鮑鵬鵬，崔玉龍，許 沖，傅 貴，胡俊宏，陳孝柱

(1.安徽理工大學 土木建筑學院，安徽 淮南 232001；2.中國地震局地殼應力研究所，北京 100085；3.中國地震局地質研究所 活動構造與火山重點實驗室，北京 100029)

地震及其觸發(fā)的次生災害(滑坡、泥石流、堰塞湖和海嘯等)會給人類的生命財產(chǎn)造成巨大的災難[1-6]。在眾多自然災害中，地震災害造成的死亡人數(shù)占全球各類自然災害造成死亡人數(shù)的54%，堪稱群災之首。20世紀全球有高達180多萬人被地震奪去了生命，經(jīng)濟損失達數(shù)千億美元[7]。一些研究表明，進入21世紀以來，全球進入地震活躍期[8-9]。據(jù)美國地質調查局(USGS)監(jiān)測數(shù)據(jù)[10]顯示，2000年以來全球發(fā)生M 6.0級以上地震1 657次，M 8.0級以上地震24次。其中，2001年印度古杰拉特(Gujarat)M 7.7級地震造成3.5萬人死亡；2003年伊朗巴姆(Bam)M 6.6級地震造成3.1萬人死亡；2004年印尼蘇門答臘-安達曼(Sumatra-Andaman)M 9.1級地震及其引發(fā)的印度洋海嘯造成約28.3萬人死亡與失蹤；2005年巴基斯坦M 7.6級地震造成9.5萬人死亡和失蹤；2008年中國汶川M 7.9級地震造成8.7萬人死亡與失蹤，其中2萬人死于滑坡災害，占總死亡人數(shù)的1/4[11]。這些震例表明，不僅地震本身會造成巨大的生命財產(chǎn)損失，地震產(chǎn)生的次生災害，如海嘯和滑坡會極大地加重災害程度。

開展某次地震滑坡空間分布規(guī)律分析，對本次地震的防災減災具有重要意義。不僅如此，已發(fā)生的地震滑坡空間分布規(guī)律對高地震風險區(qū)的地震滑坡易發(fā)性評價具有重要借鑒意義，可為重大工程選址和城市規(guī)劃等提供參考。目前較多研究者開展了地震滑坡分布研究，例如1994年美國Northridge M 6.7級地震[12]；2005年巴基斯坦Kashmir M 7.6級地震[13]；2008年中國汶川M 7.9級地震[2，11，14-15]；2013年中國蘆山M 7.0級地震[16-18]；2015年尼泊爾M 8.1級地震[19-21]。

2018年9月6日，日本北海道發(fā)生Mw 6.6級地震，造成41人死亡，其中有36人死于滑坡災害，680人受傷，經(jīng)濟損失4 000億日元。該次地震觸發(fā)大量滑坡，本文基于福衛(wèi)5衛(wèi)星影像，在Google Earth平臺上進行人工目視滑坡解譯，然后基于DEM和地質圖，利用ArcGIS軟件進行滑坡分布規(guī)律分析，建立本次地震滑坡數(shù)據(jù)庫，研究其滑坡分布規(guī)律，同時為其他類似地震滑坡研究提供參考。

1 區(qū)域概況和地質背景

地震震中位于日本北海道島苫小牧市以東厚真町，為日本本土緊鄰太平洋區(qū)域，地理坐標為42.686°N、141.929°E，見圖1。北海道屬于溫帶海洋性氣候，全年溫和濕潤，平均氣溫1月為4～10 ℃、8月為18～20 ℃，年降水量800～1 200 mm。研究區(qū)地層主要為晚第三紀中新統(tǒng)非海洋沉積物(N2sn)，巖性為棕紅、灰白色黏土層夾薄層砂礫巖。根據(jù)USGS信息[10]：該區(qū)域太平洋板塊向西北偏西移動，相對于北美板塊以約87 mm/a的速度向東西移動；地震的震源機制解表明，震中位于西北方向的中度傾斜逆斷層上或東南方向的淺-中度傾斜逆斷層上，震中深度約100 km；20世紀，震中250 km范圍內共發(fā)生70次M 6.0級以上地震，該次地震發(fā)生前14 h內，發(fā)生7次4.3級以上的前震，其中兩次大于M 5.0級。

