地震诱发地质灾害特征与发育分布规律

地震诱发地质灾害特征与发育分布规律

一、地震诱发地质灾害简介

1、概念

地震诱发的地质灾害又称为地震次生地质灾害是指由地震活动引起的地质灾害。地震次生地质灾害的种类比较多，主要有崩塌、滑坡，其次有塌陷、地裂缝、砂土液化等。地震诱发地质灾害具有规模大,隐蔽性和突发性强, 破坏性大等特点。

2、含义

地震次生地质灾害，主要包含两方面特征: 一是导致这些地质灾害活动的直接诱因是地震，而不是其他原因，如暴雨洪水引起的滑坡、崩塌或采空引起的地裂缝等; 二是这些地质灾害是地震灾害链的组成部分，但相对于其他地震灾害，特别是房屋等工程

二、地震诱发地质灾害的类型

地震诱发的地质灾害主要有崩塌、滑坡、泥石流、塌陷、地裂缝、砂土液化等。其中最为严重的就是崩坍、滑坡和泥石流。

1、崩塌、滑坡活动的地质地貌条件

( 1) 岩土类型及性质。岩土类型及其物理力学性质对崩塌、滑坡活动具有决定性作用。据典型实例统计分析，地震崩塌主要发生在黄土发育地区，部分发生在节理裂隙发育的砂岩、白云岩等比较坚硬的岩石发育地区。地震滑坡主要发生在黄土、堆积土、片岩和千枚岩、页岩、泥岩、构造岩等发育地区。

( 2) 地形地貌。据调查统计，地震崩塌、滑坡主要发生在山地、高原和丘陵地区，以中山地区最发育，其次为高山、高原( 主要是黄土高原) (表 1) 。从局部地形看，崩塌、滑坡活动与地形坡度、斜坡高度或相对高差以及切割程度密切相关。据典型地区调查统计资料，崩塌多发生在高度 40m 以上、坡度 30°～ 70°的斜坡，其分布比率约占 65% ; 滑坡多发生在坡高 20 ～ 150m、坡度 20°～ 50°的斜坡，其分布比率约占 70% 。

( 3) 地质构造。地震崩塌、滑坡明显受地质构造控制，在大型活动断裂构造带，崩塌、滑坡不但密度高，而且规模大。这是因为断裂构造不仅使斜坡岩土体发育大量裂隙，甚至使斜坡变得支离破碎，而且强化了斜坡岩土体的风化作用和地下水活动，降低了斜坡的稳定性，增加了崩塌、滑坡活动的可能。

2、塌陷形成的地质条件伴随地震活动发生的地面塌陷，除少量为黄土塌陷外，主要是岩溶塌陷。岩溶塌陷主要受可溶岩发育程度、覆盖层特征等条件影响。（1）可溶岩及岩溶发育程度岩溶洞隙是岩溶塌陷的决定因素。中国发生地震塌陷活动的可溶岩除部分地区为晚中生界、古近系、新近系、第四系富含膏盐芒硝或钙质的砂泥岩、灰质砾岩及盐岩外，主要为古

生界的石灰岩、白云岩、白云质灰岩等碳酸盐岩。碳酸盐岩的岩溶类型分为裸露型、覆盖型

和埋藏型 3 种。据统计，地震岩溶塌陷主要发生在覆盖型岩溶和裸露型岩溶分布区，少量

发生在埋藏型岩溶分布区。除可溶岩岩性和岩溶类型外，岩溶发育程度直接影响地震塌陷的

活动程度。一般情况下，可溶岩的岩溶越发育，岩溶洞隙的开启性越好，岩溶塌陷越严重。

可溶岩岩溶发育程度主要受地质构造、水文地质条件和气候条件影响。一般情况下，断裂构

造发育、新构造运动强烈、地下水循环交替强烈、雨量充沛的碳酸盐岩分布区，岩石结构比

较破碎，节理、裂隙发育，地下水溶蚀、潜蚀作用强烈，最容易发生地震岩溶塌陷。

（2）覆盖层厚度、结构、性质发生在覆盖型岩溶分布区的地震塌陷，不仅是覆盖在第四系

松散堆积物下面的可溶岩洞穴的陷落，而且还有相当数量的塌陷是由于溶洞和上覆土层中土

洞陷落造成的。此外，覆盖层情况还影响了地下水活动，对岩溶塌陷也产生一定影响。因此，覆盖层是影响岩溶塌陷的重要因素。覆盖层厚度对岩溶塌陷活动具有决定性作用。根据统计

