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1、 工程地质学学期论文：汶川地震的地质背景与地震次生地质灾害摘要2008年5月12日14时27分，某省阿坝藏族羌族自治州汶川县发生里氏8.0级地震，造成大量人员财产损失。汶川地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流，地质灾害隐患点达10000 余多处, 以崩塌体增加最为显著, 反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大, 在山顶上的放大作用非常显著。本文综合地震重灾区11县市的构造背景，研究了汶川地震中主要的次生地质灾害类型。关键字 汶川地震 地质背景 地质灾害1、 引言 某汶川八级地震发生于青藏高原东部边缘的龙门山构造带。龙门山构造带经受青藏高原与某盆地强烈的挤压, 迄今仍处于活动状态, 多
2、次发生强烈地震, 是我国乃至全球山脉中地形陡度最大区带之一, 在100km 的X围内, 高差可达5000多米, 形成高山峡谷, 是长江上游多条河流分布区。与我国其他强烈地震明显不同, 汶川地震触发了大量的滑坡、崩塌、碎屑流, 伴随暴雨, 在岷江等流域多处形成泥石流, 造成了惨重的人员伤亡和巨大财产损失。前人在地震次生灾害，尤其是地震次生斜坡灾害有比较丰富的研究。李天池等( 1979)通过对某松潘、平武两县交界的3次地震的调查发现, 坡形对地震次生斜坡灾害的形成有重要影响, 直线型的斜坡很少发生崩滑, 凹坡和凸坡容易产生崩滑, 而且均在变坡点附近, 并且统计发现90% 的地震滑坡发生在30 50
3、的斜坡上, 崩塌则发生在50b以上的斜坡。胡广韬等人( 1997)通过对若干震区滑坡的考察资料分析, 发现地震烈度、发震构造、岩性、地下水、地貌形态对地震滑坡的形成有较明显的控制作用。祁生文等人( 2004 )论述了地质背景、岩性组合、岩体结构、地形地貌以及水文地质条件分别对边坡稳定性的影响, 并结合边坡动力响应的分析, 给出了地震斜坡位移、速度、加速度三量响应在坡面上的分布规律, 发现边坡在坡面上具有垂直向和水平向的波动放大效应。本文旨在研究了解强震触发斜坡失稳的特点及其控制性因素, 积累人类关于地震触发斜坡失稳的经验, 为在山岳地震带的区划、防震、抗震设防提供参考依据。2、 研究区域及其地
4、质背景1. 研究区域汶川地震的重灾区共有11县市，包括汶川、北川、青川、安县、平武、茂县、江油、彭州、什邡、绵竹、理县等市县【1】。在地图上如下所示。2. 研究区地形地貌研究区主要包括龙门山区和某平原两个地貌单元, 地形上处于我国第一梯级青藏高原向第二梯级某盆地过渡地段, 地形变化剧烈, 东北接摩天岭, 西南止岷江边。以龙门山一线为界, 西部山高谷深, 犹如屏障拔地而起, 东部则为平坦的某平原,地貌反差极其强烈。整个地形是西南部高, 而东北部低。【2】根据相关数据，可将研究区之高程分为以下五组【3】，括号中为所占百分比。小于800（14.93%），800-1200（12.14%），1200-2
5、000（23.00%），2000-3000（21.13%），大于3000（28.80%）。高程地形如下图所示。把研究区坡度分为5级，分别为0-10，11-20，21-30，31-45和大于45，其面积百分比分别为16.06%，5.31%，27.07%，41.69%，9.87%。研究区坡度情况如下图示。3. 研究区构造背景研究区位于我国著名的活动断裂带 龙门山断裂带上, 活动构造发育。龙门山断裂带由一系列压性、压扭性断裂及褶皱组成, 断裂总体走向NE40左右, 倾向NW,倾角N50 80。本区著名的活动断裂有江油都江堰断裂(龙门山前山断裂)、映秀)北川断裂(龙门山中央断裂)、茂汶断裂(龙门山后山
6、断裂)、雪山)青川断裂等。历史地震频发, 有地震记载以来, 震中附近200 kmX围内发生7级以上地震8次, 最大的当属1933年某叠溪7. 5 级地震。【4】震中区附近的历史地震以主震余震型和孤立型为主。龙门山断裂带位于重力梯度带上, 也是地壳厚度的分界线, 其西侧地壳厚度为60 70km, 东侧在50km以内。4. 研究区岩性特征根据工程岩体分级标准( GB50218 - 94)【5】, 可以把研究区的地层岩性划分为5个岩组, 即坚硬岩组、较坚硬岩组、较软岩组、软岩组及极软岩组。坚硬岩组主要是火成岩, 包括二叠纪石英闪长岩、古元古代辉长岩、某岩群(包括咱里岩组、冷竹关岩组岩性)、三叠纪二长
