瀘定地震誘發災害特征分析

鄧建輝，韋 曉，戴仕貴，鄧 輝

(1.四川大學山區河流保護與治理全國重點實驗室地質工程與地質災害研究所，四川成都 610065；2.四川省地震局，四川成都 610041；3.上海市地震局，上海 200062；4.成都理工大學地質科學學院，四川成都 610059)

2022年9月5日中午12時58分，四川省瀘定縣海螺溝景區發生6.8級地震，震中坐標為29.59°N、102.08°E，震源深度16 km，震中烈度9度[1]。截至9月11日17時，該次地震共造成93人死亡，25人失蹤[2]。

21世紀以來，沿川西“Y”形構造帶出現了多次破壞性地震，受到了廣泛的關注。如：2008年汶川8級地震[3–13]、2013年蘆山7級地震[14–18]等。雖然本次地震震級有所降低，但由于震中位于高山峽谷區，損失仍然較為嚴重。地震發生后，災區交通阻斷，借力于遙感技術與無人機技術的快速發展，滑坡災害的數量與分布情況等資料得到快速掌握[19–20]。王欣等[19]遙感解譯了地震誘發的3 633處滑坡，總面積13.78 km2。鐵永波等[20]結合現場調查給出有威脅對象的地質災害隱患點565處，包括崩塌331處、滑坡234處。李為樂等[21]采用了InSAR分析了地震對海螺溝冰川的影響，認為地震未造成海螺溝冰川運動速度大范圍顯著增大，但對冰瀑布前緣區域擾動明顯，從其提供的海螺溝景區一號營地附近同震滑坡分布圖來看，震中附近滑坡災害的分布密度和規模均較大。韓炳權等[22]采用InSAR技術確定了本次地震的同震形變場，并利用位錯模型確定了發震斷層的幾何參數和滑動分布；雖然震級相對官方數據有所減小，但是斷層破裂深度也減小很多；研究也給出了余震的演變特征，為理解同震滑坡的分布特征提供了基礎。

同震地質災害不僅與地震參數、斷層活動方式等有關，也與地震影響區的地質環境條件有關。為深刻理解瀘定地震災害特征，2022年9月21—25日，作者對瀘定縣和石棉縣的主要災區進行了實地考察。限于交通問題，考察范圍主要集中在鮮水河斷裂下盤（東側），包括大渡河沿線、磨西鎮、燕子溝鎮、右岸支流灣東河與田灣河等地，未能全面覆蓋整個災區，但是考察成果也基本能夠涵蓋瀘定、石棉兩地的地質災害發育與建筑結構震損特點。本文結合區域地質條件，對地質災害的孕育特征與建筑結構震損原因進行分析，為災后重建，以及條件類似地區防災減災提供參考。

1 地質環境條件

瀘定縣、石棉縣地處青藏高原東南的川西北丘狀高原東南緣向四川盆地過渡地帶，山勢展布與主要構造線走向基本一致。東部為邛崍山脈，海拔3 000～4 500m；西部為大雪山山脈，海拔4 500～5 500m，最高峰貢嘎山海拔7 556m。大渡河夾持于兩山之間，自北向南流淌；兩岸海拔3 600m以上，特別是4 200m以上的高山區常見冰斗、刃脊、角峰、冰川槽谷（懸谷）等冰蝕地貌遺跡及高山“海子”（古冰川、冰斗、冰湖的殘余）。瀘定縣城至石棉縣城的大渡河谷為深切曲流河谷地貌，瀘定縣城至得妥鎮河段和大崗山壩址至石棉縣城河段總體為寬谷，得妥鎮至大崗山壩址河段為峽谷。

地震區位于康滇地軸北部，如圖1所示。巖性主要為康定雜巖，包括晉寧–澄江期二長花崗巖、花崗巖、閃長巖，澄江期以后侵入活動相對微弱，以輝綠巖、偉晶巖、花崗巖和石英脈等巖脈活動為主要特色，巖脈形態各異，大小不等，呈脈狀貫入節理、裂隙之中。前中生界地層（PM z）主要出露于鮮水河斷裂以西的變質巖區，包括泥盆系和二疊系結晶灰巖，以及少量板巖、千枚巖、變質砂巖、石英巖等。中生界地層（M z）在鮮水河斷裂以東主要為三疊系上統和侏羅系砂頁巖，以西為板巖、變質灰巖、大理巖等變質巖類。

圖1 區域地質背景與主要考察點（根據中國電建成都勘測設計研究院報告改編）Fig. 1 Regional geological background and major reconnaissance sites (Revised after the report of CHIDI)

