摘要：2023年12月18日23時(shí)59分，甘肅臨夏州積石山縣發(fā)生6.2級(jí)地震，并誘發(fā)了大量地質(zhì)災(zāi)害，其中，中川鄉(xiāng)砂土液化泥流災(zāi)害造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡，亟需對(duì)其特征、成因、破壞性進(jìn)行分析厘定。根據(jù)已有文獻(xiàn)資料，利用獲取的高精度、高分辨率數(shù)字成果，借助影像解譯、地面調(diào)查，對(duì)震后泥流災(zāi)害進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明：（1）易滑且飽水黃土在地震的震動(dòng)載荷作用下，土體內(nèi)孔隙水壓力迅速升高導(dǎo)致砂土液化，最終土層失穩(wěn)破壞，導(dǎo)致臺(tái)地邊緣垮塌與地震滑坡。土水混合物在重力作用下，順著高差沿溝谷、沖溝前進(jìn)形成液化型滑坡-泥流災(zāi)害。（2）此次災(zāi)害現(xiàn)象并非泥流單一作用，而是砂土液化導(dǎo)致的泥流和砂涌同時(shí)存在，二者同時(shí)發(fā)生的概率很低，破壞性極大。（3）此次地震為典型的“小震、中震大災(zāi)”情況，相比其他相似成因液化滑坡災(zāi)害，其規(guī)模更大;相比其他相近震級(jí)地震，其造成的破壞及傷亡更大。此次地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害具有一定的特殊性與異常性。

關(guān)鍵詞：積石山MS6.2地震; 液化泥流成因; 破壞性分析; 砂涌

中圖分類號(hào)： P315.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)： 1000-0844（2024）04-768-10

DOI：10.20000/j.1000-0844.20240110001

Causes and destructive analysis of the liquefied mudflow in

Zhongchuan Town triggered by the 2023 Jishishan，

Gansu MS6.2 earthquakeBAI Zhuoli， JI Lingyun， ZHU Liangyu， CHENG Hongbin，XU Jing，

BIAN Zongpan， WANG Jinshuo， LI Yan， TANG Hongtao

（The Second Monitoring and Application Center， CEA， Xi'an 710054， Shaanxi， China）Abstract：

At 23：59 on December 18， 2023， an MS6.2 earthquake struck Jishishan County， Linxia Prefecture， Gansu Province， triggering several geological disasters. One of the most severe was a sand-soil liquefied mudflow disaster in Zhongchuan Town， which caused significant economic losses and casualties. It is crucial to analyze its characteristics， causes， and destructiveness. Using existing references and high-precision， high-resolution digital data， we conducted a comprehensive post-earthquake mudflow analysis through image interpretation and ground investigation. The results showed the following： （1） The saturated and slippery loess experienced a rapid increase in pore water pressure owing to seismic load， leading to sand-soil liquefaction. This destabilized and destroyed the soil layer， causing the collapse of the plateau's edge and triggering seismic landslides. The soil-water mixture then flowed down the slopes and valleys under the influence of gravity， forming a liquefaction-type landslide-mudflow disaster. （2） The disaster was not a single mudflow event but a simultaneous occurrence of mudflow and sand gushing caused by sand liquefaction. This dual action is extremely rare and highly destructive. （3） Despite its moderate magnitude， this earthquake exemplifies the “small and medium quake， large disaster” scenario. It caused greater destruction and casualties compared to similar-scale earthquakes， highlighting its particularity and abnormality.

Keywords：Jishishan MS6.2 earthquake; cause of liquefied mudflow; destructive analysis; sand gushing

0引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心發(fā)布，2023年12月18日23時(shí)59分，甘肅省臨夏州積石山縣發(fā)生6.2級(jí)地震，震源深度10 km，最高烈度達(dá)Ⅷ度，震中5 km范圍內(nèi)平均海拔約2 793 m。地震造成大量房屋、交通、水利及電力等基礎(chǔ)設(shè)施受損，同時(shí)誘發(fā)大量滑坡、崩塌、砂土液化導(dǎo)致的泥流等地震地質(zhì)災(zāi)害。截至2023年12月31日，該地震造成151人遇難，979人受傷;其中，甘肅117人遇難，青海34人遇難［1-2］。相比近年來數(shù)次MS6.0以上地震，此次積石山地震造成的人員傷亡明顯要更嚴(yán)重。如2017年九寨溝MS7.0地震造成25人死亡，525人受傷，6人失聯(lián);2022年瀘定MS6.9地震造成93人死亡，25人失聯(lián);以及2013年甘肅岷縣—漳縣MS6.6地震造成95人死亡，1 366人受傷。此次地震在青海省民和縣中川鄉(xiāng)金田村和草灘村一帶誘發(fā)了一起特殊泥流災(zāi)害，造成13人遇難［3-6］。類似構(gòu)造規(guī)模的黃土滑坡泥流發(fā)生過兩次，分別為1920年寧夏海原MS8.5地震在固原市石碑塬引起的底部液化型黃土滑移和2013年甘肅岷縣—漳縣MS6.6地震在永光村西滑坡引起的液化流滑［7-9］，但均未造成如此重大的人員傷亡。