圖1 研究區(qū)位置及滑坡分布圖

2 方法和數(shù)據(jù)

2.1 方法

采用滑坡目視解譯的方法，通過震前震后遙感影像的對比，可以清晰準確地圈出滑坡，目視解譯保證了滑坡解譯的客觀性。在ArcGIS平臺上，以DEM、地質圖和地震烈度圖為基礎，提取各滑坡對應的坡度、坡向、高程、地層和地震烈度，通過統(tǒng)計可得到滑坡分布與各因子的關系。在ArcGIS平臺上對滑坡與震中距離建立緩沖區(qū)，統(tǒng)計分析每個緩沖區(qū)內的滑坡數(shù)量與面積。

2.2 數(shù)據(jù)

地震后福衛(wèi)5衛(wèi)星影像，分辨率為2 m，見圖2；下載的ASTER GDEM 30 m精度的DEM[22]；下載的15萬地質圖[23]；下載的地震烈度圖[10]。

圖2 研究區(qū)福衛(wèi)5衛(wèi)星影像圖

3 結果與分析

3.1 密度分析

圖3 滑坡點密度圖(搜索半徑為350 km)

根據(jù)滑坡數(shù)據(jù)庫，通過ArcGIS制作出滑坡的點密度圖，見圖3。鑒于此次滑坡分布范圍和滑坡數(shù)量比較大，以350 km為搜索半徑通過密度分析制作滑坡點密度圖。

由圖3可以看出，整個研究區(qū)內有3個滑坡高密度區(qū)，其密度均大于100個/km2。

3.2 滑坡數(shù)量與面積統(tǒng)計

將單體滑坡面積分為7個級別：<2 000 m2、2 000～4 000 m2、4 000～6 000 m2、6 000～8 000 m2、8 000～10 000 m2、10 000～12 000 m2和>12 000 m2。統(tǒng)計分析每個級別內的滑坡數(shù)量與滑坡面積，制作滑坡數(shù)量與滑坡面積的分級餅圖，見圖4。其中單體滑坡面積<2 000 m2滑坡數(shù)量最多，為1 679個，占滑坡總數(shù)量的40%。單體滑坡面積2 000～4 000 m2內的滑坡總面積最大，為3.64 km2，占滑坡總面積的24%。

圖4 滑坡數(shù)量和滑坡面積餅圖

3.3 滑坡與影響因子關系

3.3.1 地形因子

研究區(qū)的高程范圍為30～369 m，由于地勢較低，將高程以50 m為間距進行分組，分別為30～80 m、80～130 m、130～180 m、180～230 m、230～280 m、280～330 m和330～380 m，共七組。統(tǒng)計制作滑坡面積、滑坡數(shù)量分別與高程的關系，見圖5。

由圖5可知：130～180 m內滑坡數(shù)量最多，有1 722個，占總滑坡總數(shù)的40.2%；高程小于130 m時，滑坡數(shù)量隨高程的增大而增多，在高程大于180 m時，滑坡數(shù)量隨高程的增大而減??；滑坡面積最大的高程范圍是130～180 m，為6.11 km2，占滑坡總面積的38.2%；高程80～130 m的滑坡面積也比較多，為5.37 km2，占滑坡總面積的33.6%；其他高程范圍內的滑坡面積相對較小?？傮w上講，高程在80～180 m的滑坡數(shù)量最多，面積最大。

圖5 滑坡與高程關系圖

研究區(qū)的坡度基本為0°～36°，以5°為間隔進行分組，坡度>35°為一組，制作滑坡面積和滑坡數(shù)量分別與坡度的關系直方圖，見圖6。

圖6 滑坡與坡度關系圖

由圖6可知：坡度在10°～15°和15°～20°時，滑坡數(shù)量較多；10°～15°的滑坡數(shù)量為1 418個，占滑坡總數(shù)的33.1%；15°～20°的滑坡數(shù)量為1 137個，占滑坡總數(shù)的26.6%；10°～15°的滑坡面積為4.72 km2，占滑坡總面積的29.5%；15°～20°的滑坡面積為4.42 km2，占滑坡總面積的27.7%?？傮w上講，坡度在10°～20°時，滑坡數(shù)量最多，滑坡面積最大。

