羅永紅，李石橋，王梓龍

(1.地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059；2.武警黃金第十二支隊，成都 610036)

尼泊爾地震誘發(fā)地質(zhì)災害發(fā)育特征及影響因素分析

羅永紅1，李石橋2，王梓龍1

(1.地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059；2.武警黃金第十二支隊，成都 610036)

2015年4月25日尼泊爾發(fā)生Ms 8.1級強震，震中距離中國西藏聶拉木地區(qū)約120 km，但地震誘發(fā)該地區(qū)發(fā)生大量斜坡地質(zhì)災害，并導致交通阻斷、人員傷亡及財產(chǎn)損失。震后應急調(diào)查顯示地震誘發(fā)樟木地區(qū)以崩塌、滑坡及路基沉降等地質(zhì)災害為主，并導致樟木鎮(zhèn)福利院滑坡局部震裂變形及邦村東滑坡震裂滑動，統(tǒng)計顯示縱向上地質(zhì)災害分布距河床高差100～300 m范圍，空間上從樟木口岸-樟木鎮(zhèn)-康山橋-聶拉木地震地質(zhì)災害發(fā)育密度逐漸減少。綜合因素分析表明發(fā)震斷層的“上盤效應”是導致樟木震害較嚴重的宏觀背景，而其它斷裂的“隔震效應”使得震動效應迅速衰減。此外，地形、高程及結構面是導致巖質(zhì)斜坡動力破壞的主要影響因素，而堆積層變形破壞受控于其密實度及地下水富集特征。

尼泊爾Ms 8.1級地震；地震災害；上盤效應；放大效應；隔震效應；密實度

2015年4月25日14時，在尼泊爾的博克拉地區(qū)(28.2°N,84.7E)發(fā)生了Ms8.1級地震，震源深度20 km。強震導致尼泊爾境內(nèi)大量房屋倒塌及人員傷亡，而此次地震波及我國西藏日喀則吉隆縣、聶拉木縣等邊境地區(qū)，并導致西藏地區(qū)12人死亡，大量房屋破壞，交通干線被阻斷[1]?；贗nSAR和GPS觀測數(shù)據(jù)對尼泊爾地震發(fā)震斷層特征參數(shù)聯(lián)合反演研究表明[2]，此次發(fā)震斷層為主邊界逆沖斷裂(MBT)，雖然震中距離西藏聶拉木等地區(qū)較遠，但由于該地區(qū)位于邊界斷裂上盤，且震級較大、震源較淺，因此導致西藏聶拉木縣的樟木鎮(zhèn)等地區(qū)的烈度較高，達到IX度。強震致使樟木口岸至聶拉木縣城約30 km長的國道318沿線滾石、崩塌、滑坡、路基沉陷等次生地質(zhì)災害較發(fā)育，直接破壞并阻斷了國道318公路，樟木口岸貿(mào)易因此停運，而且地震導致樟木滑坡地震裂縫發(fā)育及變形下錯等，嚴重威脅樟木鎮(zhèn)上人的生命和財產(chǎn)安全。

眾所周知，汶川地震導致龍門山地區(qū)大量斜坡震害，而對青藏高原地區(qū)影響較小，且青藏高原上斜坡震害調(diào)查資料及研究文獻并不多見，這也導致了西藏地區(qū)參與此次尼泊爾地震災害搶險調(diào)查的專業(yè)地質(zhì)人員對地震誘發(fā)地質(zhì)災害較為陌生，甚至無意識的夸大震害嚴重性，使得國家層面的宏觀決策缺乏真實的科學依據(jù)。尼泊爾強震后，作者克服高原反應參與了武警黃金部隊第十二支隊對西藏邊境樟木口岸至聶拉木縣城318國道沿線地震地質(zhì)災害發(fā)育特征的應急調(diào)查，通過對青藏高原地區(qū)的震害發(fā)育特征及控制因素分析，為青藏高原地區(qū)的震害研究積累資料及經(jīng)驗，同時也為防震減災、斜坡地震動評價及防治提供借鑒資料，研究結論具有一定的理論及實踐意義。

