王　濤, 吳樹仁, 石菊松, 辛　鵬, 梁昌玉

中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 國土資源部新構(gòu)造運(yùn)動與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081

歷史強(qiáng)震對渭河中游群發(fā)大型滑坡的誘發(fā)效應(yīng)反演

王濤, 吳樹仁, 石菊松, 辛鵬, 梁昌玉

中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 國土資源部新構(gòu)造運(yùn)動與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081

以渭河中游地區(qū)為例, 探索提出了開展歷史地震對區(qū)域群發(fā)滑坡誘發(fā)效應(yīng)反演研究的思路和方法。首先, 基于汶川地震在渭河中游地區(qū)形成的高烈度異常和震害啟示, 通過區(qū)域活動構(gòu)造和斜坡帶斷裂控滑分析, 指出歷史強(qiáng)震對區(qū)內(nèi)群發(fā)大型滑坡的誘發(fā)效應(yīng)不容忽視。然后, 利用強(qiáng)震誘發(fā)滑坡的最遠(yuǎn)致災(zāi)震中距分析法, 篩選出研究區(qū)周邊300 km范圍內(nèi)需要重點(diǎn)考察其誘發(fā)效應(yīng)的4次關(guān)鍵歷史強(qiáng)震: 公元前780年岐山MS7.0級地震、1654年天水南MS8.0級地震、1556年華縣MS8.25級地震及1920年海原MS8.5級地震。隨后, 以岐山地震為例, 具體闡述了基于Newmark位移模型的地震誘發(fā)滑坡位移及危險(xiǎn)性反演評估方法;同時(shí)反演了其他3次歷史強(qiáng)震誘發(fā)區(qū)內(nèi)滑坡位移及危險(xiǎn)性。最后, 定量比較了反演歷史強(qiáng)震誘發(fā)滑坡的位移與實(shí)際大型滑坡分布的空間匹配程度, 結(jié)果顯示天水南MS8.0級地震對渭河中游現(xiàn)存群發(fā)大型滑坡的誘發(fā)效應(yīng)最強(qiáng)。

歷史地震; 滑坡; Newmark位移模型; 反演; 渭河中游; 黃土

地震黃土滑坡是我國黃土高原區(qū)的主要地震災(zāi)害, 通常具有規(guī)模巨大、高速遠(yuǎn)程及致災(zāi)嚴(yán)重等特點(diǎn), 這在多次歷史強(qiáng)震中均有突出體現(xiàn), 例如1718年通渭地震中的永寧鎮(zhèn)滑坡、1654年天水南地震中的羅家堡滑坡和1920年海原地震中的黨家岔滑坡等等(袁麗俠, 2005; 陳永明等, 2006)。迄今國內(nèi)外在地震黃土滑坡的分布和發(fā)育特征(孫崇紹等, 1997; 徐張建等, 2007; Derbyshire et al., 2000)、滑坡啟動和運(yùn)動學(xué)機(jī)制(胡廣韜等, 1995; Sassa et al., 2005; 王家鼎等, 2001; 毛彥龍等, 2001; 王蘭民等, 2003), 以及區(qū)域滑坡成災(zāi)規(guī)律和危險(xiǎn)性評估等領(lǐng)域取得了豐富進(jìn)展(孫崇紹等, 1997; 丁彥慧等, 2000; 唐川等, 2001; 孫進(jìn)忠等, 2004); 遺憾的是,針對歷史地震滑坡的相關(guān)研究進(jìn)展很少。渭河中游地區(qū)位于南北地震帶東側(cè)的汾渭地震帶與六盤山地震帶交匯處(顧功敘, 1983; 宋立勝等, 1989), 同時(shí)地處典型的黃土梁塬區(qū), 區(qū)內(nèi)塬邊和丘陵區(qū)發(fā)育眾多大型古老黃土滑坡, 是我國黃土滑坡集中高發(fā)區(qū)之一。多年來, 針對這些群發(fā)大型滑坡的研究主要集中在滑坡結(jié)構(gòu)型式、形成條件、演化過程及穩(wěn)定性等方面(胡海濤等, 1965; 胡廣韜, 1986; 劉傳正等, 1998), 對其誘發(fā)因素并未展開專門研究, 尤其歷史強(qiáng)震的誘發(fā)效應(yīng)更未涉及。實(shí)際上, 歷史地震的誘發(fā)效應(yīng)對解釋強(qiáng)震山區(qū)的滑坡群發(fā)機(jī)制至關(guān)重要,同時(shí)也是開展?jié)撛诘卣鹫T發(fā)滑坡危險(xiǎn)性研究的基礎(chǔ)。

