s7.0级地震的地质环境影响分析'> 四川芦山Ms7.0级地震的地质环境影响分析
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摘 要：2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生Ms7.0级地震，此次地震对地质环境的影响备受各界关注。基于遥感解译与震后现场调查，对芦山地震的地质环境影响进行了初步分析。结果发现芦山地震的地质环境影响主要有：诱发较为广泛的崩塌等次生山地灾害，崩塌以小型为主，主要分布在双石—大川断裂带槽谷以及北西向几个深切峡谷段，如S210省道芦山—宝兴峡谷、芦山—双石峡谷、龙门—太平峡谷，其中震中区宝盛、太平镇崩塌密度最大；泥石流动静物源有不同程度增加，崩塌新增了泥石流沟的物源；斜坡上缓坡带也堆积有新的崩塌物源，使震后沟谷泥石流与坡面泥石流发生的概率增加；斜坡震裂现象较普遍，震动引起斜坡表层覆盖层不均匀沉降，宏观上表现为地面开裂、房屋开裂以及公路路基失效等；沙土液化加重灾害程度，震动引起发震断裂槽谷区砂土液化，使发震断裂带上地基失效，震害加重；厚覆盖层场地效应使地震下盘平坝区震害异常，下盘前陆盆地厚覆盖层地区地震波放大效应使芦山县龙门、清仁以及天全县老场、仁义平坝区及斜坡地带震害严重；芦山地震地质环境影响最大的区域是震中区太平—宝盛一带，其次是断裂带下盘5 km—上盘5 km的地带、宝兴县城区域及前陆盆地带。
关键词：芦山地震；地质灾害；地质环境影响；崩塌；斜坡裂缝；沙土液化；路基沉陷
中图分类号：P694；X43 文献标志码：A
Geological Environmental Influence of Lushan Ms 7.0 Earthquake in Sichuan
WANG Yunsheng， QUAN Qing， LUO Yonghong， ZHANG Lei， SHEN Tong
（State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection， Chengdu University of Technology， Chengdu 610059， Sichuan， China）
Abstract： A Ms 7.0 earthquake hitted Lushan county of Yaan city， Sichuan province on April 20， 2013， and the geological environmental influence of the earthquake was concerned. Based on remote sensing interpretation and field survey， the geological environmental influence of Lushan earthquake was analyzed preliminarily. The main geological environmental influences included that Lushan earthquake induced wide spread secondary avalanche mountainous disasters with small scale， which distributed along the trough valley of ShuangshiDachuan fracture zone and the NW gorges cutting structural belts， such as S210 provincial road LushanBaoxing gorge， LushanShuangshi gorge and LongmenTaiping gorge， and the distribution density of avalanche in Baoshen and Taiping towns near the epicenter was largest； the active and stable sources of debris flow were increased by avalanche because of the earthquake； the new sources of avalanche increased in the gullies and gentle slopes， and the probability of gullyshaped and slope debris flows after the earthquake increased； seismic cracking was common in the slopes， and the uneven settlement of slope surface blanket caused by vibration resulted in ground fracturing， building cracking， roadbed failure， etc.； sand liquefaction increased the damage， and the sand liquefaction in trough valley of causative fault caused by vibration resulted in foundation failure above the causative fault； the site effect of thick overburden layer caused the abnormal damage in the river plain which located in the footwall of earthquake， and the amplification effect of earthquake wave in thick overburden layer of footwall foreland basin caused serious collapse and crack， such as the river plain in Longmen and Qingren of Lushan county， Laochang and Renyi of Tianquan county and slope zone； the most serious area of geological environmental influence of Lushan earthquake was TaipingBaosheng near the epicenter， the more serious area was fault zone footwall 5 km to hanging wall 5 km， urban area of Baoxing county and foreland basin.