1 研究區(qū)工程地質(zhì)條件

研究區(qū)聶拉木縣城至樟木鎮(zhèn)直線距離不足20 km，高差卻達2 000 m，區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，山峰陡峭，為典型的高山峽谷地貌[3]。區(qū)內(nèi)地層較為單一，主要出露有前震旦系曲鄉(xiāng)巖組( AnZq)， 分布于研究區(qū)樟木鎮(zhèn)南側至康山橋兵站，其上部為江東組(AnZj)，底部為友誼橋組(AnZy)，以灰-淺灰色黑云斜長片巖、二云斜長片巖、片麻巖為主；地表以剝蝕為主，第四紀的地層分布十分零星，并且均為混雜堆積，堆積物以碎塊石土及粉質(zhì)粘土為主。距離低喜馬拉雅北緣的主中央斷裂帶(MCT)直線距離僅幾公里，為單斜構造，巖層傾向NE，傾角20°～40°褶皺不發(fā)育[5]。據(jù)區(qū)域地震臺網(wǎng)的不完全記錄[4]，自1970年至2005年12月樟木鎮(zhèn)域內(nèi)共記錄到ML≥4.0級地震5次，其中5級、6級地震各一次，最大地震為1974年3月24日ML6.1級地震，震中位置位于樟木東南約15 km處，震源深度20 km。

2 地震誘發(fā)樟木口岸至聶拉木地質(zhì)災害發(fā)育特征分析

2.1 地質(zhì)災害發(fā)育類型

尼泊爾強震誘發(fā)調(diào)查區(qū)地質(zhì)災害主要有崩塌、滑坡、路基沉降等3種類型，其中以崩塌最為發(fā)育，占到災害發(fā)育類型70%以上(圖1)，其次為滑坡災害約占災害類型的17%，除此之外，路基沉降、滾石、山體震裂縫等占到了地質(zhì)災害的12%左右。

圖1 地質(zhì)災害類型

2.2 地質(zhì)災害空間分布特征

樟木口岸至聶拉木縣城沿線調(diào)查研究段距離尼泊爾“4.25”Ms 8.1級地震震中約120 km，空間上地震誘發(fā)地質(zhì)災害發(fā)育程度呈現(xiàn)明顯的差異，其中樟木口岸至樟木鎮(zhèn)為地質(zhì)災害較發(fā)育區(qū)，樟木鎮(zhèn)至康山橋隧道為地質(zhì)災害一般發(fā)育區(qū)，康山橋隧道至聶拉木縣城為不發(fā)育區(qū)(圖2)。樟木口岸至樟木鎮(zhèn)沿線地質(zhì)災害破壞最為嚴重，以巖質(zhì)滑坡、崩塌及淺表層滑塌災害居多，地震災害導致公路沿線居民房屋及車輛損失嚴重；樟木鎮(zhèn)至康山橋隧道路段沿線地質(zhì)災害破壞性一般，以滾石、高位滑坡、路基沉陷災害居多；康山橋至聶拉木縣城路段沿線發(fā)育淺表層滾石及少量路基沉陷，其他類型災害不發(fā)育(圖3)。

2.3 斜坡地質(zhì)災害發(fā)育高程特征

樟木口岸友誼橋以上波曲河段流域海拔最高點5 810 m，最低點1 750 m[4]。調(diào)查路段位于波曲河流左岸國道318公路沿線，波曲河流從康山橋以下河段開始深切，震害調(diào)查表明公路路基以下峽谷岸坡地震崩塌、滑坡等不發(fā)育，地質(zhì)災害主要位于公路以上邊坡，分布于1 788～3 707 m高程，距離河谷谷底高差多在100 m以上。其中，樟木口岸至樟木鎮(zhèn)沿線地質(zhì)災害點發(fā)育高程分布于1 788～2 200 m，地質(zhì)災害點一般距離公路路面10～20 m，最大高差約130 m，該段地震災害對公路兩側房屋建筑破壞最為嚴重；其次，樟木鎮(zhèn)至康山橋沿線，災害點高程分布于2 530～2 884 m，地質(zhì)災害點一般距離公路高差20～40 m，最大約180 m，且塊狀及碎裂狀巖體破壞崩塌為主，導致公路路基損毀嚴重；再次，康山橋至聶拉木縣城沿線，災害點高程分布于2 931～3 707 m，地質(zhì)災害點一般距離公路高差7～35 m，最大約212 m，以松散堆積體的滾石為主。

