2020年1月16日新疆库车MS5.6地震序列特征及地震学异常①

魏芸芸， 刘 萍， 聂晓红， 高 荣， 王 琼

(新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011)

图1 塔北古隆起划分[4]

库车MS5.6地震前新疆6级地震已经平静890 d，2018年9月以来新疆及周边5级地震在南天山西段—帕米尔形成5级地震条带，2019年2月2日塔城MS5.2地震后，5级地震平静267 d被2019年10月27日乌什MS5.0地震打破，2019年9月以来4级地震在轮台—乌恰地区和乌什—和田地区形成了短时4级地震共轭条带。2019年12月以来新疆境内3级地震显著增强，库车MS5.6地震即发生这种状态下，地震后仍有部分地震学异常仍然持续。为了进一步研究库车MS5.6地震前后的地震活动特征，本文中对2020年1月16日库车MS5.6地震的序列特征和震前地震学异常进行分析和总结。

1 地震基本参数

据中国地震台网(CENC)测定，2020年1月16日16时32分38秒，新疆库车市发生MS5.6 地震，微观震中位于41.21°N，83.6°E，震源深度16 km。表1为新疆地震台网、中国地震台网和USGS的库车MS5.6地震的基本参数，除USGS 的震源深度较浅外，其他参数基本一致。本文中地震基本参数采用新疆地震台网资料。

表1 库车MS5.6地震基本参数统计表

根据新疆区域数字测震台网的记录的波形数据，利用距震中500 km范围内16个台站的波形资料，采用CAP方法，解算库车MS5.6主震的震源机制。得到此次地震的最佳矩心深度为11 km，矩震级为5.3，P轴方位角12°，最佳双力偶机制解节面Ⅰ：走向325°，倾角78°，滑动角166°；节面Ⅱ：走向58°，倾角76°，滑动角12°。表2和图2是国内外不同研究机构的库车MS5.6地震震源机制解，新疆维吾尔自治区地震局CAP方法得到的震源机制解结果与其他研究机构的结果一致，均显示此次地震为走滑型。

表2 库车MS5.6地震震源机制解

图2 库车MS5.6地震震源机制解图

2 库车MS5.6地震序列特征

2.1 序列概述

根据新疆地震台网记录结果，截至2020年3月29日24时，共记录到余震ML≥1.0地震77次，其中，1.0≤ML≤1.9地震30次，2.0≤ML≤2.9地震40次，3.0≤ML≤3.9地震7次，最大余震为1月19日ML3.9地震。

序列M-t图显示(图3)，本次地震余震活动强度较弱、频度偏低，余震过程中强度无明显衰减，但频度衰减较快。余震活动呈现明显的“活动—平静”现象，1月16～21日，ML≥1.0地震平静间隔时间为10～13小时，ML≥2.0地震时间间隔为13～18小时；每组活动中均有ML≥3.0 地震参与。1月21日后，序列出现成组活动，且强度以ML≥1.0地震为主，后续地震时间间隔明显增大，地震活动强度表现出阶段性衰减特征，2月14日开始序列中无MS≥3.0余震发生，3月6～18日余震平静13 d，之后序列活动基本恢复背景活动水平。

图3 库车MS5.6地震序列M-t图

震后6 d余震总频次为26次，占序列总量的51%；之后频次迅速衰减至每日0～5次；2月14日之后余震日频次均低于3次，序列频度总体衰减迅速(图4)。

图4 库车MS5.6地震序列N-t图

新疆区域台网定位空间分布结果显示余震主要分布于主震以南地区(图5)，余震密集区整体呈近NS向分布，其长轴为23 km，短轴为7 km。主震后第1个ML3.0余震位于主震以南13.5 km处，其他多数ML≥3.0余震位于主震东部5 km范围内。

图5 新疆台网记录库车MS5.6地震序列空间图

2.2 序列类型判定

库车MS5.6地震序列中最大余震为MS3.3地震，与主震MS5.6相差2.3，主震与次大地震的震级差ΔM满足主余型序列类型判定标准0.6≤ΔM≤2.4[5]，截止2020年3月29日，库车MS5.6地震释放的能量EM与整个序列释放的能量E总之比为99.89%，因此2020年1月16日库车MS5.6地震序列属于主震—余震型[5]。

根据震级—频度关系确定的序列最小完整性震级为ML1.8为起算震级，库车MS5.6地震序列震级分布不均匀，缺少ML≤1.7和ML≥3.3地震(图6)，时间步长1 d，计算序列参数h值和P值，得到h值为0.4，衰减系数P值为0.359，由于序列的地震频次较少，计算所得h值和P值仅供参考。根据震级—频度关系得到序列b值为0.812 3(图6)，与王筱荣等研究得到的新疆14次主余型地震序列的b值介于0.46～0.95一致，高于平均值0.68[6]。