將坡向以30°為間隔進行分帶，制作出滑坡面積和滑坡數(shù)量分別與坡向的關系圖，見圖7。

圖7 滑坡與坡向關系圖

由圖7可知：坡向在90°～120°和120°～150°時，滑坡數(shù)量較多，分別為473個和531個，占滑坡總數(shù)的11.3%和12.7%；滑坡面積較大，分別為2 007 549 m2和2 046 743 m2，分別占滑坡總面積的12.56%和12.82%。

3.3.2 地震因子

地震烈度是指地震時某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受到一次地震影響的強弱程度。解譯7度和7.5度兩個烈度區(qū)的滑坡，對每個烈度區(qū)的滑坡數(shù)量和滑坡面積進行統(tǒng)計，見圖8。

圖8 滑坡與烈度關系圖

由圖8可知：7度區(qū)的滑坡數(shù)量為1320個，占滑坡總數(shù)的31.4%，滑坡面積為4.2 km2，占滑坡總面積的27.8%；7.5度區(qū)的滑坡數(shù)量為2 875個，占滑坡總數(shù)的68.5%，滑坡面積為10.9 km2，占滑坡總面積的72.2%。說明7.5度區(qū)的滑坡數(shù)量和滑坡面積大于7度區(qū)，且單體滑坡的規(guī)模7.5度區(qū)略大于7度區(qū)。

滑坡距離震中最遠的距離為22 km，以2 km間隔建立緩沖區(qū)，分析每個緩沖區(qū)內的滑坡數(shù)量與滑坡面積，制作滑坡數(shù)量和滑坡面積分別與震中距的關系，見圖9。

圖9 滑坡與震中距關系

由圖9可知：震中距為0～2 km和20～22 km時，發(fā)生的滑坡數(shù)量較少，分別為17個和61個，分別占滑坡總數(shù)的0.4%和1.5%，滑坡面積分別為66 923 m2和94 873 m2，占滑坡總面積的0.4%和0.6%；震中距為10～12 km時，發(fā)生的滑坡數(shù)量較多，為741個，占滑坡總數(shù)的17.6%，滑坡面積最大，為3 107 251 m2，占滑坡總面積的19.4%。

3.3.3 地質因子

地層及巖性是滑坡發(fā)生的物質基礎，根據(jù)地質圖對每個地層內的滑坡數(shù)量和滑坡面積進行統(tǒng)計，制作直方圖，如圖10所示。

圖10 滑坡與地層關系圖

由圖10可知：滑坡主要發(fā)育于新近紀上新世地層(N2sn)中，滑坡數(shù)量為3 785個，占滑坡總數(shù)的90%，滑坡面積為13.69 km2，占滑坡總面積的86%。因此，本次地震滑坡主要發(fā)生在N2sn地層中，巖性為黏土巖夾砂礫巖。

其中，N2sn為新近紀上新世地層；Hsr為第四紀全新世地層；N1sr為新近紀中新世地層；N3sn為新近紀地層；Q2sr、Q2th、Q3t1為第四紀更新世地層。

4 結論

以北海道地震為例，以福衛(wèi)5衛(wèi)星影像為基礎，采用人工目視解譯獲取一地震滑坡數(shù)據(jù)庫，包含4 196個滑坡，滑坡總面積達15.98 km2。單體滑坡面積在2 000 m2以下的滑坡數(shù)量最多，占滑坡總數(shù)量的40%，2 000～4 000 m2范圍內的滑坡面積最大，達3.64 km2，占滑坡總面積的24%?；碌陌l(fā)育與地形因子、地震因子和地質因子有著密切的關系，在130～180 m高程區(qū)間內、10°～20°坡度區(qū)間內、坡向90°～120°和120°～150°區(qū)間內、7.5度烈度區(qū)內、10～12 km震中距內，滑坡數(shù)量最多，面積最大。滑坡主要發(fā)生在N2sn地層中，巖性為黏土巖夾砂礫巖。本文建立了北海道地震滑坡數(shù)據(jù)庫，初步分析了滑坡分布規(guī)律，后續(xù)將繼續(xù)進行地震滑坡易發(fā)性評價方面的研究。