圖2 聶拉木縣城至樟木口岸遙感圖(來源google)

圖3 樟木口岸至聶拉木縣城沿線典型災害

2.4 斜坡地質(zhì)災害發(fā)育部位

汶川地震地質(zhì)災害調(diào)查及相關物理模擬、數(shù)值模擬研究表明局部地形放大效應明顯[6-10]，所謂局部地形，簡單的可理解為“凸”、“凹”兩種地形地貌，其中“凸”一般認為是局部突出地形，即條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段[11]。通過對尼泊爾地震誘發(fā)山體斜坡破壞特征調(diào)查顯示，在山脊兩側、臺地邊緣、斜坡坡度轉折等地形部位的地質(zhì)災害發(fā)育程度明顯加重，顯示出這些斜坡部位的具有局部地形地震動放大效應特征(圖4)。

圖4 局部地形破壞特征

2.5 地震誘發(fā)滑體變形破壞特征

根據(jù)已有勘察及研究資料表明，樟木鎮(zhèn)所在的堆積體以波曲河、邦村東溝為界，劃分為福利院及邦村東兩大滑坡變形區(qū)(圖5)，是一個多塊、多級、多層滑坡，它既含有新滑坡，又屬于老滑坡，同時其母體堆積物為大規(guī)模多次活動疊加的古崩滑體[4]?！?.25”尼泊爾Ms8.1級強震誘發(fā)樟木鎮(zhèn)的福利院及邦村東兩處滑坡發(fā)育裂縫及下錯，根據(jù)西藏地質(zhì)二隊提供現(xiàn)場調(diào)查資料顯示，其中福利院滑坡體上裂縫發(fā)育較分散，主要分布在滑坡體后緣、電信塔、中心小學操場等處，以拉裂變形為主，局部有下錯現(xiàn)象；而邦村東滑坡體地震裂縫沿滑坡邊界呈現(xiàn)圓弧形狀分布，且裂縫貫穿一處深部監(jiān)測孔并導致孔口套管及水泥沓封已高出地面約3 cm，以拉裂及下錯變形為主，呈現(xiàn)了整體滑動特征?；碌卣鹆芽p發(fā)育主要特征見表1。

圖5 樟木滑坡遙感影像特征(紅色線條表示地震誘發(fā)裂縫分布)

裂縫發(fā)育位置裂縫延伸方向/°裂縫延伸長度/m裂縫寬度/cm裂縫最大寬度/cm裂縫下錯/cm備注01號監(jiān)測點1353010～1520/福利院滑坡后緣02號監(jiān)測點圓弧狀5410～1518/福利院滑坡后緣邊防一連145>655～102020福利院滑坡后緣電信基站155205～830/福利院滑坡前緣樟木小學///30/福利院滑坡前緣廉租房一帶60～80轉為圓弧狀54015～20258～15邦村東滑坡邊界

