——访国土资源部地质灾害应急技术指导中心副主任殷跃平 项目组成员在大光包滑坡现场。殷跃平在绵竹清平文家沟泥石流灾害现场考察。 汶川灾区    2008年汶川特大地震发生后,中国地质调查局立即组织国内一流的科技力量在汶川灾区开展了地震工程地质与地质灾害研究,取得一批原创性科研成果,深化了内外地球动力学耦合的研究思路,广泛吸收了国内外地震地灾研究的先进理论、方法和技术,指导和参与了汶川地震灾后重建和地灾防治,取得很好的社会反响。汶川地震5周年之际,国土资源部地质灾害应急技术指导中心副主任殷跃平等全面总结了5年来汶川地震工程地质与地灾研究的成果,凝练的理论、方法和技术不仅在龙门山地区,而且在全国乃至全世界都有推广价值。 汶川特大地震之后,减灾防灾成为我国最紧迫、最重大的战略需求之一。中国地调局组织国内一流的科技力量,联合攻关汶川地震工程地质与地灾调查评价 殷跃平表示,汶川特大地震之后,减灾防灾成为我国最紧迫、最重大的战略需求之一,亟待加强地震及地灾的地质环境、触发机理、成灾模式、风险评估和防治工程等科学技术问题研究。 中国地质调查局于2009年启动了《汶川地震工程地质与地质灾害调查评价》计划项目,组织科研院所、高等院校、地质勘查单位等国内一流的科技力量,针对地震地灾的内外动力耦合作用机理、龙门山地区地震工程地质与重大地灾等关键科技问题,进行了联合攻关,旨在提高地震触发地灾早期识别、监测预警、风险评估理论和关键技术研究水平,为强烈活动构造区地灾防治和灾后重建规划建设提供科技支撑。 据殷跃平介绍,5年来,项目组成员采用多种先进技术方法,在汶川地震灾区开展了龙门山及其邻近地区的综合地球物理探测和构造带活动断裂调查、汶川地震灾区特大型地灾的调查测绘,开展了龙门山断裂带、鲜水河断裂带及安宁河断裂带等邻区的高精度GPS测量;开展了大型振动台试验,再现了强震区地震滑坡的破坏过程;运用大型风洞试验和环剪试验,研究了高速远程滑坡产生的气垫效应和液化效应;运用航天(空)遥感和现场无人机测绘,进行了多时相遥感对比,研究了典型高位泥石流形成的地质环境条件、空间分布特征、发展趋势及危害,并进行了汶川地震极重灾区高位泥石流预测;专门建立了地震区斜坡地面振动观测站,开展了不同构造部位、不同地貌部位山体微震动卓越周期测试,揭示了活动断裂的地灾效应和地灾链的形成机理,为汶川地震灾后重建和地灾防治提供了地质依据和技术支持。 摸清地震断裂发育分布及活动特征,提出地表破裂避让安全宽度建议,为灾后重建场地安全选址和合理避让提供了参考数据 通过野外调查,殷跃平团队获得汶川地震断裂发育分布及活动特征基础资料。研究显示,龙门山后山断裂、中央断裂、前山断裂和山前隐伏断裂等均有活动表现,其中以龙门山中央断裂的活动性最为强烈。 研究显示,汶川地震地面破裂主要沿中央断裂、前山断裂和小鱼洞断裂发育。其中,沿中央断裂地表破裂总长约275千米,沿前山断裂地表破裂长约72千米,与之复合交汇的彭州市小鱼洞断裂地表破裂长约15千米。后山断裂在汶川地震过程中的活动性较弱,仅局部地区断续出现地表破裂。研究显示,汶川地震地表破裂影响带宽度约为16~60米,且影响带宽度与垂直位移具有较好的线性关系。 “据此,我们提出了地表破裂避让安全宽度建议,为汶川地震灾后重建场地安全选址和合理避让提供了参考数据。”殷跃平说。 