圖1　渭河中游地理位置(A)及歷史震中、大型滑坡分布圖(B)Fig. 1　Location, historical epicenters(A) and distribution of large-scale landslides around the middle reaches of the Weihe River(B)QBF-秦嶺北緣斷裂帶; BXF-寶雞—咸陽斷裂帶; WBF-渭河盆地北緣斷裂帶; LBF-隴縣—寶雞斷裂帶QBF-North Qinling rim fault zone; BXF-Baoji–Xianyang fault zone; WBF-North Weihe basin rim fault zone; LBF-Longxian–Baoji fault zone

汶川MS8.0地震對渭河中游的地震影響進(jìn)一步帶給我們重要啟示: 盡管研究區(qū)距離汶川地震震中500 km有余, 且在大地構(gòu)造上被秦嶺褶皺系隔開,卻在區(qū)內(nèi)形成Ⅶ度的高烈度異常區(qū), 且誘發(fā)了一系列滑坡、崩塌及砂土液化等次生地質(zhì)災(zāi)害(韓金良等, 2009), 而其外圍地區(qū)烈度僅為Ⅵ度(王海云, 2011)(圖1)。應(yīng)當(dāng)注意到: 與汶川地震相比, 在渭河中游周邊500 km范圍內(nèi), 史載至少發(fā)生過4次8.0～8.5級強(qiáng)震, 且震中均位于渭河盆地或者相鄰的構(gòu)造分區(qū)內(nèi)(圖1); 因此, 從震級、震中距離及構(gòu)造部位的角度分析, 可以推斷這些歷史強(qiáng)震對區(qū)內(nèi)地震動影響及對古老滑坡的誘發(fā)作用不容忽視。鑒于此, 本文試圖利用定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的方法, 初步回答以下3個(gè)問題: (1)渭河中游的群發(fā)大型滑坡是否與周邊歷史地震有關(guān)系？(2)可能與哪些關(guān)鍵的歷史強(qiáng)震關(guān)系密切？(3)如何定量評估和比較關(guān)鍵歷史強(qiáng)震對區(qū)域滑坡的誘發(fā)效應(yīng)？

1　區(qū)域活動構(gòu)造背景

渭河中游地區(qū)位于大地構(gòu)造的復(fù)合交匯部位,中部以渭河新生代斷陷盆地為主, 北接鄂爾多斯地臺南緣、南鄰秦嶺褶皺系北麓。區(qū)內(nèi)由南向北主要發(fā)育4條活動斷裂帶, 即秦嶺北緣斷裂帶、寶雞—咸陽斷裂帶、渭河盆地北緣斷裂帶及隴縣—寶雞斷裂帶(圖1)。在此區(qū)域活動構(gòu)造背景下, 渭河盆地在近3000年以來, 集中發(fā)育了陜西省內(nèi)絕大部分地震和所有強(qiáng)震(宋立勝等, 1989)。同時(shí), 在渭河中游的斜坡地帶, 活動斷裂對坡體結(jié)構(gòu)的控制作用十分關(guān)鍵。在汶川地震期間, 在千河右岸的賈村黃土塬面沿隴縣—寶雞斷裂帶中的千河隱伏斷裂形成長約500 m的平直地裂縫。而在渭河北岸的塬邊斜坡帶,寶雞—咸陽斷裂帶在地表的次級斷裂切穿了淺表層黃土和古土壤, 控制了大型黃土滑坡的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征(辛鵬等, 2013)。在地震作用下, 斷裂切割的塬邊碎裂黃土體極易發(fā)生變形破壞, 形成大型滑坡?？梢? 無論從區(qū)域活動構(gòu)造控震角度, 還是從局地斜坡帶活動斷裂控滑角度分析, 渭河中游周邊的歷史強(qiáng)震對區(qū)內(nèi)群發(fā)大型黃土滑坡的誘發(fā)作用均不容忽視。

