陶媛胡凱衡?┨鎘樂歇?葛永剛?┏灤順?

摘要：2014年8月3日16時30分，云南省昭通市魯?shù)榭h發(fā)生Ms6.5級地震，地震誘發(fā)大量崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡等次生山地災害。結合現(xiàn)場調查，通過遙感圖像共解譯次生山地災害點235處，災害面積約8.59 km2?；贕IS空間分析方法，利用次生山地災害面積百分比及中心點密度2個參數(shù)，研究次生山地災害分布規(guī)律與地震的關系；同時選取高程、坡度、坡向、巖性、距河流距離等因子統(tǒng)計分析了地形、巖層及河流對次生山地災害空間分布的影響。研究區(qū)次生山地災害面積百分比約為079%，中心點密度約為02 個·km-2。結果表明：次生山地災害點的排列受NE向昭通—魯?shù)橹鲾嗔芽刂疲?383%的次生山地災害發(fā)生在發(fā)震斷裂帶2～8 km范圍內，距震中越遠，次生山地災害發(fā)育率越低；次生山地災害集中分布在1 000～1 200 m高程之間和35°～45°坡度范圍內，而20°～30°坡度范圍內次生山地災害中心點密度和面積百分比最大；碳酸鹽巖等硬巖地層上次生山地災害最為發(fā)育，而軟巖地層中多引發(fā)高陡坡次生山地災害；次生山地災害整體上沿牛欄江呈線狀分布，隨著距河流距離的增加，其發(fā)生概率逐漸減小。

關鍵詞：魯?shù)榈卣?；次生山地災害；空間分布；GIS；中心點密度；面積百分比；云南

中圖分類號：P694文獻標志碼：A

0引言

2014年8月3日16時30分，云南省昭通市魯?shù)榭h（27.1°N，103.3°S）發(fā)生Ms6.5級地震。極震區(qū)烈度為Ⅸ度，震源深度為12 km。截至2014年8月15日，魯?shù)榈卣鸸苍斐稍颇鲜?、四川省、貴州省10個縣（區(qū)）受災，因災死亡617人，失蹤114人，受災人口108.84萬人， 2.58萬戶8.09萬間房屋倒塌，致使交通、電力、通訊、水利等基礎設施受損嚴重[13]。魯?shù)榈卣鹫鸺壐撸鹪礈\，釋放能量大，破壞力強。災區(qū)地質條件復雜，地勢陡峭。本次地震誘發(fā)了大量滑坡、崩塌、堰塞湖等次生山地災害，對災區(qū)房屋與道路交通等基礎設施以及生命財產構成極大威脅[45]。地震次生山地災害（簡稱“次生災害”）因其巨大的致災力而廣泛引起關注。地震學家、地質工程學家已在動力學機理方面開展了大量研究[611]，但由于地震運動和地表響應等的復雜性，現(xiàn)有研究更多的是利用統(tǒng)計方法，分析研究地震次生災害與環(huán)境因子的關系。研究次生災害的分布規(guī)律有助于預測未來在類似條件下引發(fā)次生災害的風險程度[1214]。

在現(xiàn)場調查及收集相關資料基礎上，本文定量分析了次生災害與地震條件及外界環(huán)境因子之間的關系，歸納總結了此次地震誘發(fā)的次生災害分布及主要特征，目的在于認識云南魯?shù)榈卣鹩|發(fā)的次生災害分布規(guī)律與特征，找到易發(fā)因子區(qū)間，為次生災害防災減災服務。

1研究區(qū)概況

魯?shù)榭h位于云南省東北部的牛欄江北岸、云貴高原向四川盆地過渡的傾斜地帶，呈典型的高原山地構造地貌（圖1）。區(qū)內地勢東西兩側高，中間低平，山高坡陡，平均海拔1 685 m，相對高差3 773 m[15]。地貌錯綜復雜，有深切中山、中切中山、巖溶高原、混合丘原、高原湖積盆地、斷陷河谷壩等[16]。

圖1云南魯?shù)榈卣鸫紊鸀暮c分布

Fig.1Distribution of Secondary Disaster Points Triggered by Ludian Earthquake in Yunnan

本區(qū)地層出露較齊全，除下志留統(tǒng)、侏羅系、白堊系及早第三系缺失外，其余自震旦系上統(tǒng)至第四系均有分布。研究區(qū)內主要分布有松散巖、碳酸鹽巖、碳酸鹽巖夾碎屑巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖、碎屑巖、噴出巖等6種巖類[17]。