资料，覆盖层厚度＜ 10m 时塌陷发生的机会最多; 10 ～ 30m 可发生少量塌陷; 30m 以

上仅发生零星塌陷。覆盖层岩性结构对岩溶塌陷也具有一定作用。一般情况下，覆盖层为比

较均一的砂性土最容易发生塌陷; 夹砂砾石的层状非均质土、均一的黏土或者覆盖层底部

发育稳定层状黏性土的非均质土，发生塌陷的机会较少。此外，覆盖层中有土洞时，容易发

生塌陷。土洞越发育，塌陷越严重。

3、地裂缝形成的地质地貌条件地震地裂缝与岩土类型有密切关系。大量调查资料表明，地

震地裂缝很少发生在基岩裸露的地区，主要发生在第四系分布区。在各种类型的第四系沉积

区中，均有地震地裂缝活动，但以黄土、黄土状土以及冲积层、冲洪积层、湖积层发育区尤

为严重。由于不同沉积层所形成的地貌不同，因此地震地裂缝又与地形地貌有一定的依存关系。历史地震地裂缝主要发育在黄土高原、山间谷地或山间盆地、山前冲洪积扇、沿海平原

中的古河道与古湖泊等地。

4、砂土液化形成的地质条件地震活动引起的砂土液化发生在松散砂土层中，但并不是所有

的砂土均会发生液化; 能否发生液化以及液化程度与砂土性质及其埋藏条件、成因类型密

切相关。容易发生液化的砂土岩性主要为黏粒含量少、孔隙比大、相对密度低、渗透性差、

饱和度高、塑性指数小的粉细砂，其成因类型主要为冲积层，形成时代主要为全新世和现代

沉积。

三、地震诱发地质灾害的特征（以都汶公路为例）

1、地震裂度效应。

都汶公路的次生地质灾害密图与地震烈度分区图进行叠加，可见，总的来说裂度越高地质

灾害点分布密度也越大。次生地质灾害极高易发区集中分布在Ⅹ度、Ⅺ度裂度区。3 处特大

型和 16 处大型次生地质灾害点均发生在Ⅹ度、Ⅺ度烈度区，其次生地质灾

害数量占沿线次生地质灾害总量的 69. 4% ，表明地震裂度区越大，地震波对坡体的冲击作用越为强烈，就越容易触发大型以上的次生地质灾害。

2、错列和转折部位效应。

将都汶公路的次生地质灾害分布图与地层断裂、公路走向、河流走向相叠加 (图 11B) ，

可见，研究区域内地质灾害集中分布不仅与地层断裂和地震裂度有关，而且在断裂

带与公路线、河道相交或转折部位密切相关，尤其在茂汶断裂与公路羊店段转折处、彭灌复

背斜与公路银杏段错列处、映秀－北川断裂与公路映秀镇段错列处、岷江漩口拐弯段与彭

灌断裂错列处，次生地质灾害尤为集中，更是对应了内动力和外动力耦合作用在这些“锁

固段”的强烈表现，这些断裂与地形地貌的错列和转折部位在地震过程中，由于断层整体的错动而被进一步的剪断、破裂，从而释放出更多的能量，产生局部更为强烈

的震动，形成次生地质灾害的集中发育区。

3、岩性与坡高效应。

研究区岩性可以概括为覆盖

层、千枚岩夹结晶灰岩、闪长

岩和角闪岩、砂砾岩和泥岩等 4 大

类，将次生地质灾害类型与

岩性图层进行空间统计分

析 ( 表1) ，可见地震次生地质灾害

在各类岩层中均有发育，但

角闪岩和闪长岩等硬岩地

层中次生地质灾害更为发育，砂板

岩和泥页岩、千枚岩夹结晶灰岩等软岩

次之。都汶公路岩性地层中通常发生的

是崩塌，而滑坡全部发生在覆

盖土层中。主要由于硬岩受

地震力作用更易于碎裂，引起

崩塌，而软岩有一定的“减压”作

用。

四、地震诱发地质灾害的区域性分布

1、沿河流水系线状分布

研究区内，汶川地震触发地质灾害在区域分布上的一个显著特征是沿河流水系呈线状分布，在卫星遥感解译图像上表现的十分直观（图 1）。实地调查的结果亦表明，绝大部分的地震

