育程度、 主要特征以及滑坡、 崩塌等次生灾害发生的主要控制因素等都是备受关注的问题。笔者以震后地质灾害现场调查和无人机高分遥感影像详细解译资料为基础,以地震诱发的崩塌滑坡泥石流灾害为研究对象,分析了地震地质灾害的基本特征,研究了地质灾害对断裂带及其活动性质、 水系、 烈度、 地形坡度和地貌高程的响应规律,厘定了地质灾害发育的主控因素,对深化地震地质灾害研究和震后应急排查范围的确定具有重要意义。

2 岷县-漳县震后地质灾害特征

地震发生后,笔者对2013年7月22日7时45分岷县漳县MS6.6地震活动构造特征及其诱发的地质灾害进行了综合调查。认为本次地震诱发的地质灾害数量多、 分布范围广、 与发震断裂和水系关系密切、 黄土和堆积层滑坡危害严重。

野外调查发现,“7.22”岷县-漳县MS6.6级地震诱发了崩塌、 滑坡、 泥石流、 不稳定斜坡、 地表破裂、 滑坡堰塞湖和局部砂土液化等灾害。其中以黄土滑坡数量最多,主要分布于岷县梅川、 茶埠、 中寨、 西江及漳县、 武山一带黄土覆盖区,发育在沟谷两侧的陡坡地带和道路两侧坡脚开挖地带(图1)。这里黄土垂直节理和裂隙发育,滑动面陡倾(一般>40°),多为中型浅表层滑坡,如岷县梅川镇永光村四社的挖木池1#和2#滑坡造成挖木池12人遇难,维新乡的堡子村滑坡造成2人死亡,100余间房屋被掩埋。堆积层滑坡多发育在由松散残坡积物披覆的斜坡地带,主要分布于灾区基岩山区坡麓一带,滑坡体物质主要由残坡积物碎石土等构成,结构松散,遇水易软化滑动。

图1 岷县地震区道路两侧小型黄土滑坡 Fig.1 The small loess landslides on both sides of road in Minxian earthquake area

岷县漳县地震不仅诱发了大量滑坡和崩塌,且震松了沟道两侧的山体,产生了多处不稳定斜坡。大量的崩滑体堆积于坡脚或冲沟中,遇极端降雨会成为泥石流的物源,增加了泥石流的易发程度和规模,从而产生滑坡(崩塌)-泥石流灾害链,威胁泥石流沟道和沟口村镇交通设施的安全运营。

2.1 震后地质灾害数量明显增加

“7.22”岷县-漳县MS6.6级地震诱发的地质灾害主要分布在岷县、 漳县、 临洮县、 渭源县、 陇西县、 临潭县、 卓尼县、 迭部县、 舟曲县、 宕昌县及礼县等13个县域[25],地震对城乡居民点造成直接威胁的地质灾害隐患点达510处,其中滑坡294处,占总数的57.65 % ,崩塌119处,不稳定斜坡84处,泥石流13处。510处隐患点中新增加243处,变形隐患点267处(图2)。从县域来看,岷县震后新增加的隐患点最多,达130处,加剧变形146处(图3),震后地质灾害效应明显。

图2 岷县-漳县地震震后地质灾害点分布位置图 Fig.2 The distribution locations map of geohazards after Minxian-Zhangxian earthquake

图3 岷县-漳县地震区地震前后地质灾害对比图 Fig.3 Comparison of geohazards before and after the Minxian-Zhangxian earthquake
2.2 地质灾害主要分布地震烈度的极震区

震后地质灾害点空间上主要集中在NW向的岷县禾驮乡拉路村至维新乡堡子村一带,分布带长约35km,宽约10km,其中以岷县境内的茶埠镇、 中寨乡、 维新乡、 梅川镇及西江镇分布数量最多、 密度最大。NW向的临潭-宕昌断裂右盘洮河水系两侧灾害点密集发育,地震烈度上Ⅷ、 Ⅶ和Ⅵ度区的灾害数分别占总数的25.8 % 、 31.1 % 和26.0 % (图2),以Ⅶ-Ⅷ区灾害点密度最大,约占灾害点总数的60 % 。从灾害体规模看来,大型滑坡灾害主要集中在Ⅷ度区,反映了烈度越大,灾害越严重,危害也越大,如梅川镇的永光村挖木池大型滑坡群和维新乡的堡子村大型黄土滑坡均位于Ⅷ级烈度区; 从灾害密度上来看,Ⅷ度区密度最大,烈度越高,灾害密度越大(图4)。