構造上地震區位于四川“Y”字形構造結合部位，其南為川滇南北向構造帶，東為北東向龍門山斷褶帶，西為北西向鮮水河斷褶帶和金湯弧形構造帶。其中，鮮水河斷裂帶是四川境內最強烈的活動斷裂帶[23]，歷史記錄的5.0級及以上地震共10次，其中最大地震是1786年四川瀘定7?級地震[24]。徐錫偉等[25]2017年預測該斷裂的色拉哈段和磨西段離逝時間可能接近復發間隔。

考察地點包括大渡河沿岸自瀘定縣至石棉縣的省道S211，以及磨西鎮、灣東村和田灣河等地區，其中大崗山庫區段采用沖鋒舟進行考察。參考中國地震局9月11日發布的地震烈度圖（圖1），燕子溝鎮、磨西鎮和大崗山庫區基本位于Ⅸ度區內；瀘定縣磨西河口至硬梁包地下廠房為Ⅷ度區，再往上游至瀘定縣城為Ⅶ度區；大崗山壩址至下游勤勞村為Ⅷ度區，再往下游至石棉縣城為Ⅶ度區。

地震區氣候受地形地貌的影響較大，具有明顯的垂直帶譜特征，從河谷到山脊構成了從熱帶到寒帶完整的生物氣候垂直分帶特征。瀘定縣東側的邛崍山脈阻擋了東南季風攜帶的水汽運移，在山脊兩側形成完全不同的植被景觀。東側的雅安地區是四川省降雨量最大的地區，植被茂盛；而西側的大渡河谷降雨量稀少，呈現出干熱河谷特點（圖2）。石棉縣東側的大相嶺海拔相對較低，而西側大雪山山脈的貢嘎山高聳，干熱河谷特征不突出。大致以瀘定縣得妥鎮為界，大渡河谷在得妥鎮以下較為濕潤，得妥鎮以上則呈現出干熱河谷特點。地震區的氣候特征對谷坡的卸荷和風化特征影響較大，進而影響同震地質災害特點。

圖2 瀘定縣年降雨等值線圖Fig. 2 Isogram of yearly rainfall in Luding County

2 地質災害發育特征

參照Hungr等[26]修訂的Varnes滑坡分類方案討論同震地質災害的孕育特點。與國內普遍采用的“崩滑流”分類方案不同，該方案將“崩滑流”統一為滑坡，同時根據邊坡變形破壞形式和材料類型將滑坡劃分為6大類32小類。瀘定地震滑坡災害形式以崩塌或落石（圖3（a））和淺層滑坡（圖3（b））為主，偶見基巖平面滑動（圖3（c））和土體圓弧滑動（圖3（d））?；聻暮Φ囊幠；旧闲∮?05m3，即小型滑坡。

落石較常見，發生在陡峻的基巖山坡；淺層滑坡出現在膠結的冰磧物（圖4（a））、崩坡積層（圖4（b））或全強風化層（圖4（c）），總體特點是層厚不大，滑體存在卸荷與風化，完整性差；滑床完整性較好。大渡河河谷的基巖為塊狀結構的康定雜巖，基巖平面滑動僅沿卸荷裂隙發育（圖3（c）），在圖1右側滎經縣境內的中生代地層區則相對發育。圓弧滑動僅見于鮮水河斷裂帶，巖體全風化，且風化深度大（圖3（d））。

滑坡主要出現在Ⅶ及以上烈度區，地質條件對滑坡類型存在重要影響。大渡河谷瀘定縣城至得妥鎮段基本上為干熱河谷和寬谷，岸坡陡峻，卸荷強烈，但是以弱風化為主，強風化僅零星分布。硬梁包水電站勘探成果揭示左岸強卸荷水平深度為47.5～67.5m，右岸強卸荷淺，水平深度約25.7m，因此該段的滑坡形式基本為崩塌或落石（圖3（a））。得妥鎮至石棉縣城段為峽谷，氣候濕潤，岸坡強風化水平深度較大，例如大崗山壩頂高程的強風化帶水平深度約為20～30m。因此，此段的滑坡基本上以強風化層或局部坡積層的淺層滑坡為主（圖3（b））。

從滑坡分布的密度上來看，相對于汶川地震和蘆山地震，瀘定地震滑坡災害的“上盤效應”并不突出，反映了鮮水河斷裂的左旋走滑特點；但是離斷層越近，滑坡密度越大的特點是相同的。按烈度分析，同一烈度不同區域的滑坡密度有差異。得妥鎮以下滑坡的分布密度遠大于其以上河段，瀘定縣的Ⅶ烈度區落石僅零星分布，石棉縣的Ⅶ烈度區淺層滑坡普遍存在。除地質條件與工程擾動外，該現象可能與斷層破裂南向傳播有關。

