重要进展 ▏强震地质灾害链长期效应研究

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近日，我室范宣梅教授团队在自然指数期刊《Geophysical Research Letters》（Nature index源期刊，中科院一区Top期刊）上连续发表两篇论文，揭示了强震地质灾害时空演化规律与控制因素，定量阐释了震后物质运移与长期风险演化趋势，深化了强震对山区地貌演化影响的认识。

我国是世界上大陆地震最多的国家，强震诱发的次生地质灾害具有影响范围广、规模大、危害严重、灾害链长期效应显著等特点。强震发生时，不仅可诱发大量地质灾害，同时，地震产生大量松散物质、震松震裂山体，在震后降雨作用下，易发生滑坡物质再次运移、复活滑坡和新生滑坡等震后灾害，威胁强震山区人民生命财产安全、基础设施和国家重大工程安全。

然而，现阶段地震地质灾害减灾理论与技术还不能满足国家防灾减灾的迫切需求，其中一个很重要的原因就是对强震地质灾害时空演化规律、灾害链生机制和长期效应的认识不足，严重制约了强震地质灾害防灾减灾能力的提升，导致灾后治理工程被反复摧毁、多次重建。震后地质灾害如何链生演化？如何预测？汶川地震产生的约100亿方的地震滑坡物质在震后如何运移？将在山区滞留多长时间？回答这些问题对山区地质灾害防治与认识地貌演化具有重要意义。

范宣梅团队围绕“强震地质灾害链生演化机制与预测”这一科学问题，针对强震地质灾害不同演化阶段，对其致灾机理开展了深入系统地研究。针对震后地震灾害时空演化规律不明的难题，通过大量野外调查与长期观测，对汶川震后12 年地质灾害的演化开展了长期追踪，在此基础上，建立了震后滑坡机器学习预测模型。

GRL论文一:《Rapidly Evolving Controls of Landslides After a Strong Earthquake and Implications for Hazard Assessments》

震后山区地质环境发生剧变，因此控制震后滑坡的因子，与震前和非震区最大的区别是因子随时间不断演化，因此传统的基于静态因子的滑坡危险性评价方法，无法准确预测震后滑坡发生的空间概率。该论文基于对汶川震后地质灾害演化12年的追踪，建立了长时间尺度震后滑坡数据库（是国际上最完整的震后滑坡演化数据库）。基于该数据库，论文突破以往静态因子评价方法的局限性，首次量化了震后滑坡控制因素随时间的演化规律；在此基础上，采用机器学习随机森林算法，建立了震后滑坡危险性与风险动态评价与预测模型。

研究发现震后最初三年，滑坡的发生主要受同震滑坡堆积体规模与降雨强度控制，而后随着坡体的自愈self-healing（包括植被重新覆盖、密实度增加、颗粒粗化、黏度系数降低等），震后地质灾害的控制因素也开始趋于恢复到震前因素，以地形与水文因素占主导（图1）。

▲图1 震后滑坡控制因子随时间动态演化图

▲图2 震后滑坡危险性动态评价与预测模型

GRL论文二:《Coseismic Debris Remains in the Orogen Despite a Decade of Enhanced Landsliding》

论文第一作者为戴岚欣博士研究生，范宣梅教授为通讯作者。

该论文量化了震后滑坡物质从坡面→山区沟道→河流的物质运移过程。研究通过对从映秀到汶川42个流域的震后滑坡和泥石流的长期观测与追踪，发现震后滑坡活动性在10年内快速衰减到趋于震前水平，而泥石流的发生则随降雨强度呈波动性衰减。与之相伴，大部分（>70%）的同震滑坡松散物质仍停留在坡面，并趋于稳定；约（>20%）的物质滞留在山区沟道；少部分物质（<10%）主要通过泥石流被搬运到岷江（图3和图4）。这一发现使汶川地震成为了全球唯一一次量化了震后物质运移的地震，对于认识强震对山区地貌演化的影响具有重要价值。

▲图3 震后滑坡和泥石流演化规律与物质运移过程示意图

▲图4 汶川震后物质运移规律

（a）坡面物质与沟道物质随时间变化规律；

（b）被震后泥石流搬运出山区的物质量

此外，研究还发现震后最初3-5年的物质运移主要通过滑坡堆积体复活并转化为泥石流，促使坡面物质向流域内沟道运移，并进一步被搬运到下游河流。随后，这种模式随着坡面堆积体的稳定，逐渐转化为沟道集中径流侵蚀，即沟道型泥石流。由于目前仍有约20%以上的物质停留在山区沟道，加之震后泥石流降雨阈值尚未恢复到震前水平，因此震后泥石流仍将持续较长时间。坡面物质运移的衰减也与下游河流泥沙石英宇宙成因核素10Be浓度变化趋势相吻合（图5）。根据震前侵蚀速率估算，汶川地震滑坡物质在山区的滞留时间很可能超过强震重现期。

▲图5 2005-2020年汶川震中区滑坡和河流10Be浓度随时间演化趋势图

论文信息：

上述成果受到国家自然科学基金创新研究群体科学基金（41521002）、国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目（41661134010）和地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室团队重点课题（No. SKLGP2019Z002）的联合资助。

上述成果发表于国际知名Nature Index期刊《Geophysical Research Letters》上：

●Fan, X*., Yunus, A. P.*, Scaringi, G., Catani, F., Siva Subramanian, S., Xu, Q., & Huang, R. (2021). Rapidly evolving controls of landslides after a strong earthquake and implications for hazard assessments. Geophysical Research Letters, 48, e2020GL090509.

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●Dai, L., Scaringi, G., Fan, X*., Yunus, A. P., Liu-Zeng, J., Xu, Q., & Huang, R. (2021). Coseismic debris remains in the orogen despite a decade of enhanced landsliding. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL095850.

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资料来源 | 范宣梅

编  辑 |  陈美琦  刘泓瑶

校  审 | 刘 琪

责任编辑丨 赵建军 林汐璐