地震發(fā)生后，國(guó)內(nèi)多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)即時(shí)開展相關(guān)研究。中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所使用區(qū)域臺(tái)網(wǎng)資料，采用CAP方法反演了2023年12月18日甘肅臨夏州積石山地震的震源機(jī)制解［10］;中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局鐵永波團(tuán)隊(duì)對(duì)積石山地震與瀘定地震的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律做了對(duì)比研究，為不同斷層類型和不同地貌區(qū)同震地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)防范區(qū)范圍劃定、趨勢(shì)預(yù)測(cè)提供科學(xué)參考［11］;長(zhǎng)安大學(xué)黃觀文團(tuán)隊(duì)利用GNSS、RTK、GNSS加速度計(jì)自適應(yīng)融合技術(shù)以及小波變換等方法綜合分析了主震和余震對(duì)邊坡體的破壞性影響［12］。以上對(duì)此次地震震中及遠(yuǎn)場(chǎng)同震災(zāi)害鏈、滑坡易滑區(qū)開展了相關(guān)研究，但對(duì)其次生災(zāi)害最為嚴(yán)重的砂土液化泥流區(qū)域研究較少。本文擬利用高精度、高分辨率數(shù)字正射影像模型（Digital Orthophoto Model，DOM）和數(shù)字表面模型（Digital Surface Model，DSM），通過影像解譯、地面調(diào)查，結(jié)合區(qū)域發(fā)震背景等資料對(duì)泥流-砂涌區(qū)域的成因與其破壞性進(jìn)行分析。

1發(fā)震斷裂地質(zhì)構(gòu)造背景

甘肅省積石山MS6.2地震震中位于拉脊山—積石山構(gòu)造帶附近，該構(gòu)造帶西接日月山斷裂帶，東接西秦嶺斷裂帶。此次地震的發(fā)震斷裂可能為拉脊山北緣斷裂東段，為一條走向NNW、傾向SWW的擠壓逆沖型斷層，斷層兩側(cè)地貌高差顯著［13-14］。拉脊山北緣斷裂帶全長(zhǎng)230 km，由數(shù)段弧狀不連續(xù)的斷裂帶組成。斷裂兩盤主要由斷裂西側(cè)積石山和斷裂東側(cè)低緩丘陵內(nèi)嵌盆地組成，東側(cè)即循化大河家和官亭兩個(gè)河谷盆地。河谷寬百米至數(shù)千米不等，丘陵起伏，黃土深厚，黃河發(fā)育有多級(jí)階地。此次積石山地震在黃河左岸的官?gòu)d盆地中川鄉(xiāng)金田村引發(fā)一起因砂土液化自北向南、沿溝谷向下流動(dòng)的泥流次生災(zāi)害［15-18］。

積石山地震震中位于積石山縣西部8 km外的柳溝鄉(xiāng)，震源機(jī)制反演結(jié)果［19］如圖1所示。本次地震為逆沖型地震，帶有少量右旋走滑分量，破裂面呈現(xiàn)NNW-SSE走向。震區(qū)地層巖性復(fù)雜，更新世和全新世沉積了大量洪沖積扇、河流相的礫石土、砂、黏土，以及風(fēng)成馬蘭黃土層［20］。研究資料顯示積石山地震震中周邊200 km范圍內(nèi)，1949年以來發(fā)生6.0～6.9級(jí)地震2次、5.0～5.9級(jí)地震14次，其中，震級(jí)最大為2013年7月22日甘肅岷縣—漳縣MS6.6地震，該地震震源深度20 km，距本次震中的距離約185 km［21］。

2數(shù)據(jù)采集與處理

研究區(qū)取自應(yīng)急科考數(shù)據(jù)，采集任務(wù)區(qū)域?yàn)橹写ㄠl(xiāng)泥流-砂涌災(zāi)害區(qū)。中川鄉(xiāng)整體地勢(shì)相對(duì)平坦，為小型黃土臺(tái)塬，主要由礫石層、漫灘沉積、黃土及上覆粉砂層組成［22］。泥流區(qū)域北部物源區(qū)可見飽含水耕植土、紅黑色互層黏土、馬蘭黃土上覆于漫灘沉積及上更新統(tǒng)礫石層之上，如圖2所示。土壤膠結(jié)疏松，孔隙度大，水敏性強(qiáng)，水土侵蝕嚴(yán)重。臺(tái)塬保留較多溝壑、沖溝，臺(tái)地邊緣均存在臨空面，其邊緣處均利于同震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育。