图6 库车MS5.6地震频度(a)和序列b值(b)图

序列类型早期判定参数计算结果为：U值0 ，F值0，P值0.920，K值0.001，b值0.559，均显示为非前兆序列，结果显示本序列不属于前兆序列。

以序列最小完整性震级为ML1.8为起算震级，根据震级—频度关系得到最大余震期望震级为ML4.1，与最大余震震级ML3.9接近。

2.3 库车MS5.6地震序列应力降

中强地震的发生时间与该区小震应力降在时间进程上呈现的连续高值状态有一定的相关性，大多数中强震发生在高值状态形成并开始渐衰的过程中[7-8]。采用多台记录的波形资料计算库车MS5.6地震序列应力降值。由于震级对应力降的影响较大，计算时选用MS≥3.0的余震，截至3月29日，符合计算条件的有3次3级地震(表3)。主震发生后最大余震应力降值较高，其后迅速衰减，保持在低应力状态。

表3 库车MS5.6地震序列3.0≤MS≤3.9地震应力降值

为进一步分析震区应力状态，图7为2016年以来，利用多台联合反演方法获得库车地震震区历史3.0≤MS≤3.9地震应力降值曲线图，地震应力降平均值为0.64×105Pa。库车MS5.6后一周内的2次3级余震应力降高于区域背景活动水平，同时逐渐衰减趋于背景活动水平，在主震后17 d发生的3级余震应力降低于背景活动水平，表明主震应力释放较完全，与后续未发生较强余震的特点一致。

图7 库车震群地震应力降曲线图

3 库车MS5.6地震前地震活动性异常

3.1 天山中段MS≥4.0地震平静

地震平静现象是具有物理意义的地震前兆，并做为地震预报的重要依据[9-10]。2018年4月1日库尔勒MS4.3地震后新源—库尔勒地区出现MS≥4.0地震平静533 d，2019年9月16和20日发生轮台MS4.1和库车MS4.5地震，打破该平静，其边缘2020年1月16日发生库车MS5.6地震(图8)。以404 d为限，对该区1970年以来MS≥4.0地震平静进行时间扫描，统计结果显示(表4)，该区1970年以来MS≥4.0地震平静时长超过404 d的情况有10次，其中有8次在其后6个月内平静区内有MS≥5.0地震发生，统计关系表明该4级地震平静异常较为可靠。根据以往震例，2017年9月16日库车MS5.7地震直接打破该区域550 d的4级地震平静，库车MS5.6地震平静区内部边缘，与历史震例目标地震强度相当，分析认为，库车MS5.6地震的发生结束了该平静异常。

表4 1970年以来天山中段4级地震平静历史统计表

图8 库车MS5.6地震前天山中段4级地震平静空间分布图

3.2 异常增强区

根据王筱荣的研究结果，在2°×2°范围内，3个月内发生4次以上3级地震，且必须包含1次以上4级地震即构成增强异常[11]。2016年以来天山中段多次MS≥5.0地震前均出现异常增强区[12]，这也为后续地震地点研究工作提供了依据。天山中段2018年3～6月、2018年7～9月、2018年10月～2019年1月、2019年1～3月和2019年6～9月分别在昭苏—拜城—库尔勒和库尔勒北—乌鲁木齐南地区形成了8个异常增强区，特别是轮台—库车地区叠加4组异常增强(图9)。根据以往震例，2014年11月～2015年5月在库车—库尔勒形成3、4级地震异常增强区，2017年8月9日精河MS6.6地震后，2017年5～8月在库车—轮台地区再次形成异常增强区，其后在异常增强区的叠加区域发生2017年9月16日库车MS5.7地震。统计研究结果显示，3、4级地震显著增强仅对地震发生地点具有预测效能，其对应时间尺度较长。

图9 库车MS5.6地震前天山中段3、4级地震异常增强区示意图

3.3 天山中段3级地震增强

2018年5月以来天山中段MS≥3.0地震出现明显增强现象，2019年10月后累积频度略有下降，2020年1月16日库车MS5.6地震发生在累积频度逐步恢复的过程中。截止到库车MS5.6地震前，增强活动持续8个月。天山中段2006年以来MS≥3.0地震(1月步长，3月窗长)累积频度曲线显示(图10)，累积频度超过12次，且存在持续增强活动2个月以上的现象出现过13组，其中9组增强活动后天山中段地区有MS≥5.0地震发生，5级地震成组活动的有6组。类比2015年2月22日沙湾MS5.0地震前MS≥3.0地震增强活动8个月，其后活动减弱，2014年6月开始3级地震累积频度高于均值线，2015年2月沙湾MS5.0地震发生在累积频度逐步恢复的过程中，2015年5月累积频度恢复至均值线附近，其后2015年6月25日又发生托克逊MS5.4地震，这组活动特征与2020年1月16日库车MS5.6地震前后状态相似，这给后续MS≥5.0地震危险性判定提供了一定的依据。天山中段MS≥3.0地震累积频度超过12次、持续时间≥2个月的增强活动具有较好的震兆意义。