地形對滑坡孕育也存在影響?；伦钜装l生在為山脊部位（圖5（a））或近山脊緩坡向陡坡的過渡部位（圖5（b））；其次是溝槽兩側的陡坡（圖5（c））。溝槽的孕育部位一般都與較弱的巖土體有關，且往往就是災害的孕育部位。摩崗嶺和田灣河口左岸（圖5（d））在地震前就有滑坡孕育，地震僅加速了這一過程。

圖5 滑坡分布特征Fig. 5 Distribution characteristics of landslide

圖6 支護和未支護邊坡對比（點位P9）Fig.6 Comparison of supported and unsupported slopes(Position P9)

工程擾動也是滑坡孕育的促進因素。地震區的公路等級不高，路面基本采用半挖半填的方法修建，路基特別是公路內側邊坡往往是滑坡的高發區。最典型的是省道S211大崗山庫區段，該段是在2010年以后新修或擴建的，公路等級低，僅偶見簡易支護措施，如噴混凝土或漿砌石擋墻等；地震前，局部滑塌現象在雨季很常見，沿線淺層滑坡在本次地震更是密集分布（圖5（e））。其他線路情況類似，如大崗山壩址至雨灑坪的簡易公路垮塌更為嚴重（圖5（f））。

應該指出的是，經過系統設計與治理的工程邊坡在本次地震中表現良好（圖6）。硬梁包和大崗山壩區的工程邊坡無一破壞，大崗山庫區的鄭家坪滑坡在治理后也僅存在輕微變形。古、老滑坡堆積體在地震中僅存在輕微變形，這與汶川地震、蘆山地震的規律一致（圖5（e））。

3 建筑結構的損毀特征

建筑結構的損毀既與地震烈度、建筑結構型式、地基型式和施工質量有關，也與場地條件有關。山區建筑結構損毀還受地質災害影響。

主要建筑結構的震損基本上出現在Ⅸ烈度區，如磨西鎮、得妥鎮等，其中以離震中較近的磨西鎮最為嚴重。具體的建筑震損情況又與結構型式與施工質量密切相關，屋面溜瓦（圖7（a））、與地震波傳播方向垂直的女兒墻倒塌是普遍現象；磚混或砌體建筑物損壞較為常見，如燕子溝的藥王廟（圖7（b））。這些破壞形式主要體現在農村自建房屋和老舊建筑上；正常設計、施工的框架結構總體表現良好，僅存在砌體填充墻損壞與墻皮剝落現象（圖7（c））。個別私營酒店的損壞主要是施工質量或非經嚴格設計導致，如圖7（d）中柱體強度不足，鋼筋銹蝕，混凝土用手都可以掰碎。山體滾石砸壞位于山坡或山腳的建筑物也較普遍，這是山坡建筑物損壞的主要原因（圖7（e））。大崗山水庫庫區的聯合村大渡河大橋和什月河大橋均有輕微損壞，從破壞形態來看，震動過程中構件的相互擠壓、碰撞是破損的主要原因（圖7（f））；從外觀上看，橋梁主體結構未見破壞，可修復使用。

圖7 震中區主要結構損壞形式Fig. 7 Major types of building damage near the epicenter

此外，中國科學院貢嘎山生態高山生態系統觀測站大樓（圖8（a）、（b））的損壞存在多種原因。觀測站大樓早年為兩層，磚混結構，帶構造柱和圈梁。大樓于1989年開始修建，1993年啟用，2003年增加了一層。地震后，第1層完全坍塌。該大樓的損壞可從3個方面進行分析：1）加層引起的荷載增加；2）施工質量（圖8（b））；3）基礎條件。相對于碎石骨料的穿碎石破壞（圖8（c）），卵石的表面光滑，破壞往往沿卵石與砂漿界面發生，影響混凝土強度（圖8（d））。雖然《建設用卵石、碎石》（GB/T 14685—2022）等規范未限制卵石的使用，但是過粗的卵石骨料是導致圈梁與構造柱交接部位破壞的原因之一；汶川地震中也存在卵石骨料過粗引起的擋墻破壞現象（圖8（e））。建筑物位于磨西臺地突出的侵蝕殘留部位，間冰期右側沖溝強烈下切形成高度大于100m、近70°的陡坡，三面臨空和松軟地基形成的場地效應不利于建筑物抗震（圖8（f））。