7、花岗岩、三叠纪花岗闪长岩、三叠纪普通花岗岩、三叠纪石英闪长岩、三叠纪石英正长岩等; 较坚硬岩组主要是灰岩、白云岩、白云质灰岩、灰质白云岩以及峨眉山玄武岩组等, 包括宝塔组、长岩窝组、石喇嘛组并层、大关山组、大冶组、嘉陵江组、峨眉山玄武岩组、桂花桥沟组、沙窝子组等; 较软岩组主要是板岩、砂岩、泥质灰岩等, 包括白龙组、白田坝组、千佛岩组、宝顶组、碧口群(包括大沙坝组、桂花桥沟组、阴平组)、菠茨沟组、长江沟组、磨刀垭组、大石包组、菠茨沟组、铜街子组、甘溪组、观雾山组、灯影组、雷口坡组等; 软岩组主要包括页岩、千枚岩、泥岩、蛇绿岩等, 包括灌口组、莲花口组、茂县群、茂县群上岩组、茂县群、七曲寺组、沙
8、溪庙组、某组、危关组、蜈蚣口组、新都桥组、新田沟组、阳坝岩组、油房组、中元古代蛇纹岩、自流井组; 极软岩是指更新统(阶地砾石、砂土、粘土层, 冰川、湖河沉积, 时夹泥煤)以及全新统地层【6】。其分布如下图示。3、 汶川地震及相关地质灾害情况1. 地震地质灾害分布宏观上看, 地震发生后, 地质灾害隐患点增加了237% (表1) , 其中, 以崩塌体增加最为显著, 达到617% , 远远超过其他灾种, 随后为不稳定斜坡( 480% ), 泥石流( 152% )和滑( 123% )。反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大, 在山顶上的放大作用非常显著,导致了崩塌灾害的大量发生。如果从灾种占总隐患
9、点的比例上看, 在震前滑坡占到了61%, 而崩塌、泥石流和不稳定斜坡各占13% ; 在震后新增的隐患点中, 崩塌占的比例最高,34% ,随后为滑坡( 31% ) , 不稳定斜坡( 27% ),泥石流( 4% )。但是, 在总的隐患点中, 滑坡所占比例仍最高, 达到40%, 崩塌仅占27% 。统计数据如下图所示。【7】北川县城是遭受地震地质灾害最惨烈的城市, 县城区面积不足2. 0km2, 坐落在湔江河发育形成的狭长河谷阶地上, 汶川地震发震断裂自西南向北东切穿老城和新城, 沿断裂带形成强烈逆冲变形带, 致使带上或两侧建筑物倒塌和严重毁坏。老县城几乎一半被城西滑坡摧毁,新城南部遭受景家山崩塌的摧
10、毁, 崩塌由巨石组成, 最大可达数百立方米, 破坏力巨大, 摧毁了数十幢房屋和县城主干道, 人员死亡惨重。北川新中滑坡为古滑坡和危岩体的复合, 据20世纪90年代初中国水文地质工程地质勘查院909队的调查资料, 该区为乱石窖滑坡区。滑坡母岩为上泥盆系和下石炭系厚层灰岩构成, 滑坡长650m,宽200m, 平均厚度20m, 最厚达40m, 前后缘高差达300m, 体积约240万m3。滑坡具有崩塌特征, 以块(巨)石为主, 巨石单体体积可达1000 m3, 产生巨大冲击力, 导致北川中学新区三层高的一排教学楼和临近建筑物被毁覆, 近500人死亡。在滑坡堆积体前缘, 沿原主街道地面出现鼓胀, 估计与
11、地震构造形成的逆冲破裂相关。2. 地震成因的堰塞湖龙门山地区水系密集, 主要有岷江水系、沱江水系、嘉陵江水系, 均为山区河流, 坡陡谷深, 相对高差最高达5000m。汶川地震触发了大量滑坡、崩塌和泥石流堵塞河道。自北东向西南, 形成堰塞湖的支流主要有清江河、涪江上游、通口河、湔江、秀水河、白水河、绵远河、石亭江、岷江、西河等。【8】堰塞湖的分布与龙门山地震断裂关系非常密切, 其中, 有22处堰塞湖分布在此次地震的发震断裂带上, 占总数的1 /3, 特别是在湔江、绵远河和石亭江等, 堰塞湖的发育沿主中央断裂带展布。当然,堰塞湖形成的必要条件是滑坡形成横贯河道的坝体, 同时, 必须有足够的河水,
12、但是, 可以肯定, 沿发震断裂滑坡体的体积和滑动距离要比其他地段大,成为堰塞湖的易发地段。堰塞湖的分布如下所示。最大堰塞湖为位于湔江北川上游约5km 处唐家山滑坡所形成的堰塞湖。【9】唐家山滑坡由中- 强风化的片岩、板岩夹砂组成, 顺层滑动, 前后缘高差达650m, 水平距离约1250m。纵长610m, 顺河宽800m, 坝高80 120m, 体积约2000万m3。由于滑坡体撞击左岸山体, 在滑坡坝体北部堆积了厚达30 50m 的破碎堆积体, 为撞击折返区。在高程800m下, 山体中分布有小型向斜和柔皱, 因此, 滑坡堆积体中存在大量层状柔曲岩体, 估计是由于原有构造作用和此次滑坡滑坡中强大的
