中国陇中盆地黄土-红层滑坡的空间分布及其影响因素

《Geomatics, Natural Hazards and Risk》：Spatial distribution and its impact factors of loess–red bed landslides in the Longzhong Basin, China

　　

陇中盆地（LZB）位于青藏高原东北缘，以构造活动强烈、地形差异显著和降水不均为特征，这些因素共同导致了黄土-红层滑坡（LRBLs）的广泛发育。分析LRBLs的空间分布及其影响因素对于滑坡风险管理和预防至关重要。本研究基于ArcGIS平台，分析了LRBLs的空间聚类模式及其与9个影响因素（包括地形、地质和水文气象因素）的关系。结果表明，LRBLs的分布呈现显著的聚类特征，共划分出7个滑坡聚集区。这些滑坡主要发生在海拔1600–2400 m、坡度10°–20°、地形起伏度90–150 m以及年降水量400–480 mm的区域。此外，距离河流1.0 km以内、断层10 km以内和震中20 km以内的区域对滑坡发育尤为敏感。根据Varnes运动模式分类，LRBLs被分为两种类型：滑动和流动。滑动包括旋转滑坡、平移滑坡和旋转-平移滑坡，而流动包括泥流和流动滑坡。这些发现对于进一步理解LZB中的LRBLs具有重要意义。

黄土-红层滑坡（loess–red bed landslides, LRBLs）在陇中盆地（Longzhong Basin, LZB）广泛发育，该区域位于青藏高原东北缘，构造活动强烈，地形差异显著，降水时空分布不均，导致滑坡灾害频发。红层（red beds）为陆相、湖相和河湖相沉积的红色碎屑岩，以泥岩、粉砂岩为主，具有低力学强度、高水敏性、易崩解等特点，常被第四纪黄土覆盖，形成“上覆黄土+下伏红层”的典型双层异质斜坡结构。以往研究多聚焦于黄土的工程地质性质，忽视了红层在滑坡成灾中的关键作用，尤其在大巨型滑坡中。此外，对区域滑坡空间分布的聚类特征和主控因素缺乏系统总结，传统统计方法难以突破空间聚类分析瓶颈。因此，研究人员以LZB中广泛分布的LRBLs为对象，构建了包含2077个典型滑坡（体积>10⁴ m³）的数据库，系统分析了空间聚类模式、影响因素（包括地形、地质、水文气象等9个因子）及运动模式分类，旨在为滑坡风险评估与灾害防治提供科学依据。该研究发表于《Geomatics, Natural Hazards and Risk》。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：基于ArcGIS平台，利用Ripley’s K函数分析多尺度聚类特征，通过核密度分析识别滑坡聚集区，运用全局和局部Moran’s I指数（Global/Local Moran’s I）检验空间自相关，采用地理探测器（GeoDetector）量化单因子解释力及因子交互作用，并依据Varnes分类标准划分运动模式。数据来源包括：12.5 m分辨率数字高程模型（DEM）来自地理空间数据云，1:50万地质图来自国家地质数据中心，地震数据来自国家地震数据，年降水数据（2020–2023年均值）来自地理遥感生态网平台，滑坡数据库基于前人野外地质调查和文献补充。

研究结果如下：

**4.1 空间分布格局**：通过Ripley’s K函数分析，LRBLs在102 km尺度内呈现显著聚类特征，15 km尺度聚类最突出。核密度分析（自适应带宽）识别出7个滑坡聚集区（I–VII），共包含1612个滑坡，占总数77.61%。巨型滑坡（体积>1×10⁸ m³）集中于黄河上游的贵德-循化盆地，特大型滑坡（1×10⁷–1×10⁸ m³）集中于兰州盆地和天水盆地，大、中型滑坡（1×10⁵–1×10⁷ m³）广泛分布于西宁-民和盆地西北部、临夏盆地和陇西-静宁盆地，小型滑坡（1×10⁴–1×10⁵ m³）主要分布在黄土塬、梁、峁等地貌单元。

**4.2 地形特征影响**：通过频率比和空间自相关分析，LRBLs主要分布在海拔1600–2400 m（占65.38%）、坡度10°–20°（频率比>1）、地形起伏度90–150 m（占54.6%）的区间。全局Moran’s I显示海拔、坡度、地形起伏度均与滑坡分布呈正空间自相关（I值分别为0.704、0.464、0.476），局部Moran’s I识别出高-高聚类区（如西宁-民和盆地海拔2400–2800 m、临夏盆地坡度20°–30°、刘家峡水库附近地形起伏150–240 m）和低-低聚类区（如天水盆地海拔1200–1800 m、西宁盆地坡度0°–15°、地形起伏60–150 m）。坡向无明显偏向，各坡向滑坡比例在10.98%–13.58%之间。

