2015年7月3日，新疆维吾尔自治区皮山县发生Ms 6.5地震，微观震中位于37.6°N，78.2°E，震源深度10 km，震区位于西昆仑山地隆起区与塔里木盆地过渡地带，西昆仑有泽普隐伏断裂、皮山东南隐伏断裂，此次地震微观震中位于这两条隐伏断裂之间[1]，本次地震灾区主要涉及和田地区皮山县、墨玉县、兵团第十四师、第三师和喀什地区叶城县。地震造成3人死亡，260人受伤，这次地震是新疆地区近十几年来造成灾害最严重的一次[2]。本文中主要对距离MS 6.5地震500 km范围内的形变资料、地磁资料、水温以及应力资料在震前的异常特点进行分析和讨论。震前震中附近的喀什地磁、喀什钻孔倾斜、和田钻孔倾斜和伽师55井深层水温资料有一定的异常反映，以短期异常为主，通过分析总结该区域的震前异常现象，为今后地震分析预报工作提供有力的证据。

1 震中周围前兆测项概况

震中附近属于新疆地震监测能力较强地区(图1)，共有10个前兆台站，涵盖形变、流体、地磁地电、重力等学科19套观测仪器，包括地磁1套、地电2套、体应变1套、地倾斜6套、水温水位3套、压磁应力仪1套、土层应力2套、水平摆1套、二氧化碳1套、地温1套。历史资料完整，累积时间较长，前后数据衔接规范，并且可靠性高，预报效能大部分为A和B级[3]。通过分析发现MS 6.5地震之前有明显异常的观测资料有喀什地磁、喀什钻孔倾斜、和田钻孔倾斜和伽师55井深层水温(表1)。

  

图1 震中附近台站分布图Fig.1 Seismic station distributions around the epicenter

 

表1 皮山Ms 6.5地震附近台站列表及异常情况表

  

台站名测项震中距/km异常情况喀什栏杆地磁、钻孔倾斜297加卸载响应比超阈值、NS分向反向北倾喀什二氧化碳、地温281马场钻孔倾斜、钻孔应变287哈拉峻钻孔倾斜311乌恰钻孔倾斜368伽师深层水温、静水位、浅层水温215温度迅速上升巴楚土层应力244莎车土层应力86塔什库尔干浅层水温265阿图什垂直摆、电磁波294和田地电、钻孔倾斜、金属水平摆163倾斜速率加快,快速西南倾

2 前兆观测项目异常

2.1 地磁Z分量加卸载响应比异常分析

喀什地磁台属于国家Ⅰ类台站，属于地磁基准台站，1971年开始相对观测，1984年建成绝对观测和相对观测室，并于1985年开始正式递交地磁资料[4]。历史资料时间长、精度高、外界干扰少，仪器运行稳定，预报效能A级。

地球变化磁场起源于固体地球外部的各种电流体系，与太阳、月亮相对位置密切相关，还受高空各种带电粒子流的强烈影响，因此其变化情况主要包括静日变化和扰动变化，前者表现为周期性，后者则为随机性[5]。由于地磁垂直分量(Z)与太阳活动关系密切，且能更好地反映地下介质的变化，故选择Z分量日变幅值为分析对象，以太阳风对地球活动过程作为加载和卸载的过程，取其比值作为加卸载响应比的定义[6]，即P(Z)=A+/A-,其中，A为地磁垂直分量日变幅度，“+”为加载，“-”为卸载。当太阳风对地球磁场处于加载时，A为极大值，而当太阳风对地球磁场处于卸载时，A为极小值。加卸载响应比理论的提出来在国内外引起了很大的反响，通过几年的努力研究，此方法已经从理论研究阶段发展到地震预报的实际应用阶段[7-11]，本文中利用尹祥础研究员加卸载相应比理论 [12]，对喀什地磁台2008～2015年的地磁垂直分量数据分析发现一般高值异常与观测点周围300 km范围内的5级以上地震有一定的对应关系。

