新疆阿合奇地震窗异常特征及短期预测效能①

张琳琳, 聂晓红

(新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011)

“地震窗”又称为震前异常敏感点或地震窗口，主要通过微小地震活动形式来反映一些局部研究区域内应力场的变化，基于“以场求源”通过应力场变化追寻源兆即震源区异常。因此地震窗的分析研究倍受地震研究者的重视。“地震窗”主要是通过微震或小震(简称为微小震)活动引起的区域应力场变化来表现震源区应力场的变化，从而通过地震窗口内微小地震的异常活动来进行中强地震的预测[1]。新疆维吾尔自治区地震局将重要研究结果应用到日常震情跟踪中，取得较好的预测效果。随着新疆境内地震数据记录方式的改变，地震窗的研究方式也有了新的进展和变化，地震窗最初的研究数据资料是基于单台模拟获取的，自2008年测震台站数字化改造以来，测震数据的记录逐渐从模拟式向数字式转变，“地震窗”的研究数据也将多个台站综合定位和单台结果相结合。地震窗开窗指标为窗口内微小地震月频次超阈值，地震窗开窗后，分析其异常变化的映震效果[2]。新疆区域内地震窗的构建主要是基于区域台网监测记录到地震数据资料，地震窗主要位于天山地区。许多学者相继开展了研究，龙海英等[3]在新疆境内选取15个地震窗，并对多次MS≥5.0中强地震作出不同程度的短期预报，预测效果较显著。新疆地区地震窗研究不断完善并形成一定网络分布，2014年2月12日于田MS7.3地震前1～2个月，乌恰和喀什地震窗均出现异常，异常结束后发生于田MS7.3地震。敖雪明等[4-5]根据新疆及邻近区域台网微小地震观测数据，同时筛选出22个具有较高短期预报效能的地震窗，比较系统地研究了地震窗的异常特征及其用于中强地震预测的指标。敖雪明等系统分析了1997年新疆伽师强震群数次中强地震前新疆地震窗的短临前兆异常变化的特征，并根据地震窗异常的网络分布对伽师强震群作出较好的预测[6]。目前，在日常跟踪分析综合定位结果的地震窗时，发现阿合奇地震窗(简称为“阿合奇窗”)微小地震频次异常(简称为“地震窗异常”)与中强地震之间存在一定的相对应关系，因此，本研究主要针对阿合奇地震窗展开分析。

1 数据与方法

1.1 数据

基于新疆区域地震台网综合定位获取的测震数字观测数据，2008年以来地震数据数字化式记录，因此，研究时间段设为2008年1月至2020年1月，选取研究区为新疆阿合奇及南天山西段其他区域，主要以阿合奇测震台站为中心，分析其周围89 km范围内微小地震月频次的变化，阿合奇窗所对应中强地震的震中位置信息源于中国地震台网统一目录，同时对映震关系的中强地震规定如下：主震—余震类型的地震仅选择主震，震群型中强地震选择其中1次最大地震作为主事件[2,7-9]。地震窗异常对应中强地震范围主要位于南天山西段，映震震级MS≥5.0，预测时间0～3个月。

1.2 阿合奇地震窗选取方法

基于新疆地震台网综合定位产生的地震数据进行阿合奇窗的选取[3]，以阿合奇地震台为中心，取S到时-P到时≤10 s，且ML≥1.0微震(包括小震)每月发生的次数[2,3]，其后系统分析和研究微小地震月频次及其异常结束后中强地震的发震情况。由于微小地震月频次高值异常作为开窗标准预测地震报准率较高，并通过R值检验，因此，将其确定为阿合奇地震窗。

2 阿合奇地震窗异常特征及其预报判据指标

2.1 异常判定

图1为阿合奇窗2008年1月至2020年1月窗口内微震月频次的异常变化以及异常结束后映震区内中强以上地震的发震情况。正常情况下，微震活动水平较低，其值基本在30次/月以下的范围内浮动变化，而其中有8次窗口微震月频次呈现出大于50次的异常高值，其对应的MS≥5.0地震发生在异常结束后1～3个月。这8次中强地震均发生在南天山西段，地震窗内微小地震的异常特征大小以及所对应中强地震震中信息参数列于表1。为了以最大限度突出前兆异常即地震报准次数最多，将月频次50作为经验性阈值线，即微小地震月频次≥50次/月视为异常，这即是MS≥5.0地震的震前异常判定依据。