Key words： Lushan earthquake； geohazard； geological environmental influence； avalanche； slope crack； liquefaction of sand； subsidence of roadbed
0 引 言
2013年4月20日8点2分四川省雅安市芦山县发生ms7.0级地震，震中位于芦山县太平镇（303° N，103.0° E），震源深度13 km，主震持续约26 s（Ms为面波震级）。震源机制解为逆断型兼少量的左旋走滑。据中国地震台网速报，截至5月7日20时，四川芦山“4·20”Ms7.0级地震共记录到余震8 182次，其中30级以上余震122次，包括50～59级4次、40～49级22次、30～39级96次。此次地震震源浅，震中烈度较高（Ⅸ度）。震区地形复杂，中低山区内嵌以河谷平坝、峡谷为主，地震地质灾害较为发育，但在规模及数量上不及汶川地震触发的地震地质灾害。4月20日地震发生后，成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室立即组织专家奔赴灾区，分组对芦山地震地质灾害特征及其地质环境影响进行了调查，第一时间获取了芦山地震地质环境影响的相关信息，为震区地震地质灾害应急抢险和震后地质环境评价提供了第一手基础资料。
1 发震构造特征
川西三角形断块是一个尖端朝东、南北向横断面呈上大下小的断块。以岷山断块东西两侧边界断层为界，川西三角形断块从西向东可进一步划分为3个次级断块：甘孜次级断块、岷山次级断块、摩天岭次级断块。地球物理测深揭示，岷山断块为刚度相对较高的块体。在现今区域构造应力场作用下，川西三角形断块总体向东运动，在运动过程中由于受到岷山断块的阻挡，物质流出现明显的分野。龙门山中段受岷山断块的强力推挤，后山断裂、中央断裂及前山断裂以逆冲兼右旋走滑为主 ；龙门山北段以右旋走滑兼逆冲为主，汶川地震地表破裂显示了龙门山中段与北段断裂运动性质的差异；而龙门山南段，断裂上盘物质流除向南东方向逆冲外，还有向南西方向运移的趋势，使得地域应力环境及断块运动方向与龙门山中、北段有较大差别。因此，虽然龙门山南、中、北段均属龙门山构造带，但南段的发震机理与中、北段有所不同。
据中国地震台网公布的震中位置，芦山地震的发震构造为龙门山前山断裂——双石—大川断裂。双石—大川断裂总体产状为北东向40°～50°，在震中处，略有偏转，走向为北东向30°，倾向北西，倾角中等偏陡，为40°～55°。发震断裂卫星线性影像明显，地貌对应串珠状槽谷，在天全至芦山一带出露长度至少在50 km以上，影响宽度可达10～15 km。从西南到东北向可大致划分为3段：西南段从天全县西南的白果树经沙坪响水溪向东北延至芦山县大溪乡朱沙溪与第2段汇合；第2段从天全沙坪青石桥起向东北延伸，经芦山大溪乡朱沙溪、磨刀沟、双石乡一直延伸到围塔西北地区；第3段由双石乡南岩底，经围塔西南向东北方向延伸至名山和邛崃县（图1）。在平面上，无论在西南段还是东北段均成叠瓦状组合，且以大溪为中心分别向两端撒开，中段收敛，形成束状。
构造单元编号：Ⅰ为松潘—甘孜褶皱系；Ⅱ为龙门山构造带；Ⅲ为川西前陆盆地。区域性（分解）断裂编号：F1为构造转换带西界；F2为茂汶—汶川断裂带；F3为北川—映秀—小关子断裂带；F4为彭灌—双石断裂带；F5为彰明—关口断裂带。T3x为上三叠统须家河组；T2l为中三叠统雷口坡组；T1f为下三叠统飞仙关组
图1 龙门山构造带南段地质构造
Fig.1 Structure Skeleton of South Segment of Longmanshan Structural Belt