3 地震誘發(fā)斜坡地質(zhì)災害影響因素分析

此次尼泊爾地震震中位于調(diào)查研究區(qū)西側，空間上距離樟木口岸至聶拉木沿線約123～125 km，根據(jù)中國地震局尼泊爾Ms 8.1級地震西藏災區(qū)烈度表明，樟木鎮(zhèn)至邊界地區(qū)地震烈度達到IX度，而樟木鎮(zhèn)至聶拉木地區(qū)地震烈度為Ⅷ度，結合現(xiàn)場調(diào)查研究區(qū)地震地質(zhì)災害影響因素主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 受斷層上盤效應的地震動強度及地震的持續(xù)時間影響。調(diào)查研究區(qū)位于尼泊爾Ms8.1級強震主邊界發(fā)震斷裂上盤，震源深度約20 km，地震動峰值加速度分布圖表明(圖6)，斷層上盤最大峰值加速度可達1.0 g，調(diào)查研究區(qū)峰值加速度最大可達到0.60 g，而斷層下盤峰值加速度≤0.20 g。汶川地震等研究文獻顯示[12-14]，逆沖斷層的上盤效應使得其上盤地質(zhì)災害程度強于斷層下盤，根據(jù)調(diào)查研究區(qū)地震動峰值加速度等值線圖6分布特征表明，主邊界斷裂的上盤強震動特性強于斷層下盤，體現(xiàn)出明顯的上盤效應特征。與此同時，由于此次強震震動時間1 min左右，較長的持續(xù)時間疊加上盤強震動特性使得調(diào)查區(qū)盡管遠離震中，但地震誘發(fā)次生災害仍然較嚴重。

(2) 受拆離系斷裂面對地震波能量的隔震作用影響。劉必燈、王偉、李小軍等[23]對汶川地震中鮮水河斷裂帶的研究表明，以鮮水河斷裂帶為界，近震源側地震動強度更大且高頻更豐富，有限元數(shù)值模擬研究認為，鮮水河斷裂帶對汶川地震產(chǎn)生的地震動具有明顯的隔震效應。根據(jù)李海兵、許志琴研究表明[15]，尼泊爾Ms8.1級地震為主邊界斷裂(MBT)發(fā)震(圖7、圖8)，樟木口岸至聶拉木調(diào)查研究區(qū)位于高喜馬拉雅的主中央逆沖斷裂(MCT)與藏南拆離系之間(STD)，盡管調(diào)查區(qū)均位于斷層上盤，但由于調(diào)查沿線出露有丁仁布橋斷裂、康山橋斷裂等拆分斷層，地震波向聶拉木地區(qū)傳播過程中由于受到斷裂面反射、散射等作用，使得地震波地震動能量由樟木口岸-樟木鎮(zhèn)-聶拉木縣城逐漸衰減。峰值加速度顯示樟木地區(qū)峰值加速度達到0.60g，而聶拉木地區(qū)峰值加速度迅速減小為0.20 g，從而在空間上導致了聶拉木至康山橋、康山橋至樟木鎮(zhèn)、樟木鎮(zhèn)至樟木口岸三段公路沿線的地震次生災害發(fā)育不同特點。地震動峰值加速度與調(diào)查區(qū)地震地質(zhì)災害在空間上發(fā)育分布逐漸減少的特征比較吻合。

圖6 尼泊爾主邊界發(fā)震斷裂峰值加速度等值線圖特征

圖7 尼泊爾Ms8.1(Mw7.8)地震位置及發(fā)震構造剖面圖[15]

(3) 受巖體結構組合特征影響。大量基巖斜坡破壞顯示出沿片巖、片麻巖的片理面與結構面組成形成楔形體滑動、順層滑動破壞特征(圖9)。巖體結構面組合構成了崩滑體的邊界，往往也是地震波傳播過程中動應力產(chǎn)生突變效應的介質(zhì)界面，地震波在巖體結構面形成反射、折射效應并在結構面上疊加形成強烈動拉應力波使得結構面進一步拉裂擴展，巖橋被拉裂貫通后結構面沿邊界在持續(xù)震動作用下并疊加重力作用形成巖質(zhì)滑坡、崩塌等地質(zhì)災害。

圖8 尼泊爾Ms8.1(Mw7.8)震中及余震分布圖[15]