图4 岷县-漳县地震区地质灾害密度与地震烈度分区关系图 Fig.4 The relationships between geohazards density and seismic intensity zones in the Minxian-Zhangxian earthquake areas
2.3 地质灾害分布与地形地貌关系密切

地震地质灾害的空间分布特征与震区的地形坡度、 地貌高差密切相关: 与斜坡的坡率和地貌高差正相关——坡度越陡,高差越大,发生滑坡、 崩塌的可能性就越大。甘肃岷县漳县地震区地形地貌复杂,区内地形南高北低,平均海拔2500m,海拔最高点为岷县西南沙玛多玛峰海拔达3872m。地形坡度一般较缓,地貌高差不大,地形的高位放大效应不显著。灾害点主要集中在地形坡度为 10°-30°的范围内,峰值为 10°-20°,此范围内的灾害点占灾害点总数的70.1 % ,其中地形坡度为 10°-20°内的灾害点数为48.8 % 。地貌高程上主要集中在2000-3000m范围内,位于此范围内的灾害点占了灾害点总数的84.4 % (图5),区内2000-3000m高程内存在相对平坦的地貌单元,地形坡度较小,利于黄土沉积,而沉积的厚层黄土正为滑坡的发生提供了丰富的物源[26, 27]

图5 岷县-漳县地震区地质灾害与地形坡度(a)、 地貌高程(b)关系直方图 Fig.5 The relationships histogram of geo-disasters and terrain slope (a) and geomorphology elevation (b) in Minxian-Zhangxian earthquake area
2.4 地质灾害主要沿断裂呈条带状和水系呈线状分布

地质灾害主要沿断裂呈条带状和水系呈线状分布,上下盘效应明显,高位滑坡效应不显著。野外实地调查的地震地质灾害点大区域上主要沿NW向的韩家山-梅川镇断裂(NWW向的临潭-宕昌断裂的分支断裂)呈条带状和水系(洮河)呈线状分布,且灾害密集区主要集中在距发震断裂带4.3km、 距洮河水系1.5km的范围内(图6),反映了活动性断裂、 河流侵蚀切割对滑坡灾害发生的控制性作用。受发震断裂控制,本次地震诱发的地质灾害在断裂带上盘2km范围内的数量占总数的76.53 % ,且上盘发育了挖木池滑坡群和堡子滑坡等大型黄土滑坡,而断裂带下盘地质灾害仅占总数的23.47 % ,未发育大型黄土滑坡,仅可见零星的小型崩塌和滑坡灾害。此效应与2008年汶川地震的主要发震断裂(龙门山主中央断裂带)类似,表现出诱发的地质灾害具有明显的“上下盘”效应[11],即地震滑坡在上盘上的空间分布、 数量、 规模、 密集程度等均明显高于下盘。另一方面,本次地震极震区的地震动峰值加速度(PGA)仅为0.34g[4],远小于汶川地震等地的0.97g[2],同时,与芦山地震区[10]和汶川地震区[11, 16, 17]地形地貌相比,岷县震区地形高差小,高位山体少,不具备发生高位、 大规模滑坡泥石流的地形地貌条件,故岷县地震未形成高位滑坡灾害,也未表现出滑坡形成过程的抛掷效应。

图6 岷县地震区地质灾害与断裂带、 水系展布图(地质灾害主要分布在NW向的长条形区域内,详见 图12) Fig.6 The relationships of geohazards and active faults,and rivers of Minxian earthquake area(Geohazards are mainly distributed in the long strip to the NW region,see Fig.12)
2.5 易滑地层和活动断层为震后地质灾害发育提供了有利条件