2　滑坡編錄與關(guān)鍵歷史強(qiáng)震篩選

本文通過對研究區(qū)開展1:5萬比例尺的滑坡詳細(xì)調(diào)查工作, 共查明大型滑坡273處(石菊松等, 2013), 主要分布在黃土塬邊斜坡帶, 以及西南部基巖山麓的黃土丘陵區(qū)(圖1)。需要說明的是, 這些滑坡是利用現(xiàn)有遙感解譯及野外調(diào)查手段綜合揭示的滑坡, 或者可以理解為在多期活動之后, 經(jīng)過地貌改造至今, 其基本形態(tài)結(jié)構(gòu)特征尚可辨識的滑坡。由于區(qū)內(nèi)滑體以黃土為主, 滑后解體粉碎嚴(yán)重, 抗風(fēng)化侵蝕能力差, 滑體形態(tài)能夠保存至今的滑坡年代通常不會太過久遠(yuǎn)。因此, 年代更老的史前地震誘發(fā)的滑坡并非本文關(guān)注的重點(diǎn)。

鑒于我國西部大型地震滑坡主要發(fā)生在7級以上地震的極震區(qū)(孫崇紹等, 1997), 為了搜索渭河中游外圍對區(qū)內(nèi)滑坡誘發(fā)作用較為關(guān)鍵的歷史地震,以下主要利用7級以上地震誘發(fā)滑坡最遠(yuǎn)致災(zāi)震中距(單次地震誘發(fā)滑坡分布區(qū)的外包線到震中的最遠(yuǎn)距離)分析方法, 從區(qū)域周邊500 km范圍內(nèi)篩選出可能與區(qū)內(nèi)群發(fā)滑坡有成生聯(lián)系的關(guān)鍵歷史強(qiáng)震。具體篩選分析過程如下:

王蘭民等統(tǒng)計(jì)了西北黃土區(qū)5.5～8.5級地震誘發(fā)滑坡數(shù)據(jù), 擬合了不同震級誘發(fā)滑坡集中區(qū)和滑坡散布區(qū)的最遠(yuǎn)致災(zāi)震中距De公式(王蘭民等, 1999)(式1); 其中, 滑坡集中區(qū)是指地震滑坡成群連片分布, 滑坡數(shù)量占地震滑坡總數(shù)的80％～90％;滑坡散布區(qū)是指地震滑坡零星分布, 滑坡數(shù)量約占滑坡總數(shù)的10％～20％。孫進(jìn)忠等統(tǒng)計(jì)了我國西部地震滑坡數(shù)據(jù), 擬合了MS≥4級地震誘發(fā)滑坡的最遠(yuǎn)致災(zāi)震中距Rm公式(式2)(孫進(jìn)忠等, 2004); 丁彥慧等利用相同的數(shù)據(jù), 擬合了MS≥7.0級地震誘發(fā)滑坡的最遠(yuǎn)致災(zāi)震中距公式(式3)(丁彥慧等, 2000):

