丽江—小金河断裂位于川滇菱形块体内部,NE向延伸将川滇菱形块体分为川西北和滇中2个次级块体,对川滇菱形块体区域地壳运动有重要影响(向宏发等,2002)。断裂全长360 km,倾向NW,倾角60°～80°,北起四川石棉西南,向西南经木里、响水河、宝地、宁蒗、丽江至剑川,云南境内长约260 km(安晓文等,2018)。断裂大致可分为3段:南段为丽江盆地以南,包含2条主要分支断裂,其间为小型地堑或半地堑小盆地(李安等,2016); 中段从丽江盆地至木里,断错地貌清晰; 北段为木里以北,走向由NE转为NNE,受强烈侵蚀和切割,缺少第四系沉积(李环宇等,2020)。丽江—小金河断裂全新世以来活动强烈,其周边地区地震频发,一直受诸多学者关注。徐锡伟等(2003)通过位错地貌和年龄测试获得断裂中段全新世左旋滑动速率为(3.8±0.7)mm/a,垂直滑动速率为(0.65±0.14)mm/a。基于GPS资料,Shen等(2005)获得断裂左旋走滑速率为3 mm/a。李宁等(2018)计算断层闭锁程度和滑动亏损速率特征,认为断裂南段、中段具有发生较大地震的潜在危险。刘晓霞和邵志刚(2020)分析认为断裂西南段的背景滑动速率明显高于东北段。李安等(2016)、丁锐等(2018)通过探槽开挖,已揭露断裂带南段、中段全新世发生过3次古地震事件。断裂的活动性和地震活动强度,将会加剧或诱发区域内滑坡地质灾害的发生。

研究区地层发育有古近系、三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系、奥陶系、前寒武系。断裂带北东区域地层发育较全,厚度较大,以浅海相沉积为主; 南西区域缺失较多,厚度逐渐变薄,以滨海相为主。古近系为宝相寺组砾岩、砂岩夹粉砂岩、泥岩; 三叠系为松桂组粉砂岩、页岩; 二叠系为黑泥哨组灰色含煤砂岩、页岩夹灰岩以及阳新组深色、浅色灰岩,含燧石条带或结核; 石炭系主要为尖山营组上部灰岩和黄龙组浅灰色厚层灰岩、白云岩; 志留系为青山组灰岩; 泥盆系为破松冲组灰岩、底部泥页岩; 奥陶系为向阳组页岩夹石英细砂岩,顶部夹含砾砂岩、细砂岩以及宝塔组灰色中厚层网纹灰岩; 前寒武系灯影组为含燧石条带、团块白云岩夹灰岩,主要成窄条带状沿断裂分布。二叠纪、三叠纪时期玄武岩大量喷发,区内大量发育峨眉山玄武岩组地层(李环宇等,2020)。根据岩性硬度回弹值、类别及风化程度等指标,判断研究区内岩石主要为软岩类,有利于滑坡发育。

笔者收集整理1:5万地质灾害详查和年度地质灾害隐患核查、排查等数据,辅以遥感影像进行对比和修正,并选择部分滑坡点开展野外调查工作,获得丽江—小金河断裂两侧10 km区域内的滑坡地质灾害共214处,其中大型滑坡1处、中型滑坡8处,小型滑坡205处。研究区滑坡类型主要为降雨滑坡和地震滑坡,分布于河流水系两侧、断裂带及其交会部位(图1)。研究区内的滑坡点集中分布于1996年丽江7.0级地震Ⅸ、Ⅷ、Ⅶ度烈度区,Ⅵ度烈度区滑坡数量明显减少。研究区断裂上的许多滑坡体现今仍具有活动性,在多种因素诱发下极易再次活动。

图1 丽江—小金河断裂中南段滑坡地质灾害分布图
Fig.1 Geohazard distribution in the Lijiang-Xiaojinhe fault zone

图2 丽江—小金河断裂典型滑坡
Fig.2 Field photos of typical landslides in the Lijiang-Xiaojinhe fault zone

证据权模型是基于Bayes统计分析模式,通过对与滑坡形成相关的影响因素图层的加权叠加复合获得滑坡易发性,其优势为方法简便、建模过程易懂,已被广泛应用于地学研究(张生元等,2009)。本文采用基于滑坡面积概率法的证据权模型,计算公式如下:

式中:w⁺_i为当前影响因子级别内滑坡形成的概率; w^-_i为当前影响因子级别外滑坡发生的概率; P为滑坡概率; B为分级后该级别下的滑坡面积; 为分级后该级别下无滑坡覆盖面积; L为研究区总滑坡面积; 为研究区无滑坡覆盖总面积。

根据研究区内的滑坡点数据,分别计算每个影响因子不同级别内的滑坡危险性权重。根据式(1)和(2)可得到:

式中:w⁺_i 表示该影响因子级别内发生滑坡的正相关系数; w^-_i表示该影响因子级别内发生滑坡的负相关系数; N_pix1表示该影响因子级别内发生滑坡的栅格数; N_pix2表示该影响因子级别外发生滑坡的栅格数; N_pix3表示该影响影子级别内未发生滑坡的栅格数; N_pix4表示该影响影子级别外未发生滑坡的栅格数。通过式(3)和(4)计算影响因子权重值的对数。两权重之差是权重对比度,代表该影响因子级别内滑坡发生的权重。

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称AHP)是一种用于解决多因子决定目标的决策分析方法,对于复杂的决策思维,通过建立矩阵,每次只对两个因子进行评判,从而提高对因子重要程度的评价准确性,再通过排序计算、一致性检验,获得每个因子的权重值。在决策过程中定性和定量分析相结合,避免了人为因素导致经验判断与实际情况不符的情况出现,最终的决策结果更科学合理(蒲娉璠,2016; 郭长宝等,2009; 刘振军,2001)。