圖8 中國科學院貢嘎山生態高山生態系統觀測站大樓損壞分析（點位P2）Fig. 8 Damage analysis of the office building, Alpine Ecosystem Observation and Experiment Station of Gongga Mountain,Chinese Academic of Sciences

該大樓增加一層是經過技術論證的。因此，粗卵石骨料的使用和不利的場地條件是其震損的主要原因。

王崗坪鄉政府大樓（圖9）的損壞也與地基條件有關。該樓于2009年修建，5層框架結構，獨立基礎，位于Ⅷ烈度區，周邊結構類似的房屋結構均無損壞。該大樓理論上應該是完好的，其2樓以上梁、柱也的確完好無損，但是大樓整體輕微傾斜，一樓填充墻也形成了“X”形剪切縫（圖9（a）），底層個別柱體混凝土保護層剝落形成開裂現象（圖9（b））。該樓的地基為大崗山水電站修建時的施工棄渣，且東側存在高約5m的陡坎。地形條件比中國科學院觀測站大樓好，但地基條件差，損毀也與場地效應密切相關。

圖9 王崗坪鄉政府大樓損壞特征Fig. 9 Damage characteristics of the office building, Wanggangping town

4 災害特點與防治策略

汶川地震震級大，不但產生規模龐大的地質災害與堰塞湖[3–9]，形成地表破裂帶[10]，而且損毀各種類型的工業與民用結構[11–13]。相對而言，瀘定地震與蘆山地震的震級相當，災害存在一定類似性，地質災害以小規模崩塌和淺層滑坡為主[14–17]，沒有形成地表破裂帶，也沒有一定規模的堰塞湖。本次地震中，僅在灣東河支流（大溝，鮮水河斷裂通過部位）形成一小型堰塞湖，但是很快潰決，潰決洪水也僅損壞河口灘地上的建筑物。

相對于蘆山地震，瀘定地震區的地形特點是平地資源少、山高坡陡、河谷狹窄，很多建筑物均位于山坡中部或者狹窄的河灘上。加之本次地震發生在中午，因此因落石或淺層滑坡導致的死亡案例占比很大。根據四川省地震局統計（表1），93名死亡人員中有76名因地災致死，其中，瀘定縣41名，石棉縣35名，占比高達81.7%[2]。

表1 不同地質災害類型死亡人數統計Tab.1 Statistics of fatalities by various landslide types

76名死亡案例中，與落石有關的占71%，而與滑坡有關的僅占29%。落石是災區死亡的主要因素。瀘定和石棉兩縣的災害死亡各具特點，瀘定縣落石死亡案例占絕大多數，共計35人，占比85.4%；石棉縣落石致死19人，占比54.3%。這與前述的地質分析結論一致。瀘定縣在室內因落石致死高達8人，石棉縣未出現這類案例；相反，石棉縣位于室內因滑坡致死1人，而瀘定縣未出現此類案例?？傊?，地質分析結論與死亡案例完全一致。

落石問題是山區地質災害防控難題，“避”是最經濟的防控措施；公路等級不高是沿線淺層滑坡集中發育的首要原因，從規范層面提高邊坡防護等級是必要的。因此，對于這類高山峽谷地區，災后重建工程中的地震地質災害防控工作應重點考慮兩個方面：一是，提高公路邊坡的防護等級，做到逢坡必護，減少施工擾動；二是，房屋選址應力求避開潛在的落石影響區。

5 結 論

基于現場考察，結合區域地質條件，對瀘定地震災區的地質災害孕育、建筑結構損毀和人員傷亡等進行了分析。主要結論如下：

1）同震地質災害的上盤效應不突出，主要分布于烈度Ⅶ度及其以上地區。同震地質災害規模較小，以崩塌或落石和淺層滑坡為主，偶見基巖平面滑動和土體圓弧形滑動。

2）同震地質災害形式受地質環境條件控制。瀘定縣得妥鎮以上為干熱河谷，山坡卸荷較強，風化程度低，主要災害形式為落石；得妥鎮以下降雨量相對較大，山坡卸荷、風化嚴重，主要災害形式為淺層滑坡。

3）同震地質災害主要出現在山脊、陡緩坡交接部位或侵蝕溝槽兩壁，以及公路沿線。工程擾動是地質災害密集分布的促發因素。

4）建筑結構震損主要出現在Ⅸ度烈度區，其中磨西鎮的震損最為嚴重。農村自建房屋和老舊建筑施工質量是影響結構抗震能力的主要問題，同時災后重建房屋選址需要考慮場地效應影響。

5）在高山峽谷地區，公路邊坡加固和建筑結構避開落石影響區是降低地震傷亡率的有效措施。