2.2 异常的时间特征与短期发震时间预报

分析表1中地震窗内微小地震月频次异常时间T1与其后对应的中强地震发生时间T2(月)之差ΔT(月)可见，各个震例的ΔT不尽相同，但其值均在0～2.8个月内。异常对应的8组震例(1次异常结束后对应发生的多次中强地震仍被当作1次震例)当中，对应中强地震前异常出现时间最长的是发生在2016年11月25日阿克陶MS6.7地震之前，此次地震与阿合奇窗相距418 km；1次阿合奇地震窗异常对应境外吉尔吉斯斯坦MS5.4地震，震中距为460 km。 对应中强地震与阿合奇地震窗震中距多数位于40～400 km，异常在震前出现时间为0～2.3个月不等。在对应的8组历史震例中，阿合奇窗的异常出现时间位于0～2.8个月以内。因此，本文中将中强地震前3个月内异常出现作为其短期预测指标。

2.3 异常形态

阿合奇窗内微小地震月频次异常的形态一般表现为高值异常—恢复—发震(图1)。8组震例当中有6次属于该情况，其余2次为高值异常—发震，阿合奇窗口内中强地震发生，其后中强地震活动向普昌断裂以西以及喀什—乌恰交汇区迁移。窗口内发生的中强地震可以将其看做一个标志性打破地震，其发生对南天山西段尤其是普昌断裂以西中强地震的发生有一定的指示意义。地震窗微小地震月频次高值多数为单次出现，异常结束后，对应发生MS≥5.0地震。

图1 阿合奇地震窗微震月频次与MS≥5.0地震对应关系图Fig.1 Corresponding relationship between small earthquake frequency of Aheqi earthquake window and MS≥5.0 earthquakes

2.4 对应地震的空间分布

阿合奇窗空间位置以及地震窗异常所对应发生的8组MS≥5.0中强地震的震中位置(图2)。图2和表1显示，8组MS≥5.0中强地震距阿合奇窗位置40～460 km，对应MS≥5.0中强地震的震中位置主要位于南天山西段(包含乌恰—喀什交汇区)，对应的MS≥5.0中强地震多数位于普昌断裂以西，因此，南天山西段(包含乌恰—喀什交汇区)为阿和奇地震窗异常映震的主要区域。

2.5 预报效能评定

阿合奇地震窗内微震月频度超阈值出现高值异常，其后研究区内对应发生MS≥5.0中强地震，同时采用R值对该方法的预测效能进行评价(表1)。历史震例分析，9组异常结束后，8组异常对应南天山西段及附近地区MS≥5.0中强地震(图2)，并存在漏报情况。根据前期学者研究获取的地震预测效能评价方法[10]，分别统计出已报准地震和漏报地震的个数，解算出R0背景值为0.23，实际R值为0.31，R>R0，表明该方法具有短期预测意义。

2.6 结果与分析

在2008～2020年研究时段内，基于阿合奇单台测震仪器记录的微小地震进行阿合奇地震窗选择和分析，期间阿合奇地震窗内微小震月频次超阈值现象共出现9组，其中有8组异常结束后映震区内有MS≥5.0地震发生，即报准率较高，其中计算得到的R>R0，表明该方法对南天山西段及附近地区具有一定短期预测效果。

图2 阿合奇震情窗异常与MS≥5.0地震对应的区域范围Fig.2 Anomaly of Aheqi earthquake window and the corresponding area coverage of earthquakes (MS≥5.0)

表1 阿合奇地震窗微小地震月频次异常与地震的对应关系

3 结 语

(1) 阿合奇地震窗异常对南天山西段及附近地区MS≥5.0地震具有一定短期预测意义，由于对应地震位置的预测范围较大(40～460 km)，在日常震情分析中，该指标对预测地点只能确定在南天山西段及附近地区。如果需要对预测地点再缩小，可以通过与其他地震预测方法联合解决这一问题，比如地震窗口网和震群分析等。

(2) 阿合奇地震窗异常对应的中强地震震级下限为MS5.0，南天山西段MS≥5.0地震的背景发生率较高，而柯坪块体MS≥5.0中强地震则较为平静，阿合奇地震窗异常结束后对应发生的中强地震主要位于柯坪块体。因此，对于柯坪块体MS≥5.0中强地震的发生有一定的指示意义。由于对应地震中有2次地震震级超过MS6.0，因此，该指标可作为南天山西段MS≥6.0地震的参考依据。

(3) 阿合奇地震窗内微小震月频次超阈值的异常幅度与其映震的震级不成正比关系，异常结束与发震时间间隔长短和对应地震的震级之间相关性不大。而地震窗异常结束3个月内一般对应发生中强地震，因此，该指标为短期预测指标。

由于新疆数字地震台改造自2008年开始，研究时段较短和可用于分析的震例较少，分析研究结果只是初步尝试，需要今后积累震例资料并加强对其分析，这也是今后进一步研究的重点。