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第18卷 第4期灾 害 学Vol .18 No.4 2003年12月JOURNAL OF CA TA STROPHOLOGYDec.2003 国内外地震滑坡灾害研究综述 李 忠 生 长安大学地测学院,陕西 西安 710054 摘 要对地震灾害较严重的美国、意大利、希腊等国家在地震滑坡灾害方面所做的研究工作进 行了总结,并与我国的研究成果进行了对比。给出了国内外对地震滑坡的分类,论述了地震滑坡 在面积范围、密度及滑坡体积等方面与地震震级、地震烈度、震中距等参数之间的关系;对地震 时易于触发滑坡的地貌坡度及地质构造等因素进行了分析。最后对国外地震滑坡灾害预测研究进 行了概述。 关键词地震滑坡;地震参数;地质构造;综述 中图分类号P642122 文献标识码 A 文章编号10002811X20040120064207 地震滑坡因其巨大的致灾力而广泛引起人们的关注,仅20世纪,地震滑坡已经造成了数 万人丧生和几十亿美元的损失。强烈地震时,地震诱发的滑坡崩塌灾害,特别是在山岳地区, 其危害比地震直接造成的还要大。我国是一个多地震的国家,因地震而导致的滑坡灾害非常 严重。大量地震崩塌与滑动主要发生在多震的西部地区,即陕、甘、宁、新、川、滇、贵、藏 等省区,其中发生边坡地震崩滑最多的为川滇两省。 在地震滑坡研究方面,胡广韬[1]站在动力学的角度,提出了高速滑坡启程剧动机理。毛彦 龙,等[2]从理论上对地震滑坡的形成机理⁄坡体波动振荡的累进破坏效应、 启动效应及启程加 速效应进行了详细的分析和探讨。除了对地震滑坡的内在动力学方面的研究,地震学家、地 质工程学家从地震与滑坡灾害的统计分析入手,对许多倍受关注的问题,如地震震级、地 震烈度及地震其它参数与地震滑坡的关系、地震引起的滑坡分布、地震滑坡与地质条件等等, 做了大量的研究工作,并取得了可喜的成果[3 ～8]。 1 地震滑坡的类型和数量 “滑坡” 一词包括的内容很多,大多数滑坡分类依据于地貌、物质、触发机理或其它标准。 早期提出的滑坡分类原理和术语,其主要依据因素分为物质、运动特性,其次为内破裂角和 含水量等因素。在此基础上, Keefer[9]依据地震滑坡运动的特性、内部破裂、地质环境等,将 地震滑坡分为三大类, 类滑坡为高度破裂或严重高度破裂,滑坡物质含大量的大石块、小 一些的岩石碎块、小土块和土粒。此类滑坡典型的特征是起源于陡的斜坡;˚ 类滑坡主要指 存在分离的剪切面,此类滑坡起源于坡度中等的斜坡,厚度大于3m; 类滑坡指滑动机理 收稿日期2003_ 07_ 15 基金项目长安大学科研经费资助 作者简介李忠生1964- ,男,河北秦皇岛人,博士后,主要从事物探及地质灾害研究工作 1 主要以流相为主,表面块体由内部裂缝造成破裂而成,并且由于相互分离而形成地堑,块体 之间可能填充液相物质。 类滑坡还包括水下滑坡,这些滑坡比较复杂,运动形式包括旋转 滑坡、侧向扩展和流动。周本刚,等[5]根据我国西南地区的地震滑坡特点,将地震滑坡按其运 动方式划分为推移式滑坡、牵引式滑坡、溜滑性滑坡和崩塌性滑坡四大类,并对每一类进行 了细致的描述。 强烈地震诱发滑坡和崩塌的数量,不仅取决于地震本身的影响,而且与发震地区的地质 条件和发震时的降雨、融雪等各种因素密切相关。但总的来说,一次地震引发的滑坡数量会 随震级的增大而增大,如在山岳地区,MS 810的 大震至少也要引发几千个滑坡。除震级外,当地的地质条件、地震参数也是影响地震滑坡数 量的因素。强烈地震除在发震时诱发地震滑坡外,还会造成对原有岩土结构的破坏,这些隐 患将在随后的降水作用下形成滞后滑坡,酿成新的灾害。例如1976年5月发生在云南的龙陵 地震,当时发生的同发型滑坡很少,而震后雨季到来后,产生大量的滞后型滑坡,约占地震 产生滑坡总数的95以上,造成的人员死亡与财产损失比地震当时造成的损失还严重。 2 地震滑坡分布与地震参数及地质构造的关系 本文中所用的震级有R ichter面波震级MS, R ichter近震震级ML和矩震级Mw。 211 触发滑坡的最小地震 为了确定触发滑坡的最小震级, Keefer[9]核查了美国从1958年到1977年间登载在 美国 地震U nited States Earthquakes年刊上的地震强度报告,这些报告主要编辑了新闻报 道、震区居民的调查统计、以及发给邮递员的问卷表。