該地區(qū)在構造上位于川滇北向構造——小江斷裂帶之東緣與其東側的NE向構造結合部位，NE向構造（包括NNE向構造）幾乎遍布全境，與NS向構造共同組成區(qū)內的主干構造。區(qū)內地質構造和地震活動強烈，此次魯?shù)榈卣鸬陌l(fā)震機制為以NW向包谷垴—小河斷裂的左旋走滑型為主，兼有少量高傾角正斷傾滑，使地層錯動。該地震產生了走向342°、長約22 km的地表破裂帶，整個破裂面積為2276 km2，平均滑動量為016 m，地震破裂主要從NW向SE擴展[1819]。

2次生災害分布特征分析

以災后無人機航拍影像及高分辨率衛(wèi)星遙感解譯為主，結合現(xiàn)場實際調查結果，本次研究建立了云南魯?shù)榈卣鸫紊鸀暮?shù)據(jù)庫，共計235個次生災害，總面積約為859 km2，主要分布在包谷垴鄉(xiāng)、紙廠鄉(xiāng)、老店鎮(zhèn)、新店鎮(zhèn)、火德紅鄉(xiāng)及龍頭山鎮(zhèn)等6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，轄區(qū)面積約為1 082 km2（圖1）。6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)次生災害面積百分比為079%；次生災害中心點密度為02 個·km-2。

在ArcGIS平臺上，以1∶10 000等高線矢量圖作為基礎地理地圖，制作數(shù)字高程模型（DEM），空間分辨率為5 m×5 m，投影坐標為WGS_1984_UTM_Zone_48N?；诮庾g結果和數(shù)字高程模型衍生數(shù)據(jù)，利用次生災害面積百分比與中心點密度2個參數(shù)，統(tǒng)計災害點距發(fā)震斷裂帶距離、等烈度緩沖區(qū)及距震中距離的分布情況，分析次生災害的空間分布規(guī)律；同時，分別考慮地形條件、地層巖性、河流等環(huán)境因子，分析在地震外力作用下次生災害的易發(fā)高程、坡度、坡向、巖層及與河流的空間位置關系。

地震誘發(fā)的次生災害主要包括崩塌、滑坡、碎屑流等，它們的共同特征為地表物質的空間位移，且對所觸及區(qū)域的建筑物、植被等具有毀滅性破壞。同時，震后遙感影像的數(shù)據(jù)量有限，且有多處厚云層干擾，因此，根據(jù)其相似的影像特征及破壞結果未對其做進一步區(qū)分，而是進行統(tǒng)一分析[20]。

2.1次生災害分布與地震的關系

2.1.1受主斷裂帶控制明顯

基于方向分析（標準差橢圓）方法，對次生災害空間分布進行分析。結果表明，災害點主要分布在約151 km2的近似橢圓形區(qū)域，旋轉角度為11845°，其長軸近NW向（約17 km），短軸近NE向（約12 km）。次生災害點的空間排列大致沿NE向昭通—魯?shù)橹鲾嗔哑叫蟹植迹▓D2），而與發(fā)震斷裂（包谷垴—小河分支斷裂）大致垂直。雖然昭通—魯?shù)橹鲾嗔巡皇前l(fā)震斷裂，但是它控制了局部的地形和河流走向，從而影響了次生災害的空間分布，這與汶川地震次生災害沿發(fā)震斷裂分布有顯著的不同。

災害的分布也受局部的地質構造影響。在龍頭山鎮(zhèn)NW向跨有SN向背斜褶皺；在地震作用下，該背斜褶皺附近引發(fā)大量次生災害。龍頭山鎮(zhèn)、包谷垴鄉(xiāng)、火德紅鎮(zhèn)等重災區(qū)次生災害集中或成片分布，而在距離斷裂帶較遠的紙廠鄉(xiāng)、老店鎮(zhèn)、新店鎮(zhèn)等地則呈零散點狀分布（圖3）。

圖2次生災害空間方向分布

Fig.2Spatial Orientation Distribution of Secondary Disasters

圖3次生災害點與發(fā)震斷裂帶分布的關系

Fig.3Distribution Relationship Between Secondary Disaster Points and Earthquake Fault Zone

圖4次生災害與發(fā)震斷裂帶的關系

Fig.4Relationship Between Secondary Disasters and Earthquake Fault Zone

以2 km為間距劃分發(fā)震斷層緩沖帶，分別統(tǒng)計每個緩沖帶內的次生災害覆蓋面積、災害點數(shù)量、次生災害中心點密度和面積百分比（圖4）。由圖4可以看出：地震所引起的次生災害在垂直發(fā)震斷裂帶的方向上跨度大致為16 km，主要分布在2～8 km范圍內，在第3緩沖帶（即4～6 km內）次生災害點數(shù)量最多，達62個[圖4（a）]；次生災害中心點密度和面積百分比的峰值也在第2緩沖帶和第3緩沖帶，表現(xiàn)出更大的地震次生災害易發(fā)性[圖4（b）]?？傮w來看，離發(fā)震斷裂帶越遠，災害點數(shù)量及受災面積越少。