地震区内岩体类型主要以二叠系和三叠系的板岩、 泥质灰岩、 砂岩、 粉砂岩、 灰质页岩和含砾粗砂岩夹泥岩等,土体类型以第四系的黄土、 残坡积碎石土、 冲洪积碎石土为主(图7),多为易滑或易冲蚀岩土体,且黄土、 残破积土体与下伏泥岩、 砂砾岩形成二元结构坡体,松散土体在长期降水作用下形成软弱面或软弱带,易失稳形成滑坡崩塌等地质灾害。区内主要活动断裂延伸长度大,且多为压扭性质,断层面两侧挤压破碎强烈,破碎带宽度120-340m,伴生的次级断裂及构造裂隙发育,层理和构造裂隙的相互交切形成极为发育的构造结构面,造成区内岩体严重破碎,为滑坡、 泥石流的形成提供了有利条件。

图7 岷县-漳县地震区地质灾害与地层岩性和活动断裂关系图 Fig.7 The relationships map of geo-disasters and lithology and active faults in Minxian-Zhangxian earthquake area
3 地震诱发典型滑坡特征

> 岷县地震诱发的方量最大、 滑动距离最远、 危害最严重的两处黄土滑坡分别位于岷县梅川镇永光村四社挖木池和维新乡堡子村,两处滑坡共造成14人死亡,100多间房屋被掩埋。

3.1 挖木池滑坡

岷县梅川镇永光村四社挖木池黄土滑坡分为两个部分,笔者将其定为1#和2#滑坡,两处滑坡堆积体中部的经纬度分别为 34°31′12.73″N,104°09′00.89″E 和 34°31′13.06″N,104°09′08.25″E,两处滑坡均位于Ⅷ度极震区,遥感影像(图8a)和滑坡平面图(图8b)上能够清晰地分辨出滑坡体的范围和运动路径及方向。1#滑坡长1500m,均宽约28m,堆积体平均厚度约8m,滑体面积约4.2×104m2,体积约21×104m3。滑坡后缘高程2700m,前缘高程2545m,前后缘高差为155m,整体呈现“上宽下窄”的平面形态,滑动过程中铲刮、 撞击挖木池村民组房屋4户,造成12人遇难。

图8 挖木池黄土滑坡遥感影像(a)及其平面图(b) 影像来自国家测绘地理信息局网站,红色箭头指示碎屑流运动路径和流动方向,见 图9 Fig.8 Remote sensing images and shapes of the Wamuchi loess landslide-debris flows(images afforded by National Mapping Geographic Information Bureau,the red arrow indicates the routes and directions of debris flows,see Fig.9)

1#滑坡滑体从后缘启动后经铲刮两侧沟壁,携带了沟道中的碎屑堆积层沿沟谷受地形控制向下运动,经两次碰撞后运动方向由S变为SE,再次碰撞旋转后转为S向,碎屑流滑动1.2km后停止,碎屑流覆盖区的植被和沟道被严重破坏。因此,1#滑坡是一处由地震诱发的高速远程黄土滑坡-碎屑流灾害。野外实地调查发现,滑坡后缘上方的平台上发育有多处直径为2-4m的落水洞,滑坡后壁近似直立,后壁在滑动过程留下的磨光面和擦痕明显(图9),滑移区沟谷两侧山体开裂,裂缝宽度约10-25cm,长约50m。滑体碎屑流移动区堆积体主要由1-5cm大小不一的碎石和黄土组成,含水量大,在强降雨诱发下极有可能发生碎屑流,威胁流通区的道路和耕地。

图9 挖木池黄土滑坡滑移区及1#滑坡后壁擦痕(照片位置见 图8a) Fig.9 Features and the scratches of back edge of the Wamuchi 1# loess landslides-debris flows

2#滑坡位于1#滑坡的东侧180m处,也属于地震诱发的滑坡-碎屑流类型,滑动长度为510m,宽约200m,滑体面积约3.3×104m2,滑坡堆积体体积近10×104m3

7月21日,岷县地震区24小时降水量为20.2mm,为强降雨级别。降雨入渗马兰黄土[26]深部,造成土体含水量达24.53 % ,处于近饱和状态[28]。因此,在NE向次级断裂破碎带上地震动触发下,挖木池滑坡从后缘启动,受地形控制发生碰撞铲刮,土体发生液化后变成碎屑流和泥流性质,并在重力作用下沿沟谷发生搬运堆积,距离达1.2km。