通过开展跨越龙门山构造带、鲜水河构造带和安宁河构造带的三条剖面大地电磁测深,研究人员建立了地震活动带的岩石圈结构模型,探讨了深部驱动机制、现代构造运动的成因模式及其对强震的控制作用。研究认为,川西高原中下地壳流变强度比正常地壳软弱,与临近四川盆地和华南地块的地壳厚度差达20千米~30千米、地貌高度差达3千米~4千米,形成了能够驱动中下地壳软弱层发生流动的横向压力差,由于强硬的四川盆地阻挡,使中下地壳塑性物质在龙门山之下堆积,并在高低阻接触带附近产生应力积累,得以在中地壳隐伏断裂前端产生应力高度集中与能量快速释放破裂,导致汶川特大地震的发生。 殷跃平介绍,项目组系统获得了汶川地震前后龙门山构造带及相关地区区域地壳运动与形变特征。青藏高原东缘区域地壳运动变化总体趋势是,由西向东运动速率减小;由北至南运动速率逐渐变大。龙门山断裂带运动速率小,经过长期持续应变低速积累,沿中央断裂突发破裂,形成了汶川地震。汶川地震后,龙门山断裂带运动速率加大。龙门山断裂带及周围地区震后测站运动大小和方向变化大,断裂带活动表现在中段,北段和南段相对较小,南段活动最弱。其中,鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带的断裂性质为左旋走滑,龙门山断裂带和红河断裂带为右旋走滑,运动速率以鲜水河断裂带最大,地震后以龙门山断裂带运动速率最大。 “由于应力应变的释放,除龙门山西侧的川青地块现今运动速率变大外,其他地块的运动速率不同程度变小。汶川地震对龙门山断裂带、鲜水河断裂带及安宁河断裂带北段、岷山地区断裂影响较大,对其他断裂带影响较小或没影响。汶川地震没有改变区域地壳运动总体趋势。”殷跃平介绍说。 项目组还揭示了汶川地震的孕震、发生和震后构造应力场演化规律。研究表明,龙门山地区震前、震时和震后最大主应力和剪应力场发生了改变,最大主应力方向整体上由NEE变为SEE;震前和震时均有局部区域剪应力集中,特别是在映秀,地震后,相对均匀分布。与地震前相比,剪应力在龙门山前山断裂和龙门山中央断裂分布的值明显减小,但是在龙门山后山断裂附近分布的剪应力数值增大。 在青川东山—狮子梁斜坡、桅杆梁斜坡和绵竹九龙镇斜坡等地,项目组按照不同高程布置了斜坡地震动响应观测台站,首次开展了汶川地震区斜坡地震动特征观测。研究显示,斜坡地震动响应一般随高程增加而增大。 汶川地震引发了数以万计的滑坡。开展了高速远程滑坡—碎屑流等相关研究,获得的新理论、新技术和新方法有效指导和参与了灾后快速评估、重建和地灾防治 汶川地震引发了数以万计的滑坡,直接造成了严重的生命和财产损失。“地震和滑坡摧毁了北川老县城数十栋楼房,导致2000多人死亡;地震发生时,正值旅游旺季,G213国道都江堰至汶川段车水马龙,沿线难以计数的旅游车辆被崩塌、滑坡砸毁或掩埋,造成大量人员伤亡。”殷跃平说。 据他介绍,在汶川地震工程地质与地灾调查评价过程中,多期卫星影像、航空遥感影像、现场无人机调查、地面大比例尺测绘和动力分析法等新理论、新技术和新方法,指导和参与了灾后快速评估、重建和地灾防治。 通过对四川42个县(市)全面开展的应急地面调查和航空遥感调查表明,汶川地震导致极重灾县(市)地灾隐患点明显增加,主要沿龙门山主中央断裂带和后山断裂带展布,滑坡面密度大于50%以上。在极震区,滑坡滑床往往不具连续平整的滑面,斜坡失稳以阶型滑坡、凸型滑坡、勺型崩滑、座落型(振胀型)滑坡和巨大滚石五种类型最为典型。 