13、下滑力两种因素所致。堰塞湖最大库容2. 4亿立方, 回水长度10km。3. 地质灾害空间分布汇总对研究区次生斜坡灾害进行统计*, 发现崩塌灾害1573处, 面积约65. 50km2; 碎屑流灾害1703处, 面积180. 17km2, 滑坡共671处, 面积约34. 04km2, 泥石流共61处, 面积3. 99km2, 堰塞湖88个, 所占面积6. 50km2 。以灾害分布面积来排序, 汶川县灾害面积最大, 为131. 55km2, 其次为北川县, 为45. 57km2, 其余9个县(市)灾害面积相差不大, 均介于6 17km2, 其中理县灾害面积最小, 为6. 25km2。各灾种的发育在不
14、同地段发育的规模、频率差别较大。例如青川县、平武灾种主要为滑坡, 而汶川县、茂县、安县、理县灾种主要表现崩塌转化的碎屑流, 北川的主要灾种则为碎屑流, 其次为滑坡, 而什邡、彭州、绵竹、江油主要灾种为崩塌。研究区各县统计如下表。空间分布如下图。4、 地质背景与地质灾害的关系1. 龙门山构造带的控制作用研究表明, 地震次生斜坡灾害的展布明显受活动构造控制, 沿北川映秀断裂、茂汶断裂以及江油都江堰断裂两侧呈线性带状展布。从下图可以推断, 本次地震除龙门山中央断裂北川映秀断裂发生错动外, 其前山断裂(江油都江堰断裂)、后山断裂(茂汶断裂)也发生了错动。2. 岩性控制作用灾害的分布与岩性关系密切, 岩
15、性不仅对灾害的展布有一定影响, 而且对灾害种类的分布有决定性的控制作用。研究发现, 灾害主要发育在较软岩组和坚硬岩组中。极软岩地区由于地形平坦, 几乎无山地灾害分布。如下所示。岩性对灾害种类的展布有决定性控制作用。为了分析不同岩性中不同灾害出现的频率, 引入面积发育率概念: 即: 令研究区总面积为A, 某岩组i( i= 极软岩组, 软岩组, 较软岩组, 较坚硬岩组以及坚硬岩组) 在研究区出露面积为Ai, 某灾种j( j = 崩塌、滑坡、碎屑流、泥石流) 在研究区发育总面积为DA, 灾种j在岩组i中的发育面积为DAj i, 则灾种j在岩组i中的面积发育率Rj i 定义为:【10】如果R ji 为
16、1, 表明岩组i对于本区灾种j面积的贡献与该岩组在本区出露的面积是相称的。3. 地形地貌的控制作用研究表明, 地形地貌对地震次生斜坡灾害的发育有重要影响。统计表明, 崩塌、碎屑流以及泥石流在1200 2000m 坡段X围内发育率最高, 其次为800 1200m 坡段, 在其他坡段X内发育率低 ; 而滑坡则在800 1200m 坡段X围发育率最高, 其他坡段X围内发育率较低。对坡度而言, 除11 20坡度X围外, 崩塌和碎屑流的发育率总体具有随坡度增高而增大的特点( 11 20X围内崩塌和碎屑流的发育率较高与该坡度X围岩性的叠加影响有关) ; 而滑坡和泥石流的发育率呈现典型的单峰特征, 在11
17、20X围内发育率最大。坡向对地震次生斜坡灾害的发育影响不如坡度、坡高明显, 统计结果显示SE 向、NE 向山体崩塌、滑坡、碎屑流发育率略高, 而NW 向的泥石流发育率则高一些, 规律性不大明显。具体情况如下所示。与高程关系。5、 结论研究了地质背景与灾害分布规律之间的关系, 发现:1.地震次生斜坡灾害的展布明显受活动构造控制, 沿北川映秀断裂、茂汶断裂以及江油) 都江堰断裂两侧呈线性带状展布, 并且从次生斜坡灾害的展布可以推断, 本次地震除龙门山中央断裂北川映秀断裂发生错动外, 其前山断裂(江油都江堰断裂)、后山断裂(茂汶断裂)也发生了错动。2.岩性对灾害种类的展布有决定性控制作用。统计发现,
18、 岩性越坚硬, 崩塌、碎屑流发育率越高, 而滑坡则在软岩地区、较软岩地区和较坚硬区发育率最高, 泥石流则在软岩地区最为发育。3.地形地貌对地震次生斜坡灾害的发育有重要影响。统计表明, 崩塌、碎屑流以及泥石流在1200 2000m 坡段X围内发育率最高, 其次为800 1200m坡段; 而滑坡则在800 1200m 坡段X围发育率最高。对坡度而言, 除11b 20b坡度X围外,崩塌和碎屑流的发育率总体具有随坡度增高而增大的特点; 而滑坡和泥石流的发育率呈现典型的单峰特征, 在11 20X围内发育率最大。坡向对地震次生斜坡灾害的发育影响不大明显。参考文献【1】祁生文,许强,X春玲,X兵,梁宁,童立
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