图10 库车MS5.6地震前天山中段MS≥3.0地震累积频度图

3.4 库米什地震窗

“地震窗”的地震活动可用来表征区域构造应力场，即主要通过弱震活动形式来反映区 域应力场变化的特殊构造部位[13]。张琳琳等分析库米什地震窗小震月频度超过54次为异常判断标准[13]。图11为2008年以来库米什地震窗小震月频度变化曲线，其中出现了9个点大于54次/月，其后6个月内天山中段发生MS≥5.5地震的有6组，包含4组MS≥6.0地震对应，此外还有1组是对应MS5.4地震，优势发震区域为北天山西段。2019年9月库米什地震窗小震月频度达61次，超过了54次的阈值，后续6个月内天山中段存在发生MS≥5.5地震的危险性。2020年1月16日库车MS5.6地震发生在异常结束后第4个月，回顾以往震例，2017年4月出现月频度为55次的异常现象，2017年8月9日精河发生MS6.6地震；2017年8月库米什窗再次出现了54次月频度异常现象，2017年9月16日库车MS5.7地震。

图11 库米什地震窗小震月频度与天山中段中强地震(MS≥5.5)地震的对应关系

3.5 天山中段3级地震条带

地震条带是大震前诸多小震在空间上的分布由分散转变为条带，而条带外围广大地区呈现平静的异常图形[14-16]。李莹甄等研究结果表明，2011年以前新疆地区的地震条带与后续中强以上地震的相关性较差[17]；但近些年形成的多次短时小地震条带与后续中强地震具有较好的预测意义[12，18-20]。2019年12月1日～2020年1月15日，乌苏—库车地区MS≥3.0地震形成了北北东向的地震条带，长度约640 km，宽度约110 km，2020年1月8日轮台发生3级地震，位于条带外侧，条带有向外扩散的趋势，其后8 d在条带内部发生库车MS5.6地震(图12)。根据以往震例，2011年尼勒克、巩留交界MS6.0地震和2012年新源、和静交界MS6.6地震以及2013年8月30日乌鲁木齐MS5.1地震前均出现了短时的2、3级地震条带异常[18-20]。

图12 库车MS5.6地震前MS≥3.0地震条带空间分布图

4 结论与讨论

(1) 2020年1月16日库车MS5.6地震震中位于天山山前库车拗陷南侧的塔里木盆地北部的塔北古隆起，新生代以来该地区构造活动特征不明显，震中附近地表未发现活动断裂，距震源区最近的断裂为尉犁隐伏断裂，断层走向NEE，震源机制解结果显示为走滑型，节面Ⅱ的走向与尉犁隐伏断裂比较一致，但序列长轴方向近NS，与尉犁隐伏断裂主要走向不符，该地震的发震构造还有待进一步研究。

(2) 库车MS5.6地震序列类型为主震—余震型，最大余震震级为2020年1月19日ML3.9地震。地震序列整体强度较弱，余震频度衰减较快，余震主要发生在震后6 d，ML≥3.0余震于震后1个月结束，序列呈NS方向展布。该序列的应力降逐渐衰减趋于区域背景活动水平，且序列的最大余震期望震级ML4.1与最大余震ML3.9接近。

(3) 库车MS5.6地震前存在中期和短期地震活动性异常。中期异常主要有4级地震平静、3级地震增强和异常增强区，短期异常有库米什地震窗和3级地震条带；天山中段的4级地震平静和库米什地震窗自异常结束已近4个月，接近预报时限6个月。2019年12月新疆地区中等以上地震活动显著增强，为2019年下半年以来MS≥3.0地震活动频度最高的月份，且在天山中段MS≥3.0地震形成有序的条带分布，近年来这种短时迅速形成的中小地震条带对新疆MS≥5.0地震的预测意义比较好，这在今后震例总结和震情跟踪中值得密切关注。

(4) 该区域时间上最近的地震是2017年9月16日库车MS5.7地震，距此次库车MS5.6地震104 km。2017年库车MS5.7地震前天山中段测震学异常显著增加，包括4级地震平静、3级地震围空、中等地震异常增强、3级地震增强、震群活跃、地震窗超限、小震调制比等一系列异常，异常时间上包括了长、中、短期异常，异常特征从地震平静向地震活动活跃发展，且在异常最为集中的区域还发生了2017年8月9日精河MS6.6地震；该地震后，部分异常仍然持续，然后发生2017年9月16日的库车MS5.7地震。对比2020年库车MS5.6地震前地震活动性异常时间准同步，但空间分布不集中，异常数量相对较少。2019年12月以来3级地震明显增强，且形成了短期的地震条带。虽然两次地震均发生在库车及周边，但异常表现却不同。2017年库车MS5.7地震前异常时间和空间演化比较明显，但2020年库车MS5.6地震前最为显著的短期异常为3级地震条带，可能与这两次地震所处的构造位置有关，这也为后期该区域震例总结和异常跟踪积累了经验。