从1958～1977的20年间,美国地 震杂志刊登了300个地震事件,其中62个ML 410。在62个地震之中,仅有一例有触发 滑坡的现象。除此之外,触发滑坡的最小地震的报告是ML 410。 在我国,根据中国地震目录及其他主要地震目录,记载了34例发生在5级地震以下 的边坡崩滑事例,记录的最小地震为410级。 在这34例滑坡中,有2例分别由ML 410和ML 411级地震引起的,其余32例则是由ML 417～419的地震诱发的。 从理论上讲,如果一个斜坡处于将要滑动的状态,则一个很弱的震动就可能引发滑坡。 实 际上,也确实有较小的地震ML 617的11次地震的分析统计认为,一 般在˛ 度区内不存在产生新滑坡的现象,即产生新滑坡所需的最小地震烈度为ˇ 度,而诱 表1 西南地区三个地震事件的滑坡分布统计 烈 度ˇ˛ 昭通地震MS 71 1 数量 百分比1760174141372510 00 炉霍地震MS 71 9 数量 百分比967011 37271042190000 龙陵地震MS 71 4 数量 百分比3141310471683811 00 发震前稳定的老滑坡,所需 的最小地震烈度为˛ 度,要 比产生新滑坡低一度。表1 是西南地区的三个地震事件 的滑坡分布统计。 综合上面的结果,从工 程应用的角度出发,可将地震引发边坡崩滑的最小烈度定为˛ 度。 214 震级与滑坡体积及剥蚀量的关系 滑坡下滑物质的体积及剥蚀量即平均地表的降低量,为滑坡总体积除以滑坡面积是 地震滑坡在地貌上的两个重要衡量标准。Keefer等[10]对一些历史地震资料统计分析,得出了 震级与滑坡体积的统计公式为 logV 11 44 01 21 Mw- 21 34 115 513≤Mw≤81 6 6 式中V为滑坡总体积,单位m 3。震级与剥蚀量的关系比较散乱, 这主要是由于当地的地质地 貌、水文气象等对剥蚀量影响较大,而这些因素又因地区不同而存在较大的差异。但总的来 说,剥蚀量随震级的增加而加大。 76 4期 李忠生国内外地震滑坡灾害研究综述 在我国的西南地区,大部分滑坡的体积小于50 000m 3, 滑坡体的厚度以015～5m为主, 因而西南地区的地震滑坡以浅层小型滑坡为主,滑坡均发生于第四系堆积层中。如1973年的 炉霍地震MS 719,小于1 000 m 3 的滑坡数量占了7319 ,而滑坡体积在1 000～5万m 3 的滑坡占了2112。1974年昭通地震MS 711,滑坡体积小于50 000 m 3 的滑坡占了 6719。 215 滑坡与坡度的关系 所有的地震滑坡与地形、地貌及地质环境息息相关。地貌条件对地震滑坡和崩塌的影响, 除区域地貌条件,即河流和沟谷的密度,总的地形起伏等因素外,主要考虑二个方面其一 是坡度和坡高的影响,其二是坡形的影响,但前者的影响远大于后者。在地震时,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、斜坡的坡度和峡谷的深度。斜坡的测震观测结果指出①斜坡上的地震烈度相对 于谷底增加1度左右;②在角度超过15 的截圆锥状山体上部点的位移幅值与其下部幅值相 比,其局部谱段值增加高达7倍;③黄土阶地的幅值比底部约大4倍左右,比离开坡阶边缘 的水平平面约大2倍左右。总的来说,地形坡度越陡则越容易引发滑坡、崩塌。单就滑坡而 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。如1974年昭通地震的滑坡多发生在35～45 的坡地上, 1973年的炉霍地震为30～50, 1996年的云南丽江地震MS 710,滑坡多发生于25～45 的坡地上。综合其它地震资料认 为,在我国西南地区,最容易触发滑坡的坡角为35～45 之间。 但在我国的西北地区,地震引起的黄土滑坡危害最重。孙崇绍,等[3]认为,地震引起的黄 土滑坡大致可以归纳为三种类型①厚层黄土构成的陡崖前方黄土内崩塌性滑坡;②黄土梁 上的顺层滑坡;③河谷阶地或黄土塬边黄土质坡积物中的滑坡。其中第1种类型的滑坡出现 次数多,但规模往往较小,这类滑坡大多发生在坡度大于40 的黄土陡崖前方。第2种类型的 滑坡具有区域性的特点,是六盘山以西陇西盆地内典型的滑坡。地震时强烈的振动破坏了黄 土的结构,使底层黄土的强度迅速降低从而导致山坡下滑。值得注意的是这些滑坡所在的原 山坡坡度并不太陡,有的甚至相当平缓,仅有10～15。