通過對(duì)研究區(qū)開展高精度航攝數(shù)據(jù)的采集工作，最終獲取了典型的泥流-砂涌災(zāi)害區(qū)高精度數(shù)字成果DOM、DSM以及三維實(shí)景模型?；谏鲜龈?/p>

分辨率航測(cè)成果與現(xiàn)場(chǎng)踏勘照片，確定了泥漿涌出口地表位置并初步分析了此次泥流-砂涌災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理，同時(shí)從DSM結(jié)果中量測(cè)地表塌方邊界點(diǎn)處的垂直位移量，量化泥石流覆蓋面積、損毀房屋及其他基礎(chǔ)設(shè)施，綜合分析泥流成因及此次災(zāi)害破壞性，為震后救災(zāi)工作提供詳細(xì)且精確的數(shù)據(jù)支撐。

2.1航測(cè)方案與數(shù)據(jù)采集

考慮到災(zāi)區(qū)環(huán)境惡劣性，本文借助QPAD分米級(jí)平板定位儀（差分精度2 cm+1 ppm）、DJI Phantom 4 PRO無人機(jī)。依據(jù)災(zāi)區(qū)現(xiàn)實(shí)地貌狀況，布設(shè)了5個(gè)像控點(diǎn)，制定了相應(yīng)的飛行計(jì)劃，如圖3所示：航向重疊度75%、旁向重疊度為70%。每個(gè)架次起飛點(diǎn)選擇原則為：盡量靠近測(cè)區(qū)、盡量靠近起始拍照點(diǎn)、環(huán)境盡量開闊避免遮擋干擾;飛行高度不高于150 m，以確保航測(cè)結(jié)果的影像分辨率達(dá)到2.6 cm。在采集正射數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)核心區(qū)域補(bǔ)充了傾斜攝影測(cè)量，細(xì)化了溝槽及房屋細(xì)節(jié)紋理。

2.2數(shù)據(jù)處理

將原始高分辨率航攝影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于Pix4D mapper、ArcGIS等專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件，經(jīng)高精度位置與姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（Position and Orientation System，POS）數(shù)據(jù)導(dǎo)入、像控點(diǎn)刺點(diǎn)、空中三角加密（簡(jiǎn)稱空三加密）測(cè)量等環(huán)節(jié)，制作測(cè)區(qū)數(shù)字成果，過程步驟如圖4所示。在數(shù)據(jù)處理前，對(duì)原始影像數(shù)據(jù)進(jìn)行篩查，其次為解析空中三角測(cè)量。通過利用地面布測(cè)的少量控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)航片刺點(diǎn)，利用少量地表控制點(diǎn)通過空三加密，實(shí)現(xiàn)求解外方位元素［23］。在解析空中三角測(cè)量完成后，對(duì)其成果進(jìn)行檢查，包括影像點(diǎn)云數(shù)據(jù)是否含有分層、空洞、飛點(diǎn)、畸變等幾何異?，F(xiàn)象。對(duì)空三點(diǎn)云數(shù)據(jù)作進(jìn)一步加工處理，即可完成對(duì)測(cè)區(qū)DOM、DSM的生產(chǎn)。數(shù)據(jù)成果如圖5所示。

3地震地質(zhì)災(zāi)害分析

3.1泥流成因分析

此次地震在中川鄉(xiāng)金田村和草灘村引發(fā)了大規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害——地震泥流［24］。依據(jù)上述高分辨率數(shù)字成果（覆蓋中川鄉(xiāng)金田村、草灘村，距離震中約15 km），對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行了精細(xì)化遙感解譯。