比較上述3種最遠(yuǎn)致災(zāi)震中距的計(jì)算公式和結(jié)果(表1), 可知對于黃土區(qū)地震滑坡的致災(zāi)震中距分析, 孫進(jìn)忠、丁彥慧等的統(tǒng)計(jì)范圍涉及廣大中國西部, 所得相同震級的最遠(yuǎn)致災(zāi)震中距偏大; 王蘭民等的方法相對更為適用, 其避免了因?yàn)榭紤]其他類型地震滑坡而使最遠(yuǎn)致災(zāi)震中距放大、評估精度降低的問題。這里主要參考王蘭民等的方法, 利用歷史震級和震中距指標(biāo), 從區(qū)域周邊500 km范圍內(nèi)22處7.0級及以上歷史地震中, 逐步篩選出4次關(guān)鍵歷史強(qiáng)震, 并搜集了相應(yīng)的地震參數(shù)(顧功敘, 1983; 吳富春等, 1989; 向光中, 2001; 趙云, 2008) (圖1和表2)。

表1　不同震級誘發(fā)區(qū)域滑坡分布的最遠(yuǎn)致災(zāi)震中距Table 1　Farthest epicentral distance of seismic landslides distribution induced by earthquakes with different magnitudes

表2　渭河中游地區(qū)周邊關(guān)鍵歷史強(qiáng)震基本信息表Table 2　Basic information of key historical strong earthquakes around the middle reaches of the Weihe River

3　歷史地震誘發(fā)滑坡位移及危險(xiǎn)性的反演評估

本文采用目前國際上廣泛應(yīng)用的基于Newmark位移模型的地震滑坡位移及危險(xiǎn)性評估方法(Jibson et al., 2000; Refice et al., 2002; Dreyfus et al., 2013; 王濤等, 2013), 定量反演上述4次歷史地震對區(qū)內(nèi)滑坡的誘發(fā)效應(yīng), 計(jì)算流程分為4步:①利用巖土體強(qiáng)度和斜坡形態(tài)參數(shù), 計(jì)算區(qū)域斜坡靜態(tài)安全系數(shù)Fs; ②利用Fs和坡度, 計(jì)算坡體臨界加速度ac; ③利用矩震級Mw和震源距R, 計(jì)算在地震動Arias強(qiáng)度Ia分布; ④利用ac和Ia, 計(jì)算地震誘發(fā)區(qū)域斜坡體發(fā)生的永久滑動位移量, 并據(jù)此進(jìn)行地震滑坡危險(xiǎn)性分級。鑒于需要分別反演計(jì)算4次歷史強(qiáng)震誘發(fā)的滑坡位移, 中間過程無需逐一贅述,這里僅以公元前780年岐山地震為例, 具體闡述反演評估的技術(shù)流程及結(jié)果。

圖2　渭河中游地區(qū)地層巖性分布圖Fig. 2　Lithologic distribution around the middle reaches of the Weihe River

3.1斜坡靜態(tài)安全系數(shù)Fs

對1:25萬區(qū)域地質(zhì)圖進(jìn)行了數(shù)字化(圖2), 以寶雞黃土等典型巖土體物理力學(xué)測試為基礎(chǔ), 結(jié)合相關(guān)技術(shù)手冊及經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn), 補(bǔ)充完善了區(qū)內(nèi)巖土體物理力學(xué)指標(biāo)(水利水電科學(xué)研究院等, 1991; 中華人民共和國水利部, 1995; 譚成軒等, 2011; 石菊松等, 2013)。根據(jù)基于滑塊極限平衡理論的斜坡安全系數(shù)Fs公式(式4)(Miles et al., 1999), 利用巖土體物理力學(xué)和坡體形態(tài)參數(shù)圖層, 通過GIS柵格運(yùn)算得到區(qū)域斜坡體的安全系數(shù)Fs分布結(jié)果。

其中: Fs為靜態(tài)安全系數(shù), c’為有效內(nèi)聚力(MPa), γ為巖土體重度(N/m3), t為潛在滑體厚度(m), α為潛在滑面傾角(°), φ’為有效內(nèi)摩擦角(°), m為潛在滑體中飽和部分占總滑體厚度的比例, γw為地下水的重度(N/m3)。