地质灾害都是沿白龙江和白水江等深切河谷及其支流的两岸发生的，说明地质灾害的发育受

水系的控制。研究区地质地质灾害沿水系分布的另一个显著特征是河流水系两岸不对称分布，尤其是文县境内的白水江和白水江，白龙江、白水江左岸（南岸）发育的次生地质灾害

远较右岸（北岸）为多，这在遥感影像图上表现的很明显，如图 1 是解译出来白龙江在文

县某段地质灾害发育的情况，截取的这一段是比较突出的南北岸灾害分布不均匀的情况。据

不完全统计，研究区内白龙江、白水江全段南岸的次生地质灾害数量是北岸的 3～4 倍。

研究区内主要有白龙江、白水江横穿而过，从解译结果看，地质灾害沿河流分布的规律比较

明显，但是，水系的影响范围到底有多远呢？本文利用 ArcGIS的空间分析能力，在水系周

围设置一定半径的缓冲区，从 100 m 作为起始点，统计落在该区域的次生灾害面积。如图

2 所示，在水系周围 500 m，次生灾害的面积平稳上升，600～800 m 的起伏度不大，基本

趋于平滑，说明水系的影响范围最远大概在 500 m 左右，大于此距离，水系的影响作用就

不太显著了。

才3.2 2、与地震烈度的对应关系

地震烈度简称烈度，即地震发生时，在波及范围内一定地点地面振动的激烈强度，简单地说就是地震影响与破坏的程度。地震滑坡和崩塌的活动与地震震级、地震烈度具有明显的相关关系。根据近年多次强震调查统计，滑坡多发生在Ⅶ度及以上地区。仅在特殊情况下，Ⅵ度区发生滑坡和崩塌。在烈度Ⅷ度以上区域，如果地质条件不良，崩塌、滑坡就会很密集。研究区涉及 3 个地震烈度：Ⅶ~Ⅸ度，不同地震烈度区内次生地质灾害的分布情况如图 3 所示，Ⅸ度区、Ⅷ度区内地质灾害较为密集，Ⅶ度区内地质灾害点大部分集中在国道 212 沿线。导致这个结果的原因除了地震的原因以外，这一地区原本就是中国滑坡、泥石流灾害区之一，Ⅶ度区内国道 212 又主要沿白龙江展布，河谷一侧本来就存在临空面，有利于崩

塌、滑坡的发生，再就是由于修建公路，人工削坡Z使边坡卸载，其稳定性相对较差。

五、地震诱发地质灾害的发育分布规律

1、区域性活动构造的不稳定 ,是地震次生地质灾害的动力源。

在活动构造的变形中 ,极易形成大规模的次生地质灾害 ,同时活动构造直接影响微地貌形态 ,直接决定着次生地质灾害的发生 ,其形成的断层崖等结构是次生地质灾害易于发生的区域。

以彭州干溪沟泥石流为例，干溪沟属于湔江的支流，大地构造上位于龙门山断褶带中段前缘，即位于巨大的复合型推覆构造带龙门山逆掩推覆构造内的前缘推覆构造带的中段，龙门山逆掩断裂带主边界断裂( 通常称江油—灌县断裂) 中段的灌县二王庙断裂与龙门山前山断裂的穿过区域。区内至少有 5 次大规模的升降运动。地震活动频繁，据资料记载:

1966 ～ 1970 年，曾经发生 ML≥2. 5 级地震 5 次，最大达到 4 级; 1971 ～ 1985 年发生过 212 次 ML≥1 级的地震，其中 43 次 ML≥2. 5级，震感较强的有 5 次，震级最大一次是 4. 5 级。本区 50a 超过概率为 10% 的地震烈度为Ⅶ度。2008年 5·12 汶川大地震时，建设场地所在的花溪村和黄村震感强烈，受灾严重。

2、地层岩性和结构决定着次生地质灾害发生的强度与密度。

结构松散的砂岩、砂泥岩以及砂岩、页岩和泥岩的互层地层 , 岩性软弱 ,在构造作用、水力侵蚀和风化作用等其他作用下 ,易形成土状或者泥状的软弱层。北川的志留系地层岩石较为软弱 ,且普遍具有崩解特性 ,在地震作用下 ,易于发生地质灾害 ,因而沿着该地层发育着大量的大中型滑坡、崩塌等次生地质灾害。

以彭州干溪沟泥石流为例，根据区域地质资料及现场地质调查结果，区内出露的地层岩性

主要为三叠系上统须家河组( T3x)的灰色中厚层粉砂岩与深灰色粉砂质泥岩、炭质页岩不等

厚互层，夹深灰色中厚层钙质岩屑砂岩、煤线以及 C、P、T1 灰岩( 主要为区域内的滑覆体( 飞来峰) 和第四系覆盖的黏性土、碎石土、含砂的卵砾石和漂石。第四系覆盖层主要分布