3.2 堡子滑坡

该滑坡位于岷县维新乡的堡子村的洮河左岸,滑体中部经纬度为34°39′54.57″N,103°55′34.41″E,因岷县地震MS5.6级强余震触发。滑坡后缘高程2420m,前缘高程2276m,高差为144m,滑坡体长度约400m,宽度约200m,平均厚度约12.5m,方量约100×104m3,该滑坡堵塞公路约500m,掩埋房屋12户100余间,造成2人死亡。

野外调查认为洮河右岸的后寨、 白崖湾和红台村等地区有多期的泥石流堆积物。堡子滑坡的西侧发育一条现代泥石流沟,泥石流堆积物直接覆盖在洮河左岸的河漫滩上。

对比2012年5月29日的震前(图10a)和2013年10月24日震后的Google Earth遥感影像(图10b),发现堡子滑坡体原斜坡上的梯田、 道路,坡脚的多处房屋均被错动、 掩埋,灾后滑坡堆积体在遥感影像上呈现灰白色,滑坡体空间呈长条形和多台阶型(图10b)。震后笔者野外调查发现,该滑坡后壁发育于一处古滑坡的直立后壁上,本次滑坡后缘顶部距古滑坡后缘顶部距离约为20m(图11)。滑坡在主震和强余震的诱发下整体向下短距离滑动,滑动距离约60m,滑体将前缘堡子村公路左侧的100余间房屋向前推动15m并掩埋。滑体后部地形反翘形成一个鼓丘,滑坡左边界明显可见滑坡滑动过程中留下的磨光面和擦痕。

图10 堡子黄土滑坡灾前灾后遥感影像对比图 (a)灾前; (b)灾后; 遥感影像均来自Google Earth Fig.10 Before and after remote sensing images of the Baozi loess landslide

图11 维新乡堡子黄土滑坡滑移区及滑坡侧壁擦痕 Fig.11 Features of landslides slipping zone and the scratches sidewalls of Baozi loess landslide in Weixin town

堡子滑坡受控于两条NE向的拉张、 平行、 次级断裂,断裂从滑坡后缘的老湾里一直延伸到洮河,并造成山体拉裂形成宽40-90m,深20m的宽大裂缝,断裂伸展方向与滑坡滑动方向一致,在该断裂破碎带的控制下,堡子村地区古滑坡、 现代滑坡、 泥石流均较发育。

4 地震地质灾害主控因素分析

岷县-漳县地震区的主要活动断裂有NWW向伸展的临潭-宕昌断裂、 NW向的韩家山-梅川镇断裂(临潭-宕昌断裂的次级分支断裂),以及多条NW和NE向与主断裂近似平行或斜交的规模不等的次级分支伴生断裂等[29](见 图2,图6图7),其中临潭-宕昌断裂呈弧形展布,方向为 290°-310°; 韩家山-梅川镇断裂呈近似直线分布,走向为 317°-320°,这些断裂与地质灾害分布都有一定关系。

进一步研究发现,本次地震震中岷县梅川镇位于韩家山-梅川镇断裂、 临潭-宕昌断裂的另外一条分支断裂以及NE向多条断裂的交汇处,应该是3条断裂共同控制而发生,震中的区域构造应力场表现为青藏高原隆升并向北挤压,在高原东北部形成了NE向的挤压应力场,造成了NW向的韩家山-梅川镇断裂挤压逆冲和左旋走滑、 NE向的次级张裂断裂。地震诱发的地质灾害空间上主要分布在梅川镇永光村至韩家山一带,与NW向的韩家山-梅川镇挤压断裂以及两侧的次级NE向断裂伸展方向一致(图12),因此与韩家山-梅川镇断裂关系最为密切,而与NWW向的临潭-宕昌断裂有一定距离,这一现象已有学者[30]提到,并认为二者的距离约10km,且推测岷县漳县地震的发震构造可能不是临潭-宕昌断裂,而是其北侧的一条分支。根据中国地震局地球物理研究所发布的主震震源机制解结果认为岷县漳县地震的事件类型为略带走滑分量的逆冲型地震(http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/468/553/100500/100512/2013072310244082 2156174/index.html),地震断裂面走向为NW向,与韩家山-梅川镇断裂近似平行。因此,无论从主震震源机制解的破裂面走向,还是地震地质灾害点的集中分布区,笔者推测本次地震的发震断裂应该是NW向展布的韩家山-梅川镇断裂,其活动性质表现为挤压性质。梅川镇永光村挖木池滑坡和堡子滑坡两个大型滑坡的发生都与NE向的韩家山-梅川镇次级断裂有关。尤其是挖木池滑坡位于NW向挤压断裂与NE向拉张断裂的交汇处,受断裂控制更明显,堡子滑坡受控于NE向张裂隙,后者控制了多处山梁造成塌陷,挖木池滑坡同样受控NE向的多条拉张裂隙。