**4.3 水文特征影响**：通过年降水量和河流距离分析，滑坡数量在年降水量400–440 mm区间最多（525个，占25.28%），滑坡密度（LND）最高（3.77个/100 km²）。局部Moran’s I显示高-高聚类区位于天水盆地（降水480–600 mm），低-低聚类区分散于民和盆地和兰州盆地（降水350–450 mm）。河流距离与滑坡分布呈明显负相关，1 km内记录滑坡749个（占36.06%），空间自相关显著（I=0.707），低-低聚类区沿黄河兰州段、贵德-化隆段及湟水河两岸分布，表明河流侵蚀控制滑坡发育。

**4.4 地质构造特征影响**：通过断层、地震和地层分析，LRBLs与断层距离呈负相关，10 km内滑坡531个（占36.01%），但LND峰值出现在25–30 km，说明其他因素（如降雨、地震）主导。局部Moran’s I识别出5个断层控制滑坡聚集区（F1–F5），对应拉脊山断裂带、倒淌河-临夏断裂、姚河断裂、麦积山断裂带和西秦岭断裂带等。地震影响分析显示，6个地震控制聚集区（E1–E6）中，E4区平均LND最高（10.34个/100 km²），受麦积山断裂和姚河断裂控制，E6区含199个滑坡，受西秦岭断裂带控制。地层分析显示，新近纪（N）和古近纪（E）红层具有最高滑坡密度（分别为3.90和3.98个/100 km²），且10×10 km网格内滑坡密度最高达33个（兰州盆地），表明新生代黄土和红层是主要灾害地层。

讨论部分总结了核心影响因素和分类体系。地理探测器（GeoDetector）单因子检测显示，解释力排序为：岩性年代（0.703）>年降水量（0.606）>地形起伏度（0.273）>震中距（0.154）>河流距（0.146）>高程（0.131）>断层距（0.114）>坡度（0.104）>坡向（0.007）。交互检测表明所有因子对均增强解释力，其中年降水量与岩性年代交互最强（q=0.818），年降水量与地震因子交互次之（q=0.817），呈非线性增强。黄土-红层斜坡结构因渗透性差异导致水在界面滞留，长期水岩作用使红层粘土矿物膨胀破坏，形成滑动面；暴雨入渗导致黄土有效应力下降，引发浅层滑坡；地震波在红层与黄土界面放大，促进滑坡失稳，地震与降雨耦合作用加剧斜坡破坏。基于滑动面位置，LRBLs分为黄土滑坡、黄土-红层界面滑坡和黄土-红层复合滑坡；依据Varnes运动模式分类，分为滑动（旋转、平移、旋转-平移）和流动（泥流、流动滑坡）两类，并总结了各类型典型特征（如滑动面深度、运动距离、物质组成等）。

研究结论翻译如下：（1）LZB中LRBLs的空间分布呈现显著非均匀性和斑块状聚类特征，核密度分析划定7个滑坡聚集区。巨型滑坡主要集中于黄河上游贵德-循化盆地，特大型滑坡集中于兰州盆地和天水盆地，大、中型滑坡最广泛，小型滑坡主要分布在黄土塬、梁、峁等地貌单元。（2）LRBLs主要分布于海拔1600–2400 m、坡度10°–20°、地形起伏度90–150 m的区域，这些区域因地势较低、地形平缓，人类活动相对密集，可视为社区防灾、系统监测和野外调查的优先区域。年降水量对LRBLs分布解释力高，尤其在年降水量超过400 mm的区域（如天水盆地），应优先考虑加强气象监测、预警系统和边坡防护。河流侵蚀、地震活动和断层构造与滑坡密切相关，距河流1 km内、震中20 km内、活断层10 km内区域应优先优先开展滑坡调查、地面运动监测和现场验证。（3）基于滑动面深度和典型斜坡结构，LRBLs分为黄土滑坡、黄土-红层界面滑坡和黄土-红层复合滑坡；依据Varnes运动模式分类，分为滑动（旋转、平移、旋转-平移）和流动（泥流、流动滑坡）。