在异常判别时，阈值的选取是关键，2008年1月1日～2015年7月30日数据可知，加卸载响应比值正常值大概在0.5～2.5之间，通过计算得出跟发生在周围300 km范围内地震有较好对应关系的值>3.0，把阈值确定为P0(Z)=3.0，大于3.0的确定为异常，来对应周围>5.0级的地震，2008年1月1日～2015年7月30日时间段内总共出现了18组异常(第一次出现异常后3个月内再次出现的异常归结为一组异常，对应的时间以第一次出现异常的时间)，得出的结论是总共对应地震22次，有震报准率92%；虚报了4次，虚报率为22%；漏报了2次，漏报率为8%(表2)，这表明喀什地磁数据异常可信度很高。

喀什钻孔倾斜仪1998年架设，摆体安装在井下96 m处，在恒温层以下，避免地表太阳辐射热的影响，外界干扰小，观测精度高，仪器工作稳定[13]，数据完整率98%以上，预报效能为B级。2015年2月28日喀什钻孔倾斜开始出现异常变化，异常特征是：(1)转向北倾，至4月1日北倾幅度达到1.4″，这是2012年1月以来第5次出现这种大幅度的变化。(2)异常持续时间较短，自2月28日开始异常，4月1日异常结束。(3)为短期异常，异常开始到发震125 d(图3)。2015年3月喀什台工作人员到现场进行了异常核实，核实结果均认为仪器工作正常，周边环境无明显异常变化，资料可靠，异常属实。

2.2 喀什钻孔倾斜数据异常分析

2015年7月3日皮山MS 6.5地震前，喀什地磁Z分量加卸载响应比分别于2015年1月10日、2015年1月25、2015年3月22日出现高值(图2)，此次地震距离喀什栏杆地磁观测点300 km。

本次异常经中国地震台网中心专家和新疆地震局地下流体研究中心专家联合落实，2月27日～3月12迅速下降是由于2月26～27日对该井水位进行温度梯度实验，抽注水造成深层水温下降变化，3月14日～5月23日大幅度上升变化确定为显著异常。

新疆伽师55井位于伽师县玉代克里克乡，该井位于克孜勒河沉积、洪积扇形成的冲积平原上，地势西北高，东南低的特征[14]。该井深度292 m，水温观测探头安装在290 m处，2010年正式观测，深层水温观测受外围环境干扰少，连续稳定。伽师55井深层水温变化幅度少，保持着缓慢上升的趋势，2015年2月26日水温开始出现变化，呈现迅速下降趋势，连续下降14 d，3月14日开始迅速回升，5月23日回到年变值附近，上升幅度达到0.012 ℃，异常结束，属于短期异常，皮山MS 6.5地震距离该观测点245 km(图7)。

重庆江津至习水高速公路笋溪河特大桥作为渝南地区新的对外通道中的关键控制性工程之一，其桥梁跨越了笋溪河，桥梁全长约为1578m，承台14座，设置承台的墩7个，主塔塔座2座，承台采用C20混凝土作为土垫层，厚度为20cm。习水岸主塔的桥墩承台尺寸为22.4m×20m×6m，主引桥的承台尺寸为13m×12m×4m，除了主桥与主引桥之外，引桥承台有4个墩，一个桥墩承台尺寸为12.74m×10.2m×2m，一个为7.7m×7.7m×3m，两个为8.2m×8.2m×3m。塔座与承台都属于大体积混凝土。

2.3 和田钻孔倾斜数据异常分析

教师引导学生基于资料中的事实，概括形成“组成不同的蛋白质的氨基酸的各类、数目、排列顺序不同，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同，蛋白质具有结构多样性，结构不同决定了功能不同”的概念。

 

表2 喀什台地磁Z分量加卸载响应比异常与MS>5.0地震对应情况表

  