图12 韩家山-梅川镇断裂与地质灾害点展布特征 震源机制解来自中国地震局地球物理研究所,http://www.cea.gov.cn,断裂来自笔者遥感解译结果 Fig.12 The distribution characteristics relationships of geohazards and Hanjiashan-Meichuan faults
5 结论

文章通过对2013年7.22日岷县-漳县MS6.6级地震诱发地质灾害现场调查和室内分析,总结了本次地震地质灾害的成灾类型、 空间分布规律和典型滑坡特征,研究了岷县地震的发震构造及地质灾害的关系,主要认识如下:

(1)岷县地震诱发的地质灾害类型有小型、 中型的崩塌、 滑坡、 泥石流和不稳定斜坡等,大型滑坡灾害有2处,分别为挖木池滑坡和堡子村滑坡。地质灾害总体表现为灾害数量多、 分布范围广,与发震断裂、 地震烈度、 水系以及地形地貌关系密切。

(2)地质灾害沿发震断裂呈带状分布且主要分布在距断裂带4.3km范围内,沿洮河水系呈线状分布且主要集中在距离水系1.5km的范围内,反映了活动断裂、 河流侵蚀切割对滑坡灾害发生的控制性作用。地质灾害密集区的地形坡度集中在10°-30°,占灾害点总数的70.1 % ; 地貌高程上集中在2000-3000m,占了灾害点总数的84.4 % 。

(3)岷县漳县地震诱发的地质灾害主要集中在NW向的岷县禾驮乡拉路村至维新乡堡子村一带,与韩家山-梅川镇断裂的延伸方向一致,反映了该断裂对地质灾害的控制性作用。

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STUDY ON THE DISTRIBUTION CHARACTERISTICS OF GEOHAZARDS AND THE CAUSATIVE TECTONIC OF THE MINXIAN-ZHANGXIAN MS6.6 EARTHQUAKE ON 22 JULY, 2013, GANSU, CHINA
Yin Zhiqiang, Xu Yongqiang, Chen Hongqi, Zhang Yongjun, Zhao Wuji    
(① China Institute of Geo-environment Monitoring, Beijing 100081, China;Gansu Institute of Geo-Environment Monitoring, Lanzhou 73000;China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083)

Abstract

The developmental characteristics of geohazards induced by earthquake and causative tectonics are important issues of scientific and technological research fields for geohazards prevention and mitigation. In this paper, based on the field survey of the area influenced by the Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake on 22 July, 2013, Gansu Province, China, the types, spatial distribution characteristics and typical cases of geohazards are investigated, and the causative tectonics in the region were also analyzed. Some conclusions are obtained: 1)The scales of loess collapses and landslides induced by the earthquake are mainly small and medium, and the number of geohazards distributed widely after the earthquake. The geohazards induced by the earthquake are concentrated in two belts: one is along seismogenic fault, and the other is along the Tao River and within 1.5km distance from the river; 2)The geohazards concentrated areas are closely coincides with the meizoseismal area and mainly distributed in terrains slope of 10°~30° and geomorphology elevation of 2000~3000m, and the ratios of geohazards in these two kinds of the total number of geohazards in the study area are 70.1% and 84.4% respectively; 3)The causative tectonics of the Minxian-Zhangxian earthquake is likely the secondary branch faults of the Lintan-Tanchang Fault, which is the Hanjiashan-Meichuan Fault, the centralized areas distribution of geohazards are controlled by the Hanjiashan-Meichuan Fault, and the key triggering factors of Baozi large scale landslide and the Wamuchi large scale landslide are the NE secondary faults of the Lintan-Tanchang Fault.

Key words     Minxian-Zhangxian earthquake    geohazards    landslides    key triggering factors