3.2斜坡臨界加速度ac

臨界加速度ac(Critical Acceleration)是指在地震動荷載作用下, 滑塊的下滑力等于抗滑力時(shí)(極限平衡狀態(tài))對應(yīng)的地震動加速度; 可以通過比較靜力和地震動力條件下滑塊的受力狀態(tài), 建立地震作用下的滑塊極限平衡狀態(tài)方程, 利用安全系數(shù)Fs推導(dǎo)得到(式5)(Wilson et al., 1983)。

其中, g為重力加速度(m/s2), α為滑面傾角(°),近似按斜坡的坡角取值。區(qū)域斜坡體臨界加速度ac表征了在假設(shè)地震荷載作用下, 斜坡由于固有屬性而發(fā)生坡體失穩(wěn)的潛勢, 可以作為區(qū)域地震滑坡易發(fā)性評估的依據(jù)。為了更為直觀的表達(dá)滑坡不同易發(fā)程度的分布特征, 利用自然斷點(diǎn)法(Natural breaks)將評估計(jì)算結(jié)果分為“高、中、低”3個(gè)易發(fā)性等級(圖3A)。

3.3地震動Arias強(qiáng)度Ia

鑒于地震動的地形放大效應(yīng)導(dǎo)致地震滑坡異常密集的現(xiàn)象在國內(nèi)外地震中很普遍(Hartzell et al., 1994; Murphy, 2006; Peng et al., 2008; 黃潤秋等, 2009), 本節(jié)在地震動Arias強(qiáng)度模擬的基礎(chǔ)上, 利用經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算了地震動放大效應(yīng), 得到更能夠反映實(shí)際情況的綜合地震動Arias強(qiáng)度分布結(jié)果。

圖3　公元前780年岐山地震對渭河中游滑坡誘發(fā)效應(yīng)的反演評估圖Fig. 3　Inversion assessing maps of the inducing effect of Qishan earthquake 780 BC on landslides around the middle reaches of the Weihe RiverA-區(qū)域斜坡臨界加速度ac分布圖; B-公元前780年岐山地震的地震動Arias強(qiáng)度分布圖; C-岐山地震誘發(fā)區(qū)域坡體位移及危險(xiǎn)性評估圖A-regional slope critical acceleration acdistribution map; B-ground motion arias intensity distribution map of Qishan earthquake in 780 BC; C-regional slope displacement and hazard distribution induced by Qishan earthquake in 780 BC

圖4　實(shí)際滑坡密度與反演歷史地震滑坡位移關(guān)系曲線Fig. 4　Correlation curves of real landslide density and inversed historical seismic landslide displacement

圖5　反演歷史強(qiáng)震誘發(fā)滑坡效應(yīng)的成功率曲線圖Fig. 5　Success rate curves of landslide effects around the middle reaches of the Weihe River induced by historical strong earthquakes

3.3.1地震動的地形放大效應(yīng)

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50011-2001》第4.1.8條文提供了針對局部突出地形的地震動參數(shù)放大效應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式(中華人民共和國建設(shè)部, 2002):

其中: λ為局部突出地形頂部的地震影響系數(shù)的放大系數(shù); α為局部突出地形地震動參數(shù)增大幅度; ξ為附加調(diào)整系數(shù), 與斜坡離突出臺地邊緣的距離L與相對高差H有關(guān)。式中參數(shù)參考《規(guī)范》取值。本節(jié)利用DEM計(jì)算了坡高和坡度分布, 再根據(jù)式(6)計(jì)算了渭河中游黃土塬邊或丘陵地區(qū)等突出地形的地震動放大系數(shù)結(jié)果。

3.3.2綜合地震動Arias強(qiáng)度

Arias強(qiáng)度是衡量地震動強(qiáng)度的物理量, 通過強(qiáng)震記錄中地震動加速度的平方在強(qiáng)震持時(shí)內(nèi)對時(shí)間積分再乘以常數(shù)確定, 用Ia表示(m/s)(Arias, 1970)。相比地震動峰值加速度PGA僅指示了短時(shí)高頻的脈沖幅值而言, Arias強(qiáng)度具有反映了地震動振幅、頻率及持時(shí)等綜合信息的優(yōu)勢, 這里采用Arias強(qiáng)度分析區(qū)域地震滑坡與地震動的關(guān)系。歷史地震動Arias強(qiáng)度可以利用矩震級Mw和場地震源距R, 通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算獲得(式7)(Wilson et al., 1985):