项目组研究阐述了区域滑坡活动强度分析评价基本原则、快速评估方法,建立了简易实用的区域群发滑坡活动强度指标体系和分级标准。初步提出,把最大面密度的1%、3%、5%、10%、30%、50%作为地灾强度指数分级的依据,将地灾活动强度指数分为8级。评价表明,地震诱发的极端滑坡事件主要沿龙门山中央断裂和X-XI烈度地段分布,70%以上的大型崩滑体密布于龙门山中央断裂带及其附近;前10个规模最大的滑坡和前10个滑移距离最大的高速远程滑坡具有很好的重合性,反映汶川地震诱发的高能量滑坡事件。 对高速滑坡远程滑动阶段发生过程中的地震液化机制进行了分析,揭示了地震滑坡的高速远程运动过程中的地震液化机制。结合强震地面运动纪录分析表明,在极震区滑坡受地震竖向力的作用明显。 对汶川地震区已有滑坡防治工程的地震响应特征进行了分析,对比研究了加固和未加固两种工况的动力响应和稳定性特征。模拟了滑坡抗滑桩防治工程的动力响应特征,其剪应变增量大约是震前的3000倍,滑坡稳定性显著降低,甚至可能发生变形失稳;研究表明抗滑桩地段位移明显降低,但加速度响应明显陡增,为阻止滑坡滑动时起到重要作用。 对汶川地震触发的最大滑坡——大光包滑坡进行了系统研究,建立了滑坡三维地质模型,包括下部层状滑体和上部崩滑体,以及中间滑崩过渡带3个变形失稳单元。模拟表明,大光包滑坡地震动力响应较为复杂,随高程、坡度放大的趋向性和节律性并不明显。 首次研究了汶川地震高速远程滑坡—碎屑流的运动机理,建立了滑坡高速运动的解析评估方法。研究显示,高速远程滑坡滑体飞行过程中先后受到机翼效应和气垫效应作用,两者之间没有明显的界限。 首次采用大型风洞试验研究了高速远程滑坡的地形效应,结果表明:沟谷圈闭效果越好,对滑坡飞行空气动力学效应的影响越明显。五种地形对滑坡空气动力学效应的影响由大到小依次是:矩形沟谷、75°梯形沟谷、60°梯形沟谷、45°梯形沟谷及平坦地形。 汶川地震带来的科技问题远比想象的要复杂得多。经历了5个汛期,高位泥石流成为灾区震后威胁最大的灾害类型 殷跃平表示,汶川地震带来的科学技术问题远比想象的要复杂得多,特别是2008年5月以来,已经经历了5个汛期,震区多次遭遇极端暴雨,大量隐伏在峡谷山坡上的滑坡、崩塌堆积体又转化为高位泥石流,给灾后重建带来了致命威胁。 “泥石流成为地震灾区震后威胁最大的灾害类型,而高位泥石流又因其物源量丰富、物源分布位置高、沟道纵比降大、隐蔽性高、破坏力极强等特点成为防范重中之重。”殷跃平说。 殷跃平介绍,他的团队首次建立了基于无人机测绘的高位泥石流快速调查识别技术和危险性评估方法,开展了高位泥石流沟判识标准、调查方法、分布特征、动态变化及发展趋势研究,建立了汶川地震灾区高位泥石流的五种成灾模式。以文家沟高位泥石流为例,对单沟高位泥石流风险性评估进行了研究,总结了高位泥石流的防治思路、基本方法及防治要点。 “这些地震地灾链还将会延续10年,甚至数十年,严重威胁着震区的地质环境安全。因此,必须长期扎实坚持开展研究,施行科学有效的防灾减灾,力避重蹈覆辙。值得一提的是,这些成果在芦山7.0级地震地质灾害减灾防灾中得到了很好的应用。”殷跃平说。 5年来,全国各地对汶川灾区的关爱从来没有停歇。地质科技,为汶川灾区的重建和未来,托起希望的翅膀。  

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