2018年日本北海道Mw 6.6級(jí)地震滑坡分布分析

鮑鵬鵬，崔玉龍，許 沖，傅 貴，胡俊宏，陳孝柱

(1.安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085；3.中國(guó)地震局地質(zhì)研究所 活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

地震及其觸發(fā)的次生災(zāi)害(滑坡、泥石流、堰塞湖和海嘯等)會(huì)給人類(lèi)的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的災(zāi)難[1-6]。在眾多自然災(zāi)害中，地震災(zāi)害造成的死亡人數(shù)占全球各類(lèi)自然災(zāi)害造成死亡人數(shù)的54%，堪稱(chēng)群災(zāi)之首。20世紀(jì)全球有高達(dá)180多萬(wàn)人被地震奪去了生命，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)千億美元[7]。一些研究表明，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球進(jìn)入地震活躍期[8-9]。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[10]顯示，2000年以來(lái)全球發(fā)生M 6.0級(jí)以上地震1 657次，M 8.0級(jí)以上地震24次。其中，2001年印度古杰拉特(Gujarat)M 7.7級(jí)地震造成3.5萬(wàn)人死亡；2003年伊朗巴姆(Bam)M 6.6級(jí)地震造成3.1萬(wàn)人死亡；2004年印尼蘇門(mén)答臘-安達(dá)曼(Sumatra-Andaman)M 9.1級(jí)地震及其引發(fā)的印度洋海嘯造成約28.3萬(wàn)人死亡與失蹤；2005年巴基斯坦M 7.6級(jí)地震造成9.5萬(wàn)人死亡和失蹤；2008年中國(guó)汶川M 7.9級(jí)地震造成8.7萬(wàn)人死亡與失蹤，其中2萬(wàn)人死于滑坡災(zāi)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(huì)造成巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，地震產(chǎn)生的次生災(zāi)害，如海嘯和滑坡會(huì)極大地加重災(zāi)害程度。

開(kāi)展某次地震滑坡空間分布規(guī)律分析，對(duì)本次地震的防災(zāi)減災(zāi)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(duì)高地震風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的地震滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)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(kāi)展了地震滑坡分布研究，例如1994年美國(guó)Northridge M 6.7級(jí)地震[12]；2005年巴基斯坦Kashmir M 7.6級(jí)地震[13]；2008年中國(guó)汶川M 7.9級(jí)地震[2，11，14-15]；2013年中國(guó)蘆山M 7.0級(jí)地震[16-18]；2015年尼泊爾M 8.1級(jí)地震[19-21]。

2018年9月6日，日本北海道發(fā)生Mw 6.6級(jí)地震，造成41人死亡，其中有36人死于滑坡災(zāi)害，680人受傷，經(jīng)濟(jì)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(tái)上進(jìn)行人工目視滑坡解譯，然后基于DEM和地質(zhì)圖，利用ArcGIS軟件進(jìn)行滑坡分布規(guī)律分析，建立本次地震滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)，研究其滑坡分布規(guī)律，同時(shí)為其他類(lèi)似地震滑坡研究提供參考。

1 區(qū)域概況和地質(zhì)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(biāo)為42.686°N、141.929°E，見(jiàn)圖1。北海道屬于溫帶海洋性氣候，全年溫和濕潤(rùn)，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(jì)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(dòng)，相對(duì)于北美板塊以約87 mm/a的速度向東西移動(dòng)；地震的震源機(jī)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(jì)，震中250 km范圍內(nèi)共發(fā)生70次M 6.0級(jí)以上地震，該次地震發(fā)生前14 h內(nèi)，發(fā)生7次4.3級(jí)以上的前震，其中兩次大于M 5.0級(jí)。

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(guò)震前震后遙感影像的對(duì)比，可以清晰準(zhǔn)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(tái)上，以DEM、地質(zhì)圖和地震烈度圖為基礎(chǔ)，提取各滑坡對(duì)應(yīng)的坡度、坡向、高程、地層和地震烈度，通過(guò)統(tǒng)計(jì)可得到滑坡分布與各因子的關(guān)系。在ArcGIS平臺(tái)上對(duì)滑坡與震中距離建立緩沖區(qū)，統(tǒng)計(jì)分析每個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)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(jiàn)圖2；下載的ASTER GDEM 30 m精度的DEM[22]；下載的15萬(wàn)地質(zhì)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(jié)果與分析

3.1 密度分析

圖3 滑坡點(diǎn)密度圖(搜索半徑為350 km)