區(qū)域北高南低，泥流自北向南（物源區(qū)至金田村）沿高差約100 m的坡面向下流動(dòng)。經(jīng)震前，震后影像以及傾斜攝影三維模型比對(duì)，北部物源區(qū)土層垮塌失穩(wěn)所形成的新鮮出露面與旁邊未垮塌土層在顏色、植被覆蓋等方面存在明顯差異。原村道（黃色直線標(biāo)注）修建于較高臺(tái)地一側(cè)，垮塌發(fā)生后村道及其路基被整體向東搬移并掩埋（橙色虛線）;綠色虛線指示其較高臺(tái)形成的陰影;紅色箭頭指示其垮塌邊界處。物源區(qū)東邊界基本可確定為公路所在的高臺(tái)地上，圖6（c）為物源區(qū)東北處分界，圖6（d）為物源區(qū)東南處分界。物源區(qū)西部、北部、南部邊界特征明顯，能被較好地確認(rèn)。經(jīng)量測(cè)，泥流物源區(qū)面積約0.12 km2，除物源區(qū)外流通堆積區(qū)面積約0.39 km2，僅物源區(qū)垮塌土方量約41.58×104 m3（圖7）。泥流運(yùn)移距離約3.0 km，坡度比0.033，表現(xiàn)出較高的流動(dòng)性。此外，在泥流北部物源區(qū)選取了兩處垮塌點(diǎn)進(jìn)行微地貌定量分析（圖8），得出垮塌點(diǎn)P1位置處垮塌垂直位移約6.6 m，物源區(qū)西側(cè)耕地P2位置處垮塌高差約5.8 m，兩點(diǎn)南北向距離約180 m。

依據(jù)高精度數(shù)字成果及地面調(diào)查，此次受災(zāi)區(qū)域地處多級(jí)黃土臺(tái)塬構(gòu)成的斜坡，整體北高南低，高差達(dá)100 m，物源區(qū)南北緣高差達(dá)30 m，泥流區(qū)域中部、南部開挖處多見稀軟土體。金田村、草灘村地處黃河故道，7—9月降雨適中，加之高強(qiáng)度（每年3～4次）灌溉和耕種等原因，冬灌后地下沙土含水量較高。通過ERT揭示滑源區(qū)的地下水埋深在15～20 m之間（馬蘭黃土層），斜坡下方田間地下水埋深在5～10 m［25］。分析此次地震誘發(fā)泥流的滑動(dòng)距離、滑動(dòng)規(guī)模、泥流形態(tài)以及上述含水土層位置，確定此次地震誘發(fā)黃土滑坡為液化型滑坡。液化型滑坡是指黃土斜坡不同部位的飽和黃土在強(qiáng)地震動(dòng)作用下，孔隙水壓力顯著上升，有效應(yīng)力降低導(dǎo)致液化發(fā)生，液化土層形成滑動(dòng)面（帶），導(dǎo)致上覆非飽和土體滑移或自身形成泥流，即液化滑坡泥流。

除順溝槽移動(dòng)的液化泥流之外，此次災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)還存在砂涌口。液化形成的泥流與常規(guī)地震中因液化而噴水冒砂現(xiàn)象為不同概念。砂涌是指地下含水量高的砂土在地震發(fā)生時(shí)遭受強(qiáng)烈震動(dòng)，擠壓后快速液化，沿著通道涌出地面的現(xiàn)象，其砂涌機(jī)制如圖9（d）所示。砂涌的規(guī)模往往比較小，涌出地表的砂土一般也不會(huì)遠(yuǎn)距離流動(dòng)，易就地堆積，很難將房屋包圍掩埋，而液化泥流在規(guī)模、破壞性等方面均大于砂涌災(zāi)害。在6.2級(jí)地震的誘發(fā)下，原本相對(duì)穩(wěn)定且易滑的砂土液化后遭受急劇上升的壓力，順著充填裂隙而涌出地面，形成砂涌口［圖9（d）］。此處砂涌區(qū)域與整體災(zāi)害區(qū)域地勢(shì)一致，呈北高南低，但明顯與北部物源區(qū)泥流沖刷方向相反，涌出后為北向、北東向，而后南向流動(dòng)，與周圍泥漿堆積區(qū)在含水度、沖刷下切能力有明顯區(qū)別，流動(dòng)痕跡清晰，流動(dòng)方向明顯［圖9（a）、圖9（b）］。加之村民除了見到從北至南的泥流外，還見到從地下往上“冒泥”現(xiàn)象。故此次地質(zhì)災(zāi)害泥流區(qū)域存在砂涌現(xiàn)象。

綜上所述，本文認(rèn)為此次災(zāi)害并非液化泥流單一作用，而是砂土液化導(dǎo)致的泥流和砂涌同時(shí)存在。地震作為誘發(fā)因素，垮塌黃土作為物源，液化土層及砂涌（水）作為動(dòng)力源，共同作用導(dǎo)致了此次極端災(zāi)害的發(fā)生。