其中, 歷史地震的矩震級Mw利用面波震級MS,通過經(jīng)驗(yàn)公式換算得到(金春山等, 1996):

根據(jù)公式(7)和(8)可得到渭河中游在岐山地震期間的Arias強(qiáng)度Ia分布, 在疊加地震動的地形放大系數(shù)之后, 即可得到岐山地震在渭河中游產(chǎn)生的綜合地震動Arias強(qiáng)度分布(圖3B)。

3.4地震作用下的滑坡位移DN

區(qū)域地震滑坡的Newmark位移可以表示為臨界加速度ac和地震動Arias強(qiáng)度Ia的函數(shù)關(guān)系式(Jibson et al., 2000)(式9), 利用該式可對區(qū)域地震滑坡進(jìn)行滑動位移量計(jì)算和危險(xiǎn)性評估。

根據(jù)式(9), 可以得到公元前780年岐山地震期間渭河中游區(qū)域滑坡位移lgDN分布(圖3C), 分級結(jié)果顯示: 地震滑坡高危險(xiǎn)區(qū)(或位移量較大)主要分布在黃土塬邊、黃土丘陵區(qū)及南側(cè)秦嶺山前陡坡地段; 中等危險(xiǎn)區(qū)分布在寬緩的黃土臺塬及渭河谷地;低危險(xiǎn)區(qū)主要集中在西南側(cè)的秦嶺、隴山基巖區(qū)及平坦塬面地段; 不同危險(xiǎn)區(qū)的整體分布與現(xiàn)有大型滑坡的空間分布特征基本相似。

4　關(guān)鍵歷史地震誘發(fā)滑坡效應(yīng)的比較

為了直觀地評判岐山地震對現(xiàn)有大型滑坡的誘發(fā)效應(yīng), 按照位移量對岐山地震誘發(fā)滑坡位移的反演結(jié)果進(jìn)行分級(1～25級), 通過空間分析得到滑坡點(diǎn)密度與位移量的關(guān)系曲線(圖4)。結(jié)果顯示, 隨著反演的位移量由大變小, 滑坡密度整體趨勢也隨之呈波狀降低, 指示二者具有一定正相關(guān)性。同理,根據(jù)式(4)—(9)分別反演計(jì)算了其余3次地震在區(qū)內(nèi)誘發(fā)滑坡位移的分布結(jié)果, 并與現(xiàn)有滑坡分布進(jìn)行了相關(guān)性分析(圖4), 對比4次反演結(jié)果的相關(guān)性曲線, 可知按照岐山地震→華縣地震→海原地震→天水南地震的次序, 曲線形態(tài)逐漸由雙峰波狀過渡至單峰遞減形態(tài), 滑坡密度峰值(即實(shí)際滑坡分布較密集部分)逐漸向橫軸左側(cè)(即反演的滑坡位移量較大部位)靠攏, 表明反演地震誘發(fā)的滑坡位移分布特征與現(xiàn)有大型滑坡分布的吻合程度越來越高,可以定性地判斷歷史強(qiáng)震對區(qū)內(nèi)大型滑坡的誘發(fā)效應(yīng)依次變強(qiáng)。

