黃潤(rùn)秋

我國(guó)是一個(gè)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)且損失極為嚴(yán)重的國(guó)家。目前，近30萬(wàn)處登記在冊(cè)的地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)，分布在2/5的國(guó)土上；400余座縣城，近5000座集鎮(zhèn)，約1/2的人口受到地質(zhì)災(zāi)害的影響。地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)構(gòu)成巨大威脅，造成重大損失，已成為影響我國(guó)社會(huì)公共安全的重要因素?？傮w來(lái)說，地質(zhì)災(zāi)害主要分布在我國(guó)南方地區(qū)，由于當(dāng)?shù)厝丝诒姸啵缘刭|(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)更高。

中國(guó)地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)特別高有幾個(gè)主要原因。一是復(fù)雜的地貌景觀。從西部到東部，從青藏高原到黃土高原、四川盆地，最后到東部的丘陵、平原、三角洲地區(qū)，形成了三級(jí)地形過渡帶，為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了地理基礎(chǔ)。二是活躍的構(gòu)造環(huán)境。我國(guó)的地震構(gòu)造背景，特別是板內(nèi)地震強(qiáng)烈。三是特殊的巖土性質(zhì)。我國(guó)不僅大的宏觀地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且各區(qū)域巖土的基本特性也很復(fù)雜，特別是在高海拔地區(qū)。四是迥異的氣侯特征。這么多復(fù)雜的特征共同存在，決定了中國(guó)是一個(gè)地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)極高、地震災(zāi)害發(fā)生頻繁的國(guó)家。

地震與滑坡災(zāi)害

中國(guó)的地質(zhì)災(zāi)害特別是滑坡災(zāi)害，總的來(lái)說分為三類：重力滑坡、地震滑坡、降雨滑坡，地震滑坡和降雨滑坡是主要類型。其中，地震滑坡必須有兩個(gè)條件：地震帶和比較復(fù)雜的地形。毫無(wú)疑問，在我國(guó)青藏高原周邊地帶，特別是南北向地震帶上，都具有符合這兩個(gè)條件最好的基礎(chǔ)。一方面，它們位于南北向的地質(zhì)構(gòu)造上，青藏高原板塊和揚(yáng)子板塊剛性碰撞，板內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)非常強(qiáng)烈，處于強(qiáng)震活躍地帶；另一方面，在那里，青藏高原向云貴高原和四川盆地過渡，地形復(fù)雜。在這樣的背景下，青藏高原東側(cè)頻繁發(fā)生強(qiáng)震，同時(shí)觸發(fā)大量地震滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

近年來(lái)，尤其在汶川地震以后，我們對(duì)近200年以來(lái)地震帶上的地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)基本上每次強(qiáng)震都會(huì)觸發(fā)群體性的地質(zhì)災(zāi)害，都會(huì)導(dǎo)致大規(guī)?；拢一碌臄?shù)量與震級(jí)的關(guān)系非常密切。

地震引發(fā)的次生災(zāi)害中有三個(gè)科學(xué)問題值得我們深入思考。

第一，強(qiáng)震是如何觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的，機(jī)理是什么？在強(qiáng)震情況下，斜坡是怎么失穩(wěn)的，怎么滑下來(lái)的？

第二，震后地質(zhì)災(zāi)害如何表現(xiàn)，也就是它的后效應(yīng)如何表現(xiàn)。強(qiáng)震是一個(gè)瞬時(shí)事件，但是強(qiáng)震以后的地質(zhì)災(zāi)害是一個(gè)長(zhǎng)期事件。怎么認(rèn)識(shí)強(qiáng)震以后地質(zhì)災(zāi)害的后效應(yīng)？它的發(fā)生過程有什么規(guī)律？

第三，如何發(fā)現(xiàn)和防控強(qiáng)震后的地質(zhì)災(zāi)害？

這三個(gè)科學(xué)問題是擺在我們面前比較具有挑戰(zhàn)性的問題。以慘烈的汶川地震為例，可以回答這三個(gè)問題中的大部分內(nèi)容，特別是第一個(gè)問題。汶川地震中，形成的地震破裂帶總長(zhǎng)近300公里，觸發(fā)滑坡和崩塌61000余處，造成8萬(wàn)多人死亡，其中因?yàn)榛聦?dǎo)致的死亡人數(shù)達(dá)到2.5～3.0萬(wàn)人，占死亡總?cè)藬?shù)的1/3。