如1920年海原815级地震中,邹谨 敞,等[6, 7]实测了62处滑坡群,其中有18处的原始地形坡角小于20,约占29; 1927年古 浪的810级震中的古浪地区,已调查的61处滑坡中,原始地形坡角小于20 的为11处,约占 18。由此可见黄土地震滑坡与黄土动力学特征有关,高烈度的地面振动效应,可使滑面处 土体强度急剧降低。第3种类型的滑坡出现在较大河流的阶地或黄土塬边一带。如果地层中 存在饱水的细砂层和砂质黄土,则地震极易导致砂土液化,进而引起规模巨大的滑坡,如1920 年海原大震中,固原县境内的石碑塬滑坡就是一例。 216 地震滑坡与地震地质构造的关系 孙崇绍,等[3]根据450年间的地震资料编制了中国历史地震崩塌、滑坡分布图,根据分布 图可以看出,地震引起的崩塌、滑坡主要集中在南北地震带上,自北向南由宁夏的中宁、中 卫经甘肃六盘山两侧,天水、武都一线,沿川西、滇东直到滇越边界附近。总延伸长度在1 600 km以上。在此范围内地震次数多、强度大,且又地形复杂,地质条件有利于滑坡、崩塌的发 生。 对于单个地震产生的滑坡,其平面分布也与构造有关,一般来说,滑坡分布沿地震断层 86 灾 害 学 18卷 图2 1973年炉霍地的滑坡分布[5] 破裂方向要多于垂直破裂方 向,图2是1973年炉霍地震的 滑坡分布示意图,图中滑坡非 常紧凑地沿断层破裂带方向展 布。 217 地震与滑坡滑动方向的 关系 据已有滑坡调查资料的统 计,地震触发的滑坡轴向与地震波传播方向之间尚无明显的联系可循。相反,所有的滑坡轴 向几乎完全反映了地形控制滑动方向的特征,均是山坡向临空方向的滑动。这一点似乎可以 解释为,滑坡滑动方向严格地受到了内因的控制。 3 地震滑坡灾害预测 在上述的对地震滑坡的理论研究基础上,科学家们开始着眼于直接服务于国民经济的地 震滑坡灾害预测研究上,其目的是在灾害发生前,对将要发生灾害区域进行比较客观准确的 预测,根据预测的结果制定好合理的紧急应急计划。在这种思路指导下, Romeo [15]应用 N ewmark [11]法原理, 根据意大利17个地震事件中的190个地震加速度记录,计算出意大利地 震滑坡N ewmark位移的预测量,并给出以震级、震中距等参数为变量的位移量计算公式。 Jibson等 [8]以 1994年美国加利福尼亚的Northridge地震MS 61 7 为实例,对地震附近一 个区域约3026 km 2 制作了数字化地震滑坡灾害图。该图所显示地震滑坡危险区域与震 后的滑坡实际情况吻合得非常的好,说明该方法是切实可行的。该方法所使用的数据有①震 区地震滑坡目录清单;②大约200条主震的强震记录;③1∶24 000比例的区域地质图;④地 质单元的工程地质参数;⑤地貌的高分辨数字化高程模型。以上的数据均是以10m网格间距 采样,并数字化。该方法的思路是以N ewmark法为基础,通过计算区域内各单元在地震作用 下的N ewmark位移量,从而给出区域内各个滑坡的失稳概率,最后形成地震滑坡灾害图。 综上所述,可以看出,对地震滑坡灾害的研究已经从最初的震后调查统计分析,发展到 运用现代数字化技术来计算预测今后的地震滑坡灾害。随着我国经济的迅猛发展和人民生活 水平的大幅度提高,地震滑坡对人民生命财产和国民经济的危害也越来越大。作为政府和决 策部门,急需科研工作者提供某些重点区域的地震滑坡灾害预测,为潜在的地震滑坡灾害到 来做好科学的应急、救济方案。在这方面我们还有很多研究工作要做。 参考文献 [ 1 ] 胡广韬,等.滑坡动力学[M ] .北京地质出版社, 19951 [ 2 ] 毛彦龙,胡广韬,赵法锁,等.地震动触发滑坡体滑动的机理[J ] .西安工程学院学报, 1998, 2041 [ 3 ] 孙崇绍,蔡红卫.我国历史地震时滑坡崩塌的发育及分布特征[J ].自然灾害学报, 1997, 611 [ 4 ] 辛鸿博,王余庆.岩土边坡地震崩滑及其初判准则[J ].岩土工程学报, 1999, 2151 [ 5 ] 周本刚,王裕明.中国西南地区地震滑坡的基本特征[J ].西北地震学报, 1994, 1611 96 4期 李忠生国内外地震滑坡灾害研究综述 [ 6 ] 邹谨敞,邵顺妹,蒋荣发.古浪地震滑坡的分布规律和构造意义[J ].中国地震, 1994, 1021 [ 7 ] 邹谨敞,邵顺妹,屈健鹏,等.北祁连东段及其邻区地震滑坡的基本特征和危险区预测[J ].