异常组号异常时间(年-月-日)异常值发震日期(年-月-日)震级(MS)对应情况震中距/km地点12008-01-293.362008-03-283.27虚报22008-04-253.652008-09-205.5208塔吉克斯坦2008-05-093.232008-10-056.9对应152乌恰32008-10-063.732008-10-066.2对应210乌恰42009-01-163.522009-02-205.4272柯坪2009-04-195.8对应283阿合奇52009-05-193.182009-07-015.4对应208吉尔吉斯斯坦62010-02-213.222010-06-105.2对应104乌恰72010-09-075.4漏报163中、塔、吉交界82010-10-123.372010-12-085.5291吉尔吉斯斯坦2010-11-213.182011-01-015.1对应51乌恰92011-01-163.132011-02-023.172011-03-033.462011-08-115.6对应125伽师102011-08-193.482011-12-015.2对应158莎车112012-01-234.202012-02-055.2249吉尔吉斯斯坦2012-02-183.192012-03-025.0141乌恰2012-06-015.1对应81乌恰122012-07-175.602012-07-265.1196塔吉克斯坦2012-08-115.0对应209阿图什132012-09-053.032012-10-113.112012-12-013.75虚报142012-12-213.15虚报152013-03-023.032013-03-193.022013-03-115.2对应162阿图什162013-06-304.182013-06-305.0对应213中、塔交界172013-12-015.3漏报286柯坪182013-12-134.252014-01-173.46虚报192014-06-243.402014-07-095.0对应143麦盖提202015-01-103.362015-01-105.0143阿图什2015-01-253.112015-05-315.2290塔吉克斯坦2015-03-225.662015-07-036.5对应300皮山

  

图2 喀什地磁Z分量加卸载响应比P0(Z)图Fig.2 Geomagnetic load-unload response ratio P0(Z) of Z component in Kashi seismic station

  

图3 喀什钻孔倾斜曲线异常图Fig.3 Daily mean value of borehole tilt in Langan seismic station

 

表3 喀什栏杆钻孔倾斜NS向分量异常与地震对应关系表

  

序号异常开始时间(年-月-日)异常结束时间(年-月-日)持续时间/d异常特征地震震中距/km12008-09-022008-09-2322反向南倾2008年10月5日乌恰Ms6.816222013-02-052013-02-2520倾斜速率加快,迅速南倾2013年3月11日阿图什Ms5.216332013-09-172013-09-269倾斜速率加快,迅速南倾2013年12月1日柯坪Ms5.328742014-02-272014-03-1113倾斜速率加快,迅速南倾虚报52014-04-042014-05-1642反向北倾2014年7月9日麦盖提Ms5.121062014-10-112014-11-1635反向北倾2015年1月10日阿图什Ms5.014472015-02-282015-04-0133反向北倾2015年7月3日皮山Ms6.5299

  

图4 2015年1～8月和田钻孔倾斜曲线NS向分量(a)EW向分量(b)异常图Fig.4 Daily mean value of borehole tilt with NS and EW component in Hetian seismic station from January to August,2015

(d+.d+ .*)

2.4 伽师55井深层水温异常分析

2015年2月28日和田地震台工作人员对仪器及周边情况做异常核实工作，核实结果显示仪器硬软件工作正常，观测井没有出现进水进杂物情况，周边环境除了附近农田浇灌以外没有明显的变化，我们对和田钻孔倾斜2014年和2016年同期资料进行分析(图5～6)，以往1～3月期间农田也有浇灌，钻孔倾斜数据保持东南倾斜趋势，没有出现类似于图4的变化情况，表明浇灌对仪器没有造成影响，可以排除是由浇灌引起的可能性，异常属实，因此和田钻孔倾斜两分量短期异常客观存在，分析认为是MS 6.5地震前的前兆异常。

和田台竖直摆钻孔倾斜仪架设于2011年12月，位于和田台院内井下98m处，2012年5月8日数采故障，2012年5月19日仪器重新恢复工作，数据受到院内水泵抽水影响和周围农田灌溉影响，预报效能为B级。2015年7月3日皮山MS 6.5级地震发生前129 d，即2月24日，和田钻孔倾斜开始出现异常变化，异常特征是：(1)快速向西南方向倾斜，至2月27日北南分量南倾幅度达到0.47″，东西分量西倾幅度达到2.64″，这是2012年12月观测以来第1次出现这种大幅度的变化。(2)异常持续时间较短，自2月24日开始异常，2月27日异常结束。(3)短期异常，异常开始到发震129 d(图4)。