通過對(duì)發(fā)生滑坡、崩塌位置的數(shù)據(jù)整理，我們發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律：地震滑坡都是沿著地震斷裂帶分布；地震滑坡受水系、地形以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響。

通過對(duì)汶川地震的研究發(fā)現(xiàn)，汶川地震引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害所具有的現(xiàn)象和特征已經(jīng)難以采用通常的術(shù)語(yǔ)去描述，為此我們定義了若干新的詞語(yǔ)，如震裂、潰滑、潰崩、拋射等，用以描述強(qiáng)震過程中坡體破壞的基本過程和特征。在此基礎(chǔ)上，將強(qiáng)震條件下斜坡失穩(wěn)機(jī)制劃分為五大類、14個(gè)小類，建立了新的強(qiáng)震誘發(fā)崩滑地質(zhì)災(zāi)害的成因機(jī)制分類體系。

汶川地震中，潰滑型滑坡是主要類型，山體結(jié)構(gòu)在地震中受到摧毀，像一盤散沙一樣潰滑下來(lái)。這種滑坡的滑動(dòng)速度很高，滑動(dòng)距離比較遠(yuǎn)，摧毀性很強(qiáng)。從地形上看，這種滑坡由高陡的后緣拉裂和低緩的前緣剪切段構(gòu)成 “L”型滑面，絕大多數(shù)物質(zhì)滑到了坡體的下部，山體上部的破壞以拉破壞為主，山體下部的剪切破壞較少，這是與傳統(tǒng)的重力滑坡不同的地方。安縣大光包滑坡是典型的地震引發(fā)的潰滑型山體滑坡，共產(chǎn)生堆積土石方11.5億立方米，形成的可見后緣斷壁陡壁裸露部分有800米，另外被碎石堆積掩蓋的陡壁還有幾百米。

汶川地震后，很多山體雖然沒有發(fā)生可見的滑坡，但是地震造成山體松動(dòng)，形成震裂山體，具有潛在不穩(wěn)定性。汶川地震后的次生地質(zhì)災(zāi)害如何表現(xiàn)，即后效應(yīng)問題成為困擾災(zāi)后重建和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要問題，它關(guān)系到什么時(shí)間適合重建、怎么建、在哪建的問題。地震觸發(fā)的大量松散物質(zhì)堆積于溝道和坡面，為形成泥石流體提供了條件。在我們后續(xù)的跟蹤研究中，也證實(shí)了這個(gè)現(xiàn)象，斷層的“鎖固段”地區(qū)是地震的高發(fā)區(qū)，這里有大量的滑坡堆積物，也是泥石流的高發(fā)區(qū)。2008年9月，北川縣城遭遇泥石流的二次摧毀。最近十年，已經(jīng)恢復(fù)重建的地區(qū)不同程度地受到次生地質(zhì)災(zāi)害的威脅和破壞。

近十年來(lái)，我們對(duì)震前震后泥石流發(fā)生情況進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)2012-2016年泥石流產(chǎn)生的次數(shù)陡增，如果不加以干涉，汶川地區(qū)的泥石流發(fā)生頻率估計(jì)需要20～25年才能恢復(fù)到震前水平。這個(gè)結(jié)論的依據(jù)是當(dāng)?shù)氐谋┯昴曛芷?。研究發(fā)現(xiàn)，從上世紀(jì)90年代到近年，汶川地區(qū)的暴雨年周期是4～6年。針對(duì)這個(gè)規(guī)律，我們構(gòu)建了新的基于臨界雨量的泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警模型，能夠?qū)δ嗍鞯陌l(fā)生進(jìn)行預(yù)警，包括災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間和運(yùn)動(dòng)堆積范圍。我們也發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)震后的山區(qū)，泥石流爆發(fā)的臨界降雨量下降了約30% 。對(duì)泥石流治理，可以采用“水砂分流”“水土分離”“柔性排導(dǎo)槽”等新思路和新工藝，解決震后大型泥石流治理的難題，目前已經(jīng)成功治理了清平文家溝、映秀紅椿溝、燒房溝等大型泥石流災(zāi)害。

