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鄒宇等-EG:空間統計分析揭示坡度和斷層距是同震滑坡易發性主要因素

同震滑坡是最具破壞的地震次生災害之一,可以造成大範圍嚴重的破壞,尤其是山區,了解同震滑坡的易發性控制因素是預測潛在地震區同震滑坡易發性、危險性和風險性的基礎,對防震抗災具有重要意義。然而,控制同震滑坡發生的因素衆多,包括氣象水文、地形地貌、地質構造、地層岩性、岩體破碎程度、同震斷層、地震、場地烈度、人類活動、土地利用等,各個因素之間互相影響,互相依存。為此,前人發展了資訊量法、主成分分析法、頻率比法、多元統計方法、邏輯回歸方法、蒙托卡羅方法、模糊數學方法、神經網絡方法等來開展同震滑坡易發性、危險性及風險性的評價。然而由于主要因素不明,現有的研究往往要采集各因素的海量資料,在讨論各因素與同震滑坡空間分布的統計關系上,進而開展潛在震區同震滑坡易發性、危險性及風險性評價,難以高效準确實作同震滑坡空間分布預測。

針對上述重要問題,中國科學院地質與地球實體研究所鄒宇工程師、祁生文研究員、郭松峰副研究員等,以2014年8月3日中國雲南省魯甸縣發生的Mw6.1級地震為例開展研究。該地震由前期未測繪的隐伏斷層(包谷垴-小河斷層)引發,同震滑坡分布并未沿發震斷層兩側展布,如汶川地震等揭示的情況。基于建立的同震滑坡及影響因子資料庫,通過空間分析揭示了同震滑坡空間分布的主要因素。通過對震前、震後山體滑坡資料進行分析,結合圖像解譯和實地調查,在面積為704.7km2的研究區内,共識别出1414個滑坡,建立了魯甸地震滑坡空間資料庫(圖1)。詳細繪制了研究區構造、岩性等地質背景圖。利用地理資訊系統(GIS)分析滑坡的空間特征,通過GIS空間分析,表征了滑坡發生與坡度、高程、坡向、地震烈度、距發震斷層距離(以下簡稱斷層距)、距震中距離、岩性、距非發震斷層距離、距河流距離、距公路距離等因素之間的相關性。

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圖1 魯甸地震位置圖及同震滑坡資料庫

利用空間分析方法,分析了各個因素與同震滑坡易發性之間的關系,在此基礎上,利用曲線下面積方法,對各個因素之間的相關性展開研究。通過統計分析發現,坡度和斷層距是同震滑坡易發性的兩個控制性因素,随着斷層距的增加,同震滑坡發育密度呈明顯的指數下降趨勢,但随着坡度的增大,同震滑坡密度表現出良好的韋伯累積分布(圖2,圖3)。其他因素的影響受到這兩個因素的控制,其對同震滑坡易發性的貢獻通過坡度和斷層距兩個因素得以展現。

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圖2 滑坡密度與斷層距的關系

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圖3 滑坡密度與坡度的關系

以高程為例,分析坡度、斷層距與高程之間的關系。在700-1200m範圍内的高程區域,邊坡坡度在10°以下的百分比約9%,在20°以下的百分比約28%;而在>2700m範圍内的高程區域,邊坡坡度在10°以下的百分比約為30%。在20°以下的百分比約74%。可見,随着高程的增加,邊坡坡度逐漸降低(圖4)。

與此同時,在700-1200m範圍内的高程區域,斷層距在3km内的百分比約為29%,在6km内的百分比約為52%;而在>2700m的高程區域,斷層距在3km内的百分比約為0,在6 km内的百分比約為18%。可見,随着高程的增加,斷層距逐漸增加(圖5)。圖4、圖5闡述了坡度、斷層距與高程的關系,清晰闡明随着高程的增加,滑坡密度逐漸下降的現象是由坡度、斷層距控制的結果(圖6)。

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圖4 高程與坡度之間的關系

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圖5 高程與斷層距之間的關系

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圖6 滑坡密度與高程的關系

該研究表明,對于即使隐伏的同震斷層,其同震滑坡易發性和非隐伏同震斷層易發性類似,比如汶川地震(Qi et al, 2010),坡度和斷層距兩因素是其控制性因素,這一研究對于同震滑坡易發性的預測評價具有重要意義。

研究成果發表于國際學術期刊Engineering Geology (鄒宇,祁生文*,郭松峰,鄭博文,詹志發,何乃武,黃曉林,侯曉坤,劉海洋. Factors controlling the spatial distribution of coseismic landslides triggered by the Mw 6.1 Ludian earthquake in China [J]. Engineering Geology, 2022, 296: 106477. DOI: 10.1016/j.enggeo.2021.106477)。研究得到第二次青藏高原綜合科學考察研究等項目資助(QZKK20190904)。

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美編:陳菲菲

校對:萬鵬