双石—大川断裂不同段断层标志略有差异，但地层缺失是共性；从西南到东北向都不同程度缺失侏罗纪地层，且愈往东北方向缺失愈多。西南部沙坪一带侏罗系较全，仅缺失底部白田坝组的部分地层，但下伏须家河组地层缺失较多；中段的侏罗系仅残存部分白田坝组到沙溪庙组，偶见莲花口组等，且厚度不全；东北段的围塔及其东北地区仅见零星的沙溪庙组及莲花口组，在构造标志上明显显示出须家河组与侏罗系及其以上地层间产状不一致，且断裂构造岩发育，破碎强烈。有的地方可大体划分出构造劈理化带、节理破碎带和断层泥砾带等。总体上，该断裂反映为一个浅层次的脆性断裂性质，由北西向南东方向逆冲。
新生代以来，伴随着青藏高原隆升，断裂活动性增强，该区经历了多次构造变形，呈逆冲叠瓦状抬升，构造控制水系的发育。第四纪以来，该区成为高应力集中区及中国南北地震带的一部分。
2 地震对地质环境的影响
芦山地震对地质环境的影响无论在强度上还是在广度上均不及汶川地震[1113]，但在震中区、高烈度区峡谷段和双石—大川断裂带所在的槽谷带以及前陆盆地影响较大，主要表现在带状次生山地灾害、次生灾害加剧泥石流风险、斜坡土层震裂及砂土液化等。强影响区在太平—宝盛一带；峡谷段及前陆盆地为较强影响区，为一般影响区（图2）。
由于芦山地震灾区降雨充沛，震后正处雨季，降雨所造成的峡谷段崩塌、坡面泥石流及沟谷泥石流次生灾害链使脆弱的地质环境更加恶化，圈定这些影响区可为灾后地质环境修复提供依据。
图2 芦山地震地质灾害分布及地质环境影响
Fig.2 Distribution of Geohazard and Geological
Environmental Influence of Lushan Earthquake
2.1 带状崩塌灾害
芦山地震诱发的次生山地灾害以带状小规模崩塌为主，崩塌量多在数十至数百立方米，部分达数千立方米。崩塌以双石—大川断裂为轴线，形成一个长约50 km、宽20～30 km的北东向条带，“4·20”芦山70级地震地理信息平台公布的崩塌点约355处，后经进一步解译及现场复核，崩塌点为703处。崩塌空间分布有以下特征（图2）：①沿双石—大川断裂带成带状分布，双石—大川断裂地貌成明显的北东向槽谷，上盘为须家河组砂、泥岩组成的顺向坡，下盘为白垩系砂砾岩组成的反向坡，下盘比上盘高陡，槽谷两侧斜坡均有地震崩塌分布，现场调查揭示，震中区崩塌灾害密度最大，占灾害总数的787%。②沿穿越断裂上、下盘的几条北西向峡谷（如天全河、老场—大庙、宝兴河、双石河、玉溪河峡谷）发育，这些峡谷多为北西走向，与构造线方向大角度相交或垂直，以横向谷为主，谷底宽20 m至数十米，两侧谷坡高陡，近于直立，为典型的一线天式峡谷，危岩体发育。强风化的坡顶部位松动岩体及稳定性差的坡体中上部楔形体在地震过程中失稳形成大量的崩塌体。③零星崩塌或滑塌，多出现在人工削坡（如宝兴县城下游人工边坡崩塌、河谷侵蚀岸等）较陡部位。
图3 双石峡左岸后坝沟陡坡段密集崩塌
Fig.3 Well Developed Avalanches in Houba
Gully， Left Bank of Shuangshi Gorge
2.2 泥石流发生概率加大
在一些支沟内，崩塌物源丰富：双石峡左岸的北东向后坝沟内，反倾陡坡上部发育8处崩塌，新增松散物源超过2×104 m3（图3），为震后极端气候条件下发生泥石流灾害链创造了条件；宝兴县城附近的冷木沟在汶川地震时已形成大量物源，于2012年8月18日凌晨发生中型泥石流，芦山地震使该沟物源进一步增加，震后再次发生泥石流的可能性增大，直接威胁宝兴县城；在一些陡—缓—陡组合的坡面上，坡缘崩塌过程中体积大的岩块动能大直接滚入坡脚，但粒径较小的细颗粒物堆积在坡体中部的缓坡上，震后降雨条件下极易形成坡面泥石流，危及坡脚居民、道路、管线等。由于沟道及坡面物源的增加，灾后发生泥石流的概率明显增大。
2.3 斜坡覆盖层震裂
覆盖层斜坡震裂现象在震中区较多，以太平镇右岸斜坡最为典型，在斜坡中上部分布有4～5条延伸十余米的拉裂缝，裂缝宽6～7 cm，垂直位错3 cm；其他高烈度区也有类似现象，如芦山县龙门乡右岸斜坡、天全县仁义乡和老场乡均在斜坡地带出现长十余米至数十米拉裂缝，个别地方甚至出现达百余米的拉裂缝。