高原地震, 1996, 821 [ 8 ] Jibson R1W1, Harp E1L1, and M ichael J1A1A for producing digital probabilistic seism ic landslide hazard maps[J ]1Engineering Geology, Special Issue, 2000, 583- 41 [ 9 ] Keefer D1V1Landslides caused by earthquakes[J ]1Geological Society of America Bulletin, 1984, 9541 [ 10 ] Keefer D1V1,and W ilson R1C1Predicting earthquake2induced landslides, w ith emphasis on arid sem i2arid environments[A ]1in Sadler P1M1, andMorton D1M1ed11Landslides in a sem i2arid environment w ith emphasis on the inland Valleys of Southern California[C ]1California Publications of the Inland Geological Society, 19891 [11] Newmark N1M1Effects of earthquakes on Dam sand Embankments[J ]1Geotechnique, 1965, 1521 [12] Papadopoulos G1A1, and Plessa A1M agnitude2distance relations for earthquake2induced landslide in Greece[J ]1 Engineering Geology, Special Issue, 2000, 583- 41 [13] PrestininziA1, and Romeo R1Earthquake2induced ground failures in Italy [J ]1Engineering Geology, Special Issue, 2000, 583- 41 [14] Richter C1F1Elementary seismology[M ]1San Francisco W1H1Freeman and Co1, 19581 [15] Romeo R1Seism ically induced landslide displacements a predictive model[J ]1Engineering Geology, Special Issue, 2000, 583- 41 The State of the Art of the Research on Seism ic Landslide Hazard at Home and abroad L I Zhong2sheng S chool of Geolog ical Eng ineering relations of the area extent, concentration and total volume of landslides w ith seism ic parameters such as magnitude, seism ic intensity and epicenter distance; and the geologic tectonic. Some factors, such as the topographic slopes and geological structures where landslide always occur in case of an earthquake are studied.In addition, the research of seism ic landslide hazard prediction is recapitulate. Key w ordsearthquake;landslide;disaster;earthquake parameter;geologic tectonics; overview 07 灾 害 学 18卷