為進(jìn)一步定量地描述誘發(fā)效應(yīng)的差異, 利用“成功率曲線”對4次地震誘發(fā)滑坡位移的反演結(jié)果與實(shí)際滑坡的匹配程度進(jìn)行了檢驗(yàn)比較(圖5)。成功率曲線通常被用于滑坡危險(xiǎn)性評估的有效性(或準(zhǔn)確性)檢驗(yàn), 在平面直角坐標(biāo)系中, 將實(shí)際滑坡的累積數(shù)量比率作為縱坐標(biāo)軸, 將不同位移等級的累積面積比率作為橫坐標(biāo)軸, 繪制出實(shí)際滑坡分布與反演位移分布的關(guān)系曲線。利用線下面積(Area Under Curve, 簡稱AUC)作為成功率指標(biāo), 定量地判斷歷史地震滑坡位移量(或危險(xiǎn)性)反演結(jié)果與現(xiàn)有實(shí)際滑坡分布的匹配程度; 線下面積越大, 表明匹配成功率越高, 反之則越低。

根據(jù)成功率曲線形態(tài)特征(圖5), 可明顯地將反演計(jì)算結(jié)果分為優(yōu)劣兩組, 其中海原地震和天水南地震曲線AUC介于0.80～0.81之間, 表明該兩次地震誘發(fā)滑坡的反演結(jié)果與實(shí)際滑坡分布匹配程度較好; 但是岐山和華縣地震曲線AUC僅達(dá)到0.60～0.72之間, 表明該兩次反演結(jié)果與實(shí)際滑坡的匹配程度欠佳。這種“匹配程度”反映了特定歷史強(qiáng)震對區(qū)內(nèi)已編錄滑坡的誘發(fā)效應(yīng)或程度, 匹配程度越高, 則表明誘發(fā)效應(yīng)越強(qiáng); 因此, 可知4次關(guān)鍵歷史強(qiáng)震對渭河中游群發(fā)大型滑坡的誘發(fā)效應(yīng)由強(qiáng)至弱依次為: 1654年天水南MS8.0級地震＞1920年海原MS8.5級地震＞1556年華縣MS8.25級地震＞公元前780年岐山MS7.0級地震。

5　結(jié)論與討論

渭河中游地區(qū)在宏觀尺度上, 位于汾渭地震帶與六盤山地震帶的交匯部位, 具有典型的區(qū)域強(qiáng)活動構(gòu)造及強(qiáng)震活動背景; 而在局地尺度上, 隴縣—寶雞斷裂帶和寶雞—咸陽斷裂帶則在坡體結(jié)構(gòu)方面控制了塬邊大型黃土滑坡的結(jié)構(gòu)形態(tài)特征, 通過與汶川地震期間的區(qū)內(nèi)震害響應(yīng)比較, 推斷區(qū)內(nèi)大型群發(fā)黃土滑坡與歷史強(qiáng)震的誘發(fā)作用具有必然聯(lián)系。

運(yùn)用強(qiáng)震誘發(fā)區(qū)域滑坡的最遠(yuǎn)致災(zāi)震中距分析方法, 逐步鎖定渭河中游周邊300 km范圍內(nèi)需要重點(diǎn)考慮其誘發(fā)效應(yīng)的4次關(guān)鍵歷史強(qiáng)震。并利用基于Newmark位移模型的地震滑坡位移及危險(xiǎn)性評估方法, 反演了4次歷史強(qiáng)震誘發(fā)區(qū)內(nèi)滑坡的位移及危險(xiǎn)性分布特征。借助成功率曲線對關(guān)鍵歷史強(qiáng)震誘發(fā)坡體位移的反演結(jié)果和實(shí)際大型滑坡分布進(jìn)行了空間匹配程度的比較, 結(jié)果顯示: 1654年天水南MS8.0級地震對渭河中游現(xiàn)存大型滑坡的誘發(fā)效應(yīng)最強(qiáng), 次之為1920年海原MS8.5級地震, 再次為1556年華縣MS8.25級地震, 公元前780年岐山MS7.0級地震的誘發(fā)效應(yīng)最弱。綜上所述, 本文提出的思路和方法為開展歷史強(qiáng)震對區(qū)域群發(fā)滑坡誘發(fā)效應(yīng)的反演研究提供了參考。