分析喀什钻孔倾斜2008年以来的历史资料发现，300 km范围内发生5级以上地震27次(余震除外)，有震报准率22%，漏报率为78%。异常出现过7次，其中6次对应了地震，1次虚报，虚报率为14%。异常特征分为两类，一类为“倾斜速率加快，快速南倾”，此类异常出现3次，其中2次分别对应了2013年3月11日阿图什MS 5.2地震和2013年12年1日柯坪MS 5.3地震；另一类为“反向倾斜”，出现了4次，4次异常分别对应2008年10年5日乌恰MS 6.9地震、2014年7月9日麦盖提MS 5.1地震、2015年1月10日阿图什MS 5.0地震、2015年7月3日皮山MS 6.5地震(表3)。本次皮山MS 6.5地震异常也属于“反向倾斜”异常。

检验机构实验室存在安全布局、配置、使用等方面的问题，如实验室水、电、气等管线布局不规范，设备的安全距离不足（特别是低温冰柜），化学品未按照分类分开存放，危险物品柜无报警系统，堵塞安全和消防通道，环保设施不达标，缺乏必备救助设施和药品，门禁、监控系统覆盖不到位，消防设施设备配备不足或布局不合理。

对于钨、钼加热设备，在生产过程中必须采用保护气氛进行加热处理，有些厂家在实际生产过程中采用充氮气或氩气进行保护。从原料成本上来说，氩气的成本较高，使用氩气作为保护气氛最终会造成生产成本的增加。另外，充氮气或氩气，当炉门打开进出料时，炉口处不能做到完全密封，炉膛内加热元件会出现氧化，减低其使用寿命，从而增加了生产成本。有些厂家采用氮气和氩气进行保护，炉内加热元件频繁损坏(见图1)。

2012年1月1日以来伽师55井300 km范围内发生8次5级以上地震，震前有明显异常反应的有5次(表4)，有震报准率为63%，漏报率37%。深层水温大部分异常表现为温度迅速下降，之后慢慢上升，上升到最高点后发震。2012年6月1日乌恰MS 5.1地震前因为仪器故障导致断记，数据无法分析。其余2次5级以上地震之前没有出现明显的异常。皮山MS 6.5地震前，异常主要表现特征为温度慢慢上升—发震。

  

图5 和田钻孔倾斜NS向分量(a)和EW向分量(b)分钟值图Fig.5 Minute value of borehole tilt with NS and EW component in Hetian seismic station

  

图6 和田钻孔倾斜NS向分量(a)和EW向分量(b)分钟值图Fig.6 Minute value of borehole tilt with NS and EW component in Hetian seismic station

  

图7 伽师55井深层水温变化值图Fig.7 Deep water temperature variation value of No.55 well in Jiashi

 

表4 伽师55井深层水温异常与地震对应关系表

  

地震异常开始时间(年-月-日)异常结束时间(年-月-日)持续时间/d异常结束至发震间隔/d震中距/km发震时间(年-月-日)阿图什MS5.02012-07-172012-08-11271872012-08-11阿图什MS5.22013-01-242013-03-013610852013-03-11柯坪MS5.52013-10-212013-11-293821642013-12-01麦盖提MS5.02014-05-222014-07-01408692014-07-09皮山MS6.52015-02-232015-05-2389412222015-07-03

3 结 语

皮山MS 6.5地震前，震中附近前兆观测资料记录到的4项中短期异常，喀什地磁垂直分量加卸载响应比出现了3次高值异常、喀什钻孔倾斜NS向分量转向北倾、和田钻孔倾斜两分量倾斜速率加快、伽师55井深层水温迅速上升，水温突变可能是地幔物质的非均匀运动，引起地壳内部非均匀变形、微破裂失稳、破裂扩张及生长，并在临震前后诱发流体等参数的突变引起的 [15]。这些异常现象都是在发震之前被分析预报人员识别出的，这些异常的主要特点是，幅度大，重复性高，符合以往的映震规律，反映出发生地震前，构造应力场表现出明显的变化。目前地震预报还处在对地震前兆现象有所了解，但远远没有达到规律性的认识，总结现有的前兆数据异常，对今后的地震预报可以起到推动作用。

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文献[19]显示，当模型的水平范围为8～10倍隧道直径时，即可获得较高的计算精度。本文建立了二维弹塑性动力有限元模型，模型水平方向为80 m，竖直方向为60 m，盾构隧道直径为6 m。