乡道和村道路基外侧边坡在地震中震裂、塌滑较多（图4、5），特别是一些半挖半填的公路路基在地震时因填筑体震动压密，沉降量大于内侧基岩路基，导致路基出现长几米甚至数十米拉裂缝，裂缝一般宽5～6 cm，下挫4～10 cm，可见深度50～60 cm。
图4 清仁乡土质斜坡拉裂缝
Fig.4 Cracks in the Soil Slope from Qingren Town
图5 太平镇道路塌陷
Fig.5 Road Failure in Taiping Town
在地震过程中，一些斜坡碎石砂土地基内部山体因震动固结而压密，体积减小，而上部的块碎石或硬化路面未同步变形而被架空，震后出现塌陷现象，龙门乡龙平山村民地震后感觉地下是空的，应该与都江堰震后的震密塌陷机理类似，应做好相应的防范工作。
2.4 砂土液化
在双石镇一带沿断裂带有喷水冒砂现象（沙土液化）和断续的地表破裂。喷水冒砂出现在双石镇南西侧的一级阶地及坡积体上，一级阶地阶面高出河床2～3 m，具有典型的二元结构：中下部为卵砾石夹细砂层透镜体；上部为壤土，下伏
基岩为须家河组含煤系地层。喷水冒砂呈带状分布，带长5 m，空间上与发震断裂一致（图6、7）。冒砂孔直径3～5 cm，多成圆形，少数冒砂孔两连呈椭圆形，短轴4～5 cm，长轴15～20 cm，冒出的砂以细砂为主，黄色，空间上形成一
图6 双石镇一级阶地上喷水冒砂现象
Fig.6 Sand Liquefaction in the Terrace I in Shuangshi Town
图7 冒砂孔沿断层呈线状分布
Fig.7 Sand Liquefaction Holes Along the Seismic Fracture
图8 龙门乡倒塌的楼房
Fig.8 Collapse in Longmen Town
条黄色的砂带。冒砂带南东侧2 m处新建的民房地基开裂明显，裂缝方向与砂带延伸方向一致，应与冒砂变形有明显的相关性。在双河村二组坡积体内也出现冒黑色含煤砂层，带有粉土，水呈黑色，应是地震时发震断裂高频震动的结果。
图9 清仁乡震裂的楼房
Fig.9 Collapse in Qingren Town
2.5 覆盖层场地效应使前陆盆地烈度异常
芦山地震在断裂带下盘，距发震断层6～10 km的前陆盆地震害严重（图8、9）。Wang等在汶川地震余震监测（绵竹县九龙剖面）中揭示，当覆盖层厚度大于5 m时，覆盖层对地震波有放大作用，当地震波放大后，波长变长，周期变慢，即场地的特征周期接近砖混结构的自振周期，从而引起共振 。现场调查发现，龙门、清源、清仁、老场、仁义等位于发震断层下盘的前陆盆地上，房屋震害均较严重，震害严重的房屋均位于厚覆盖场地，而且没有进行正规的地基处理，房屋为20世纪八九十年代建的砖混结构或老式木结构，在场地效应作用下，震害会明显加剧。而相邻的框架结构房屋（地基经过处理）震害较轻（图8）。
3 结 语
（1）芦山地震诱发较广泛崩塌等次生山地灾害，崩塌以小型为主，主要沿双石—大川断裂带槽谷、北西向几个深切峡谷段（如S210省道芦山—宝兴峡谷、芦山—双石峡谷、芦山—太平峡谷）分布，其中以震中区宝盛、太平镇崩塌密度最大。
（2）在崩塌物源丰富的沟谷（如冷木沟）以及斜坡带将形成泥石流灾害链；地震引起斜坡表层覆盖层不均匀沉降，宏观上表现为地面开裂、房屋地基变形以及公路路基开裂或塌陷；地震引起发震断裂槽谷区砂土液化，使房屋震害加重；覆盖层场地效应使地震下盘平坝区震害异常，下盘前陆盆地覆盖层地震波放大效应使芦山县龙门、清仁以及天全县老场、仁义平坝区震害严重。
（3）芦山地震强影响区在震中区太平—宝盛一带；较强影响区位于峡谷带及前陆盆地；区为一般影响区。强影响区及较强影响区是震后雨季防灾的重点区域。鉴于震区降雨充沛，雨季交通安全防范及泥石流预警应是防灾救灾工作的重中之重。
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