在山前斜坡地带、沟谷地带和平原地带，以冲洪积和残坡积为主，残破积物厚度约 2 ～ 3m，岩性主要为黏性土和碎石土;冲洪积沉积层主要为含砂卵砾石、漂石及黏性土，厚度约为

5 ～ 15m。

3.地形坡度以及水系对于地震次生地质灾害的空间分布有着重要的影响。

地形坡度尤其是坡度变化大的区域 ,属于次生滑坡和崩塌等地质灾害高发、多发区 ,河流

水系河谷形态和河床坡降 ,它们直接影响泥石流等次生地质灾害的运动状态和持续时间 ,造

成较强的破坏力。

以汶川地震为例，坡度分布坡度对滑坡的发育具有重要的影响作用。坡体的临空面是否能

成为有效临空面［6］，与坡体的坡度的关系极大。斜坡的坡度与可能转化为滑动面的坡体

结构面倾角决定了坡体的临空面能否成为滑坡发育的有效临空面。斜坡的坡度一直被认为是

影响滑坡稳定性的重要因素，从几何特征上决定了滑坡的分布; 同时，坡度直接决定斜坡的

应力分布，控制着滑坡的稳定性。地震时，斜坡上的振动幅度随着高度有所提高，主要是水

平分量变化大。变化的性质取决于振动频率、振动传来的方向和斜坡的坡度等。地形坡度越

陡则越容易引发滑坡、崩塌。就滑坡而言，在某一地区条件下存在着一个容易触发的角度范围，若大于该角度范围，则容易引起崩塌。在不同的地震区域，受地质构造、地层岩性等条

件的影响，地震滑坡发育的优势坡度范围存在一定的差异( 表 1) 。汶川地震与炉霍地震、

昭通地震、松潘－平武地震诱发滑坡的优势坡度范围为 30 ～50°［7 － 9］，黄土地

震滑坡的优势坡度范围较小，为 10 ～ 30°［10］

水系影响以彭州干溪沟泥石流为例，该地区降雨量丰富，河谷、河流较发育，干溪沟由南向北贯穿，且发育多条规模不等的冲沟。地下水类型主要为潜水和基岩裂隙水。潜水主要赋存于场地表层第四系松散堆积黏性土、砂卵砾石层中，土质较疏松，透水性较好; 地下水埋藏较浅，与周围河水连通较好; 基岩裂隙水主要赋存于的三叠系上统须家河组砂岩、粉砂质泥岩和炭质页岩的节理裂隙中，一般不存在统一连续的地下水位。

4、人类活动对地质环境有重要影响。

人工开采矿石、烧砖、农田开垦、果树种植、修建房屋等直接或间接破坏当地植被，形成多处欠稳定的人工堆积体，加剧地区水土流失，严重地破坏该地区的环境地质条件。

5、地震加速度的主要作用方向和最大水平加速度的方向控制（云南宁洱地震为例）

从(1) 式中可发现，当斜坡坡度大于 45°后，随着坡度进一步增加，附加垂向加速度将导致稳定系数迅速降低。在(1) 式中，需强调说明的是，震动加速度不仅仅是峰值加速度对斜坡物体稳定性的影响，野外调查中发现，斜坡上不稳定块体与稳定块体存在点、面接触，受波形加速度影响，不稳定块体受稳定块体的反作用力，转为沿斜面向下的力。这也解释了陡崖区危岩的抛掷现象。地震产生的是震动加速度，在软弱结构面和破裂面形成应力集中，对结构面形成撕裂。垂向加速度作用下主要发生的地质灾害是崩塌、滑坡和塌陷。

宁洱地震测到的最大加速度值是德化站东西向水平加速度 431. 2gal，为了分析水平加速度方向对崩塌、滑坡是否有影响，选取地震引发的 78 处崩塌、滑坡的运动方向进行统计 ( 图 2) 。崩塌、滑坡的主滑方向大体以东西向为主，与最大水平加速度方向基本一致。

宁洱地震沿不同方向产生的加速度不同，地震波的衰减在不同方向、不同地段也不一致。宁洱地震产生的加速度由强到弱的方向为北、西、南、东。由地震直接引发的地质灾害调查可看出( 图 1) ，次生地质灾害有呈南北向、北北西向带状分布的特点。震中以北的地质灾害点 61 处，以南的20 处;震中以西的地质

灾害点 69 处，以东的 12 处。震中北西至北方向地震次生地质灾害主要分布在25km 范围，震中以南地质灾害主要分布在 13km 范围。叠加地震烈度分区( 图 1) ，可看出，虽然地质灾害点主要集中在Ⅷ、Ⅶ度区，但灾害点主体上沿北西至北方向展布，与地震产生的加速度最强方向一致。