發(fā)現(xiàn)與防控震后地質(zhì)災(zāi)害

地震導(dǎo)致大量山體震裂、松動(dòng)，形成隱蔽的“震裂山體”，為震后降雨觸發(fā)大規(guī)模泥石流和滑坡提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)還可能形成高位滑坡。怎么識(shí)別、評(píng)估這些震裂山體和它們的潛在風(fēng)險(xiǎn)，才是真正的難題。之所以難，一是發(fā)生部位高，很難開展人工排查；二是隱蔽性強(qiáng)，很容易被植被遮蔽；三是突發(fā)性強(qiáng)；四是破壞性大。

地震不可控，但地震引起的地質(zhì)災(zāi)害是可防可控的，關(guān)鍵是要知道它的規(guī)律。震裂山體有什么規(guī)律？滑坡大都是在震裂山體的基礎(chǔ)上發(fā)生的，地震之前就有裂縫，地震時(shí)又把裂縫加大了，這些都是滑坡發(fā)生的基礎(chǔ)。后來(lái)我們發(fā)現(xiàn)，識(shí)別這一類潛在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵，就是找到震裂山體。怎么找？不外乎兩種手段，地質(zhì)調(diào)查和人工排查的方法，但從實(shí)際情況來(lái)看顯然行不通。經(jīng)過這幾年的探索，我們構(gòu)建了由衛(wèi)星、飛機(jī)、地面?zhèn)鞲衅鳂?gòu)成的“空-天-地一體化多傳感器”的立體觀測(cè)體系。高精度遙感能夠觀測(cè)到不同時(shí)間里山體裂縫的變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在危險(xiǎn)的普查。差分雷達(dá)干涉測(cè)量（D-InSAR）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一地物不同時(shí)間的多次觀測(cè)，當(dāng)該地物的幾何位置發(fā)生了變化，我們認(rèn)為地表發(fā)生形變，以此實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的識(shí)別，其精度可以達(dá)到毫米級(jí)別。利用無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)，我們形成了一套無(wú)人機(jī)航空攝影測(cè)量和三維數(shù)據(jù)處理技術(shù)流程，通過獲取大范圍正射影像、三維地形數(shù)據(jù)，生成地形圖，確定災(zāi)害體邊界，定位地震裂縫，獲取剖面。從地形圖測(cè)量到地質(zhì)填圖，再到災(zāi)害填圖、災(zāi)害識(shí)別，克服了人力難以實(shí)現(xiàn)的難題，并提高了準(zhǔn)確性。我們將激光掃描儀、成像裝置、定位系統(tǒng)、飛行慣導(dǎo)系統(tǒng)等設(shè)備組成一套系統(tǒng)，搭載在無(wú)人機(jī)或直升機(jī)上，形成機(jī)載型激光掃描系統(tǒng)。它的優(yōu)勢(shì)是雷達(dá)信號(hào)可以穿透植被到達(dá)地表，對(duì)地表的“損傷”作高精度探測(cè)。以上四種方法，特點(diǎn)不一樣，不足之處也很明顯，所以一般來(lái)說，能夠把這四種方法綜合運(yùn)用，對(duì)震裂山體的識(shí)別，對(duì)潛在危害和風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別，都會(huì)上一個(gè)新的臺(tái)階。

今后2～3年內(nèi)，我們擬采用這套技術(shù)對(duì)四川西部山區(qū)人口相對(duì)集中的區(qū)域開展大面積的災(zāi)害識(shí)別和核查工作，以此構(gòu)建災(zāi)害的主動(dòng)防御體系，從而改變長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)震后滑坡災(zāi)害被動(dòng)應(yīng)對(duì)的局面，最大限度減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。endprint