需要說明的是, 文中探討的“誘發(fā)效應(yīng)”并非特指某次地震誘發(fā)了區(qū)內(nèi)大型滑坡。事實(shí)上, 研究區(qū)周邊歷史強(qiáng)震十分活躍, 必然存在多次誘發(fā)區(qū)域性滑坡事件; 然而, 除非具有可靠的史料記載, 否則試圖通過現(xiàn)有技術(shù)準(zhǔn)確揭示特定歷史地震誘發(fā)特定滑坡事件的難度很大。正是由于歷史強(qiáng)震對區(qū)域群發(fā)滑坡的誘發(fā)作用不容忽視, 且單體滑坡發(fā)育特征又具有隨機(jī)性, 很難獲得預(yù)期結(jié)果, 于是本文從區(qū)域滑坡群體發(fā)育特征所指示的宏觀統(tǒng)計(jì)規(guī)律入手,通過經(jīng)驗(yàn)與定量分析相結(jié)合的方法, 初步反演了近場和遠(yuǎn)場歷史強(qiáng)震對區(qū)內(nèi)群發(fā)大型滑坡誘發(fā)效應(yīng)的強(qiáng)弱差異。

此外, 文中涉及歷史地震的實(shí)測數(shù)據(jù)相對缺乏,在一定程度上限制了震源參數(shù)的定位精度; 同時(shí),區(qū)域地震動衰減特征和地形放大效應(yīng)也是主要利用經(jīng)驗(yàn)公式模擬得到, 對地震動傳播的場地效應(yīng)分析偏于簡單。鑒于此, 綜合考慮震源模型、地殼介質(zhì)、地表巖性組合及地形等復(fù)雜場地條件的斜坡地震動響應(yīng)規(guī)律及其與地震滑坡的關(guān)系研究有待進(jìn)一步深入。

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Inversion of the Inducing Effects of Historical Strong Earthquakes on Large-scale Landslides around the Middle Reaches of the Weihe River

WANG Tao, WU Shu-ren, SHI Ju-song, XIN Peng, LIANG Chang-yu
Key Laboratory of Neotectonics Movement & Geohazards, Ministry of Land and Mineral Resources, Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081

Exemplified by the middle reaches of the Weihe River, the authors tentatively developed a new method for the study of the inducing effects of historical earthquakes on regional large-scale landslides. First, an analysis of regional active tectonics and fault-controlling slope sliding revealed that the inducing effects of historical strong earthquakes on regional large-scale landslides around the middle reaches of the Weihe River must not be neglected. Secondly, the farthest epicentral distance of seismic landslides distribution was calculated and analyzed. On such a basis, the authors hold that inducing effects of 4 key historical strong earthquakes within 300km around the middle reaches of the Weihe River should be studied with special attention, i.e., Qishan MS7.0 earthquake in 780 BC, Tianshui south MS8.0 earthquake in 1654 AD, Huaxian MS8.25 earthquake in 1556 AD and Haiyuan MS8.5 earthquake in 1920 AD. Then, taking Qishan earthquake as an example, the authors described the inversion method for seismic landslide displacement and hazard assessment based on Newmark displacement model. The other 3 historical earthquakes triggering landslide displacement were inversed, and the inversion results were quantitatively compared with the distribution of existing large-scale landslides to show the spatial matching degree. The result indicates that Tianshui south MS8.0 earthquake served as the strongest one among the earthquakes inducing regional large-scale landslides around the middle reaches of the Weihe River area.

historical earthquake; landslide; Newmark displacement model; inversion; middle reaches of the Weihe River; loess

P315.01; P315.725

A

10.3975/cagsb.2015.03.10

本文由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號: 41102165)、國家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題(編號: 2012BAK10B02)和中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號: 1212011140003; 12120114035501)聯(lián)合資助。

2014-08-21; 改回日期: 2014-10-19。責(zé)任編輯: 魏樂軍。

王濤, 男, 1982年生。博士, 副研究員。近年來主要從事地震地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究。通訊地址: 100081, 北京市海淀區(qū)民族大學(xué)南路11號。E-mail: wangtao_ig@163.com。