圖9 巖質(zhì)斜坡楔形體滑動破壞

(4) 受松散堆積物質(zhì)的成因影響。調(diào)查區(qū)堆積物成因較復雜，除樟木鎮(zhèn)發(fā)育大型滑坡堆積物外，還出露有冰磧物、崩塌堆積、殘坡積物、泥石流堆積等不同成因堆積體，由于其物質(zhì)的固結程度一般、孔隙率大、內(nèi)聚力差，且遠離震中的低頻率地震波較豐富使得松散堆積物質(zhì)振動密實過程中形成一系列表層的裂縫、差異沉降，而臨空條件較好的斜坡坡表地帶在地震上波振動作用下形成滾石、剝皮、撒落等破壞特征(圖10)。與此同時，地震波從基巖介質(zhì)傳入堆積層介質(zhì)時，由于介質(zhì)物性參數(shù)突變且基覆介質(zhì)界面通常是空隙水富集界面，在強震作用下往往形成震動液化效應使得表層堆積物形成土質(zhì)滑坡破壞。這一現(xiàn)象在樟木鎮(zhèn)至康山橋隧道沿線基巖表層松散堆積物滑動破壞特征較為明顯。

(5) 受局部地形放大效應影響。除了已有大量調(diào)查、數(shù)值模擬及物理模擬資料外，斜坡地震動響應監(jiān)測數(shù)據(jù)表明[16-19]，隨著斜坡高程增加地震動峰值加速放大系數(shù)可達1.0～3.0倍，局部地形放大系數(shù)可達到6.0～7.0倍，強震條件下局部凸出地形如山脊、多面臨空山體局部斜坡地形，由于其地形尺寸與地震波波長的耦合效應而產(chǎn)生共振作用，使得地形震動呈現(xiàn)出一定方向的放大效應，從而形成比較明顯的沿山脊走向的震動拉裂破壞或建筑物破壞效應。調(diào)查研究區(qū)屬于高山峽谷地貌，山高坡陡、峽谷深切，在波曲河河谷右岸的凸出山嘴、樟木鎮(zhèn)祭祀臺北東單薄山脊等地形凸出部位的震害較為嚴重(圖11)，與“5.12”汶川地震誘發(fā)局部凸出地形的震害加重現(xiàn)象及發(fā)育特征較為吻合，由此表明在高山峽谷地區(qū)地形加重斜坡震害影響具有一定的普遍規(guī)律，只是在局部較為凸出地形地貌部位的地形放大效應體現(xiàn)更為明顯。

圖10 土質(zhì)斜坡表層剝皮及撒落滑動破壞特征

圖11 地形放大效應誘發(fā)斜坡震害特征

(6) 受到斜坡高程放大效應影響。單面邊坡高程放大效應射線理論解研究表明邊坡的高程放大效應是由于邊坡自由面的反射作用形成，巖體參數(shù)和邊坡傾角是影響邊坡高程放大效應的主要因素[20]。數(shù)值模擬分析表明[21]，斜坡地震動放大效應隨高程增加呈現(xiàn)節(jié)律性放大規(guī)律，地震動峰值加速度放大系數(shù)可達到1.0～2.0。頻域參數(shù)研究結果顯示斜坡地面運動峰值放大在一個歸一化頻率范圍H/λ=0.2，這里H是相對河谷高差，λ為地震波運動的波長[22]。與此同時，地震波P波傳播速度一般為5～6 km/s，S波傳播速度3～4 km/s。參考汶川地震強震臺站傅里葉頻譜統(tǒng)計分析可知，斷層上盤地震波主頻率值趨于3～7Hz占60%左右[13]，由于強震條件下S波更易誘發(fā)斜坡次生災害，根據(jù)λ=V/f初步估算研究區(qū)波長趨于0.5～1.2 km的地震波較為豐富，歸一化頻率范圍公式估算可知研究區(qū)地震動放大的斜坡高度范圍趨于100～240 m。通過調(diào)查，研究區(qū)的波曲河峽谷段距離峽谷谷底100 m高差范圍內(nèi)鮮有明顯的崩塌或滑坡等地質(zhì)災害，而距離峽谷或溝谷谷底100～300 m高差范圍內(nèi)斜坡崩塌、掉塊、滑坡等地質(zhì)災害明顯增多，震害發(fā)育體現(xiàn)出一定高程分布范圍，由此表明高程放大效應對調(diào)查研究區(qū)斜坡地震災害的影響不可或缺。