为充分考虑不同因子对滑坡灾害发生影响程度的差异,将层次分析法与证据权模型相结合进行赋权,其公式如下:

式中:LSI为发生滑坡的加权证据权值,即为滑坡易发性评价指数; a_i为第i个因子的权重值; W_f代表该影响因子级别内滑坡发生的权重(闫怡秋等,2021)。

网格单元在GIS技术中能快速赋值和运算,操作便捷(刘传正等,2007; 赵晓燕,2018)。选择合适的评价单元对滑坡易发性评价结果至关重要。本文研究区内滑坡的影响因子数据量巨大,将研究区按25 m×25 m栅格大小进行划分,获得研究区评价单元格网。

本文采用评价模型接收者操作特征(ROC)曲线对评价结果的合理性和准确性进行检验。图4中曲线下面积(AUC)表示易发性预测成功率,其值越接近1,代表准确率越高(Hoyer,Kuss, 2020; Walker,2019)。结果表明,丽江—小金河断裂中南段滑坡易发性评价结果的AUC值为0.81,表明评价结果准确度较高。

图4 研究区接收者操作特征(ROC)曲线
Fig.4 The curve of receiver operating characteristic in the study area

根据滑坡易发性评价指数,并按照《地质灾害风险调查评价技术要求》(FXPC/ZRZYB-01),使用自然间断法将研究区滑坡易发程度划分为4个等级:高易发区(0.34≤LSI≤0.87)、中等易发区(-0.11≤LSI≤0.34)、低易发区(-0.45≤LSI≤-0.11)和非易发区(-1.25≤LSI≤-0.45),分别占研究区总面积的11%、27%、35%和27%。研究区内的滑坡高易发区和中等易发区主要沿丽江—小金河断裂以及区域内金沙江等主要河流两侧分布,具体集中于玉龙县、松坪乡、大东乡等周边区域。其中十二栏杆大型滑坡以及跃进、拉八课、阿金华等中型滑坡均位于滑坡高易发区,研究区滑坡易发性评价结果与实际滑坡灾害点吻合度较好。

图5 丽江—小金河断裂中南段滑坡易发性评价分区
Fig.5 Landslide susceptibility map of the Middle and South Sections of the Lijiang-Xiaojinhe fault

本文滑坡易发性评价结果显示,研究区内滑坡分布受坡度、距活动断裂距离、距河流水系距离、工程地质岩组因素的影响程度更高,滑坡高易发区和中等易发区主要沿活动断裂和河流水系分布,其区域地质环境特征为:①活动断裂发育。研究区内丽江—小金河断裂和附近其它活动断裂所在区域均为滑坡高易发区或中等易发区。距离断裂越近,滑坡易发性越高,这是因为断裂活动在滇西北地区易形成峡谷地貌,断裂使岩性破碎,为滑坡发育提供有利条件。②河流水系发育。研究区内有金沙江、漾濞江、漾弓江和宁蒗河穿过,沿河流两侧多为滑坡易发性较高区域,如松坪乡西部的滑坡均沿金沙江分布,宁蒗县附近的滑坡沿宁蒗河发育。③岩性主要为软岩组。研究区软岩组岩性分布面积北部大于南部,滑坡高易发区多集中于北部。如西川乡滑坡高易发区面积大于玉龙县西南区域的滑坡易发面积,虽然玉龙县西南区域距离断裂更近,且有漾濞江穿过,由于软岩组岩性分布较少,滑坡易发性更弱。

研究区内滑坡诱发因素主要为降雨量和地震。降雨型滑坡的发育与日最大降雨量、累积降雨量、年均降雨量等降雨特征密切相关。研究区年平均降雨量丰富,河流的冲蚀作用明显,影响地形地貌坡度,为滑坡发生提供了有利条件,年均降雨量呈现从北东至南西逐渐减少的特征。日降雨量影响群发型滑坡的发生,一场大的降雨可能会诱发当日或后几日发生滑坡,研究区日最大降雨量为67～78 mm,南、北区域差异不明显。累积降雨量主要对大、中型滑坡和基岩类滑坡影响更大,研究区内雨季降雨量占年降雨量的约60%,北东区域雨季月均降雨量大于西南区域。研究区降雨型滑坡受多种降雨特征的综合影响,滑坡分布呈现出北部比南部更稠密的特征。

地震型滑坡是由于地震产生地震动引起斜坡失稳从而诱发滑坡,滑坡特征为规模大、地貌明显、滑体滑移距离较远。地震型滑坡受震源深度、发震构造性质、地震区地质地貌和地形条件等因素影响。一般来说,距发震断裂越近,滑坡密度越大,滑坡规模也越大(张永双等,2016)。研究区内40%的滑坡分布在丽江—小金河断裂两侧3 km区域内,主要沿活动断裂走向分布。断层破碎带风化作用强烈,多呈碎石土状,受断裂左旋运动或滑坡上部载体压力作用后,易塑性流动,为滑坡的形成、发育提供了初始条件。断裂带上的滑坡体受地震影响后,其应变水平会增加,地震对滑坡体变形失稳起促进作用,滑坡体变形量增大,极易发生同震滑坡和震后滑坡。研究区地震型滑坡多为密集成群分布,发育在斜坡中上部,破坏程度高、危害性更大,易中断交通、堰塞河道。

基于以上研究结果,研究区滑坡灾害防治工作应注意以下几点:若发生重大降雨事件,应重点做好研究区北部及距离河流水系较近的滑坡高易发区和中等易发区的滑坡监测、评估等工作; 若发生地震,应及时关注活动断裂附近的高易发区和中等易发区的滑坡地质灾害发展情况。