2.1.2集中分布于Ⅷ度烈度區(qū)

魯?shù)榈卣鹱罡吡叶葹棰?，等震線長軸總體呈NNW向（圖1），Ⅵ度以上烈度區(qū)總面積為10 350 km2[18]，分別分布在龍頭山鎮(zhèn)、包谷垴鄉(xiāng)及火德紅鎮(zhèn)境內。對各烈度范圍內的次生災害點數(shù)量、次生災害面積、次生災害中心點密度和面積百分比進行空間統(tǒng)計分析（表1）。由表1可以看出：地震次生災害主要分布于Ⅷ度烈度范圍內，

次生災害點數(shù)量最多，占總次生災害點數(shù)量的579%；而Ⅸ度烈度區(qū)雖然次生災害點數(shù)量僅為Ⅷ度烈度區(qū)的1/2，次生災害面積卻高達474 km2，災害點分布最為密集，次生災害中心點密度及面積百分比均遠大于Ⅷ、Ⅶ度烈度區(qū)；Ⅶ度烈度區(qū)次生災害面積為048 km2，次生災害中心點密度僅為007 個·km-2。這說明烈度越小，次生災害的發(fā)生概率及發(fā)生強度越小。

表1次生災害點分布與地震烈度的關系

Tab.1Relationship Between Distribution of Secondary Disaster Points and Seismic Intensity

烈度等級次生災害面積/km2次生災害點數(shù)量次生災害面積百分比/%次生災害中心點密度/（個·km-2）

Ⅸ4.746473.065.41

Ⅷ3.3413654.801.34

Ⅶ0.48355.170.07

2.1.3震中距分析

以2 km劃分次生災害相對于震中的緩沖區(qū)，獲取次生災害點數(shù)量、次生災害面積等分布情況（圖5）。從圖5可以看出，魯?shù)榈卣鸫紊鸀暮嗾鹬凶畲缶嚯x為22 km。距震中10 km范圍內，次生災害面積高達833 km2，超過總面積的95%。在第3緩沖帶（即4～6 km范圍內），次生災害點數(shù)量及災害面積均達到峰值[圖6（a）]。從圖6（b）可以看出：次生災害中心點密度、面積百分比在距震中2～4 km區(qū)域內分別為122 個·km-2和485%，均為其最大值，說明距震中2～4 km區(qū)域為地震引發(fā)次生災害的高易發(fā)區(qū)；而在距震中8～10 km區(qū)域內，盡管次生災害點數(shù)量少，次生災害中心點密度較小，面積百分比卻出現(xiàn)一個小波峰，為277%，表明距震中8～10 km區(qū)域內發(fā)生少量較大型次生災害。隨著震中距越遠，次生災害中心點密度和面積百分比整體上呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。

2.2次生災害分布與環(huán)境因子的關系

2.2.1地形

斜坡坡度、坡形等地表幾何形態(tài)對斜坡內部應力大小和分布以及斜坡的穩(wěn)定性起決定性作用。斜坡越高陡，穩(wěn)定性越差，在地震波的作用下，發(fā)生變形破壞的可能性更大。本文選用高程、坡度、坡向作為地形因子，分析與地震次生災害的分布關系。

圖5次生災害的震中距分析

Fig.5Epicentral Distance Analysis of Secondary Disasters

圖6次生災害與震中距的關系

Fig.6Relationships Between Secondary Disasters and Epicentral Distance

變量A代表次生災害點數(shù)量（單位：個）、次生災害面積（單位：km2）及中心點密度（單位：個·km-2）；變量B代表次生災害點

數(shù)量（單位：個）及次生災害面積（單位：km2）；變量C代表次生災害中心點密度（單位：個·km-2）及面積百分比（單位：%）

圖7次生災害與環(huán)境因子的關系

Fig.7Relationships Between Secondary Disasters and Environmental Factors

（1）高程。研究區(qū)域海拔高程范圍為880～3 400 m，以200 m為間距劃分數(shù)字高程模型，對次生災害的分布情況進行分級統(tǒng)計[圖7（a）]。由圖7（a）可以看出：864%的次生災害分布在880～1 600 m之間，而該高程范圍的區(qū)域面積僅占研究區(qū)面積的149%；以880～1 000 m之間的次生災害中心點密度最高，達55 個·km-2，而面積百分比僅為85%，表明該高程范圍的災害數(shù)量相對較為密集，且多為小型次生災害；次生災害面積百分比峰值處于高程1 000～1 200 m之間，中心點密度為3.3 個·km-2，說明該區(qū)域內次生災害發(fā)育最為劇烈，災害面積也較大。結合遙感影像可知，魯?shù)榈卣鹫T發(fā)的次生災害主要分布于峽谷區(qū)。地勢越高，次生災害中心點密度及面積百分比逐漸下降。