4 結論

本文通過尼泊爾“4.25”Ms8.1級強震誘發(fā)我國西藏聶拉木至樟木口岸沿線地質(zhì)災害特征調(diào)查，對地震誘發(fā)次生災害的發(fā)育分布特征及地質(zhì)災害的影響因素分析主要獲得了以下幾點認識：

(1) 研究區(qū)盡管遠離尼泊爾地震震中約125 km，但強震仍然導致調(diào)查區(qū)大量次生地質(zhì)災害，主要災害類型為崩塌、滑坡、路基沉降，其中又以崩塌災害最為發(fā)育，占到地質(zhì)災害的70%以上。研究表明斷層上盤效應是調(diào)查區(qū)主要的動力效應，最大峰值加速度可達到0.6 g。

(2) 距離震中相近條件下，震害發(fā)育程度空間上呈現(xiàn)較大差異，分析表明調(diào)查研究區(qū)位于主中央斷裂與藏南拆離系之間，地震波傳播過程中受到丁仁布橋斷裂、康山橋斷裂等拆分斷層隔震作用導致地震動峰值加速度衰減明顯，從而使得研究區(qū)的空間上震害發(fā)育逐漸弱化特征。

(3) 通過對調(diào)查研究區(qū)地震地質(zhì)災害發(fā)育特征及影響因素分析表明，強震誘發(fā)研究區(qū)次生地質(zhì)災害具有多因素影響或控制效應，除了強震提供的足夠震動效應外，斜坡的高程放大效應、地形放大效應、結構面效應等是導致巖質(zhì)斜坡破壞的綜合因素。

致 謝 文中所引用樟木鎮(zhèn)福利院及邦村東滑坡拉裂縫發(fā)育分布特征等資料由西藏地質(zhì)二隊胡孝洪、朱德明二位提供，在此一并表示感謝。

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GEOHAZARDSDEVELOPMENTCHARACTERISTICSANDINFLUENCEFACTORSANALYSISINDUCEDBYNEPALEARTHQUAKE

LUO Yong-hong，LI Shi-qiao，WANG Zhi-long

(1.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection(Chengdu University of Technology),Chengdu 610059，China;2.No.12th Gold Geological Party of Chinese People’s Armed Police Force，Chengdu 610036，China)

April 25, 2015 Ms 8.1 earthquake occurred in Nepal, The epicenter was about 120 km from Tibet Nyalam, but this earthquake triggered large number of geological hazards, which led to traffic blocking, casualties and losses of property. After the earthquake emergency investigation showed that the main geological hazards in Zhangmu area were the collapse, landslide and roadbed subsidence, and the earthquake led the party shattering deformation of Zhangmu Welfare landslide and the shatter slip of Bang village landslide. Statistics show that the vertical distribution of geological hazards from the riverbed elevation range of 100～300m, Spatially from Zhangmu town to Kang Shan bridge to Nielamu, the density of seismic geological hazards decreased gradually. Comprehensive factor analysis showed that the “hanging wall effect” of seismogenic fault was the macro background of the serious damage in Zhangmu area, and the other fault made seismic ground motion attenuation so quickly. In addition, the topographic, elevation and rock structure were the main factors leading to rock slope dynamic failure. And the accumulation layer deformation and failure was controlled by degree of material density and the characteristics of groundwater enrichment.

Nepal Ms8.1 Earthquake； Seismic geology hazards； Hanging wall effect； Amplification effect； Isolation effect； Degree of density

1006-4362(2017)03-0033-08

2017-04-28改回日期2017-06-30

國家創(chuàng)新研究群體科學基金(41521002)，地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室自由探索課題(40100-00002284)及自主課題SKLGP2015Z001

P694；P315.2

A

羅永紅(1981- )男，2011年于成都理工大學地質(zhì)工程專業(yè)獲博士學位，現(xiàn)任副教授，主要從事斜坡地震防震減災與工程地質(zhì)相關的教學與研究工作。E-mail：lyh445890689@qq.com