3.2泥流破壞性分析

此次黃土液化引發(fā)的泥流與砂涌，屬于地震和水耦合作用下的極端次生災(zāi)害，二者同時(shí)發(fā)生的概率很低，但破壞性極大，為典型的“小震、中震大災(zāi)”情況［26-27］。通過對(duì)比震前、震后遙感影像發(fā)現(xiàn)，北部物源區(qū)附近高壓電塔損毀一座;中部受災(zāi)核心區(qū)大量房屋被掩埋，泥流直接沖毀民房70余間，泥流區(qū)域受損民房共計(jì)上百間;泥流沖出溝谷沖毀村道多條，阻斷道路共計(jì)15余條;南部未見垮塌溝槽，地勢(shì)平緩后泥流動(dòng)能得以減小，造成成片淤泥堆積（圖10、11），大面積掩埋農(nóng)田及動(dòng)力渠一條;村莊的灌溉渠道、水利設(shè)施等也受到了不同程度的破壞。砂涌、泥流改變了地形地貌，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期不良影響，并給當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重威脅。

4討論與結(jié)論

4.1討論

2023年12月18甘肅省臨夏回族自治州積石山縣發(fā)生MS6.2（MW5.9）地震，震源深度10 km。地震引發(fā)青海海東民和縣中川鄉(xiāng)發(fā)生嚴(yán)重的液化泥流-砂涌極端地質(zhì)災(zāi)害，給當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重威脅。

綜合國(guó)內(nèi)外歷史強(qiáng)震所引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害資料，此次液化泥流災(zāi)害在成因、規(guī)模、破壞性方面都是極少見的。發(fā)生在基巖山區(qū)的地震，災(zāi)害類型多以崩塌、滑坡、泥石流為主，地震液化災(zāi)害所引發(fā)的危害比較小，如2008年汶川MS8.0特大地震，2010年4月14日玉樹MS7.1地震，2022年瀘定MS6.9地震等。發(fā)生在第四系松散沉積物堆積地區(qū)的地震，地震液化災(zāi)害的危害性相對(duì)較大，如1966年的邢臺(tái)地震、1975年的海城地震及1976年的唐山地震，地震液化災(zāi)害均造成了不同程度的人員傷亡與損失。除此之外，2011年2月22日新西蘭6.2級(jí)地震，1964年6月16日日本新潟縣南方近海7.5級(jí)地震，以及2018年印度尼西亞7.4級(jí)地震，均引發(fā)嚴(yán)重的砂土液化現(xiàn)象，包括涌砂、噴水、地層下陷及建筑物沉陷等。與此次積石山地震液化泥流成因類似的兩個(gè)典型實(shí)例分別為1920年海原MS8.5地震在固原市石碑塬引起的液化型黃土滑移和2013年岷縣—漳縣MS6.6地震在永光村西滑坡引起的液化流滑［7］。其中，前者未直接造成人員傷亡及建筑損毀;后者滑移距離為1 km，滑坡掩埋4戶農(nóng)居?？梢姶舜畏e石山液化泥流災(zāi)害的特殊性與異常性。此次地震災(zāi)害鏈造成的損失遠(yuǎn)超地震本身的損失，給應(yīng)急救援工作帶來極大的困難，為典型“小震大災(zāi)”“中震、大震極災(zāi)”。

4.2結(jié)論

本文在獲取高精度數(shù)字成果DOM、DSM的基礎(chǔ)上，圍繞地震發(fā)震構(gòu)造和地震次生災(zāi)害等關(guān)鍵科學(xué)問題開展研究，綜合分析泥流成因及此次災(zāi)害破壞性，并得出以下結(jié)論：

（1） 此次泥流次生災(zāi)害區(qū)域地處多級(jí)黃土臺(tái)塬構(gòu)成的坡面上，易滑且飽水黃土在地震的震動(dòng)載荷下土體內(nèi)孔隙水壓力迅速升高導(dǎo)致砂土液化，最終土層失穩(wěn)破壞，導(dǎo)致臺(tái)地邊緣垮塌與地震滑坡。土水混合物在重力作用下，順著高差沿溝谷、沖溝前進(jìn)形成液化型滑坡-泥流災(zāi)害。

（2） 此次災(zāi)害現(xiàn)象并非液化泥流單一作用，而是砂土液化導(dǎo)致的泥流和砂涌同時(shí)存在，二者同時(shí)發(fā)生的概率很低，但破壞性極大。

（3） 此次地震為典型的“小震、中震大災(zāi)”情況，相比其他相似成因液化滑坡災(zāi)害，其規(guī)模更大;相比其他相近震級(jí)地震，造成的破壞及傷亡更大。此次積石山液化泥流災(zāi)害具有一定的特殊性與異常性。

參考文獻(xiàn)（References）

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（本文編輯：張向紅）