（2）坡度。通常情況下，盡管沒有地震等誘發(fā)條件，斜坡越陡，引發(fā)次生災害的可能性也越大。在ArcGIS平臺中，由數(shù)字高程模型生成坡度圖，區(qū)域內平均坡度為25°。根據(jù)次生災害發(fā)育情況，以10°為間隔對其進行分級，分別統(tǒng)計分析每個坡度范圍的次生災害數(shù)量、面積、中心點密度及面積百分比[圖7（b）]。結果表明：9149%的地震次生災害集中在坡度15°～55°范圍內；在35°～45°坡度區(qū)域內，次生災害點數(shù)量最多；在45°～55°坡度區(qū)域內，次生災害中心點密度及面積百分比均為最大值，表明該區(qū)域為次生災害主要發(fā)生帶。分析其原因可能是，從緩變陡的轉折部位對地震波具有明顯的放大效應，使次生災害發(fā)生的可能性增大[21]。

變量D代表次生災害面積（單位：km2）及中心點密度（單位：個·km-2）

圖8次生災害與坡向的關系

Fig.8Relationships Between Secondary Disasters and Aspacts

（3）坡向。本文采用八方向進行坡向分析。0°為正北向，337.5°～22.5°為北，22.5°～67.5°為東北，以45°順時針遞增，直到西北向為止[22]（圖8）。次生災害主要分布在西、南、東南坡向上，在西坡向的次生災害中心點密度最大，為049 個·km-2。在南坡向上，次生災害中心點密度雖僅為023 個·km-2，但面積百分比最大，為203%，表明大面積的次生災害主要分布于南坡向上。分析其原因主要是，魯?shù)榈卣馂橐淮胃邇A角左旋走滑型地震，地震最大主應力為NWW向，西坡向更易發(fā)生破壞。魯?shù)榈卣鹞挥谛『訑嗔押桶熔駭嗔训穆?lián)接處，為NW向，地震波強度主要是沿著發(fā)震斷裂帶方向呈衰減趨勢[2，23]，在西、西南、南坡向為迎著地震波傳播方向，東、北東、北坡向均為背著地震波傳播方向。由此可見，魯?shù)榈卣鹫T發(fā)的次生災害主要發(fā)生在迎著地震波傳播方向上。

2.2.2地層巖性

（1）巖性分析。研究區(qū)巖性可概括為噴出巖、碎屑巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖、碳酸鹽巖、松散巖和碳酸鹽巖夾碎屑巖等6類。對次生災害在各地層中的分布進行空間統(tǒng)計分析（圖9、表2）。次生災害在除松散巖外的5類巖層中均有發(fā)育，在碳酸鹽巖等硬巖

表2次生災害與巖性的關系

Tab.2Relationship Between Secondary Disasters and Lithology

巖性次生災害面積/km2次生災害中心點密度/（個·km-2）次生災害面積百分比/%

噴出巖0.990.060.32

碎屑巖0.910.150.29

碎屑巖夾碳酸鹽巖2.200.050.71

碳酸鹽巖3.940.421.27

碳酸鹽巖夾碎屑巖0.520.080.17

地層最為發(fā)育，次生災害中心點密度及面積百分比均為最大值，分別為0.42 個·km-2和127%，表明該地層中的次生災害數(shù)量大，災害面積廣。碎屑巖等軟巖的次生災害發(fā)育程度次之，次生災害中心點密度為015 個·km-2，面積百分比僅為029%，說明軟巖地層上雖次生災害數(shù)量較多，但多為小面積災害體。

圖9次生災害與巖層分布的關系

Fig.9Relationships Between Secondary Disasters and Strata Distribution

（2）坡度與巖性綜合分析。為了深入研究不同地層中坡度對次生災害的影響，本文以10°坡度分帶，分別計算了碳酸鹽巖等硬巖地層和碎屑巖等軟巖地層的次生災害中心點密度和面積百分比（圖9）。由圖9可以看出：碳酸鹽巖地層的次生災害中心點密度、面積百分比峰值均集中在35°～45°坡度范圍內，說明硬巖地層的次生災害均發(fā)生在坡度較平緩地帶；對于碎屑巖，次生災害中心點密度及面積百分比峰值位于45°～55°坡度區(qū)域內，表明在軟巖地層中多發(fā)生陡坡次生災害。