根據(jù)滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)ArcGIS制作出滑坡的點(diǎn)密度圖，見(jiàn)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(guò)密度分析制作滑坡點(diǎn)密度圖。

由圖3可以看出，整個(gè)研究區(qū)內(nèi)有3個(gè)滑坡高密度區(qū)，其密度均大于100個(gè)/km2。

3.2 滑坡數(shù)量與面積統(tǒng)計(jì)

將單體滑坡面積分為7個(gè)級(jí)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(jì)分析每個(gè)級(jí)別內(nèi)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(jí)餅圖，見(jiàn)圖4。其中單體滑坡面積<2 000 m2滑坡數(shù)量最多，為1 679個(gè)，占滑坡總數(shù)量的40%。單體滑坡面積2 000～4 000 m2內(nèi)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(guān)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(shì)較低，將高程以50 m為間距進(jìn)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(jì)制作滑坡面積、滑坡數(shù)量分別與高程的關(guān)系，見(jiàn)圖5。

由圖5可知：130～180 m內(nèi)滑坡數(shù)量最多，有1 722個(gè)，占總滑坡總數(shù)的40.2%；高程小于130 m時(shí)，滑坡數(shù)量隨高程的增大而增多，在高程大于180 m時(shí)，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(nèi)的滑坡面積相對(duì)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(guān)系圖

研究區(qū)的坡度基本為0°～36°，以5°為間隔進(jìn)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(guān)系直方圖，見(jiàn)圖6。

圖6 滑坡與坡度關(guān)系圖

由圖6可知：坡度在10°～15°和15°～20°時(shí)，滑坡數(shù)量較多；10°～15°的滑坡數(shù)量為1 418個(gè)，占滑坡總數(shù)的33.1%；15°～20°的滑坡數(shù)量為1 137個(gè)，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(shí)，滑坡數(shù)量最多，滑坡面積最大。

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

圖7 滑坡與坡向關(guān)系圖

由圖7可知：坡向在90°～120°和120°～150°時(shí)，滑坡數(shù)量較多，分別為473個(gè)和531個(gè)，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(shí)某一地區(qū)的地面和各類(lèi)建筑物遭受到一次地震影響的強(qiáng)弱程度。解譯7度和7.5度兩個(gè)烈度區(qū)的滑坡，對(duì)每個(gè)烈度區(qū)的滑坡數(shù)量和滑坡面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)圖8。

圖8 滑坡與烈度關(guān)系圖

由圖8可知：7度區(qū)的滑坡數(shù)量為1320個(gè)，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(gè)，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(shuō)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(yuǎn)的距離為22 km，以2 km間隔建立緩沖區(qū)，分析每個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)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(guān)系，見(jiàn)圖9。

圖9 滑坡與震中距關(guān)系

由圖9可知：震中距為0～2 km和20～22 km時(shí)，發(fā)生的滑坡數(shù)量較少，分別為17個(gè)和61個(gè)，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(shí)，發(fā)生的滑坡數(shù)量較多，為741個(gè)，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(zhì)因子

地層及巖性是滑坡發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，根據(jù)地質(zhì)圖對(duì)每個(gè)地層內(nèi)的滑坡數(shù)量和滑坡面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，制作直方圖，如圖10所示。

圖10 滑坡與地層關(guān)系圖

由圖10可知：滑坡主要發(fā)育于新近紀(jì)上新世地層(N2sn)中，滑坡數(shù)量為3 785個(gè)，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(jì)上新世地層；Hsr為第四紀(jì)全新世地層；N1sr為新近紀(jì)中新世地層；N3sn為新近紀(jì)地層；Q2sr、Q2th、Q3t1為第四紀(jì)更新世地層。

4 結(jié)論

以北海道地震為例，以福衛(wèi)5衛(wèi)星影像為基礎(chǔ)，采用人工目視解譯獲取一地震滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)，包含4 196個(gè)滑坡，滑坡總面積達(dá)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(nèi)的滑坡面積最大，達(dá)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(zhì)因子有著密切的關(guān)系，在130～180 m高程區(qū)間內(nèi)、10°～20°坡度區(qū)間內(nèi)、坡向90°～120°和120°～150°區(qū)間內(nèi)、7.5度烈度區(qū)內(nèi)、10～12 km震中距內(nèi)，滑坡數(shù)量最多，面積最大?；轮饕l(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(kù)，初步分析了滑坡分布規(guī)律，后續(xù)將繼續(xù)進(jìn)行地震滑坡易發(fā)性評(píng)價(jià)方面的研究。