2.2.3河流

實際調查表明，絕大部分次生災害點都是沿牛欄江深切河谷及其支流的兩岸分布。圖10（a）為牛欄江龍頭山—包谷垴段魯?shù)榈卣鸷蟾叻直媛市l(wèi)星遙感影像（分辨率2 m），高亮區(qū)域即為次生災害體。

對河流緩沖帶內次生災害的分布進行統(tǒng)計分析[圖10（b）]。8042%的次生災害分布在距河流600 m范圍內，其中0～200 m范圍內分布最多；次生災害中心點密度最大為2201 個·km-2，面積百分比也達到峰值，為429%，表明魯?shù)榈卣鹫T發(fā)的次生災害主要沿河流呈線狀分布，離河岸越遠，次生災害面積百分比及中心點密度均呈下降趨勢。

變量E代表次生災害點數(shù)量（單位：個）及次生災害中心點密度（單位：個·km-2）

圖10次生災害與河流的關系

Fig.10Relationships Between Secondary Disasters and River

3結語

（1）云南魯?shù)榈卣鹪诖蠹s1 082 km2范圍內引發(fā)235處次生災害，災害面積約為859 km2。研究區(qū)次生災害面積百分比約為079%，中心點密度約為02 個·km-2，主要分布在約151 km2的近似橢圓形區(qū)域，災害點的空間排列走向大致沿NE向昭通—魯?shù)橹鲾嗔哑叫蟹植?，而與發(fā)震斷裂包谷垴—小河分支斷裂大致垂直。這一點與主斷裂發(fā)震（如汶川地震）引發(fā)的次生災害有顯著的不同。

（2）距離發(fā)震斷裂帶越近，次生災害發(fā)育率越高。災害點集中分布在距離發(fā)震斷裂帶2～8 km范圍內。在4～6 km范圍內，次生災害點數(shù)量最多（62個），次生災害中心點密度為088 個·km-2，面積百分比也達峰值（46%）。95%以上的次生災害分布在距震中10 km范圍內，在4～6 km范圍內，次生災害點分布數(shù)量及災害面積均達到峰值。此次次生災害主要分布在Ⅷ度烈度區(qū)內，其中Ⅸ度烈度區(qū)次生災害中心點密度最大（541 個·km-2）， 面積百分比也最大（7306%）。

（3）云南魯?shù)榈卣鸫紊鸀暮Χ喾植加诤０胃叱?80～1 600 km范圍內，集中分布在15°～55°坡度范圍，在35°～45°坡度區(qū)次生災害點數(shù)量最多；西、南、東南坡向上更易引發(fā)災害，在西向的次生災害中心點密度最大為0.49 個·km-2，而大面積的次生災害聚集于南坡向上。在碳酸鹽巖等硬巖地層，次生災害最為發(fā)育，次生災害中心點密度和面積百分比分別為042個·km-2和127%；碎屑巖等軟巖地層上雖次生災害點數(shù)量較多，但多為小面積災害；硬巖地層的次生災害均發(fā)生在35°～45°坡度范圍內，軟巖地層多集中在45°～55°陡坡范圍內。沿著河流水系，次生災害主要呈線狀分布，離河岸越遠，次生災害規(guī)模越小。

（4）2001年以來，中國西南地區(qū)地震活動顯著增強，已進入構造運動明顯增強階段。云南魯?shù)榈卣鹗抢^汶川地震、蘆山地震后的又一次破壞性地震。這幾次地震均引發(fā)了嚴重的次生災害，造成了重大的生命財產和經濟損失。蘆山地震引發(fā)的次生災害有703處，災害總面積僅12 km2，而汶川地震次生災害總面積為541.24 km2，是魯?shù)榈卣鸬?3倍，是蘆山地震的451倍。雖然魯?shù)榈卣鸨忍J山地震震級小，但由于震源更淺，地形起伏大，地質環(huán)境惡劣，房屋抗震性能差，從而造成的人員傷亡、財產損失、次生災害遠比蘆山地震嚴重。同時，魯?shù)榈卣鹌茐牧Ψ浅４螅鸺壪鄬^小，高烈度區(qū)域范圍顯著小于汶川地震，遠小于汶川地震的危害程度。

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