2021年3月24日拜城 MS5.4地震前拜城地震窗异常分析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)

地震窗做为测震学异常分析的一种方法，新疆维吾尔自治区地震局在天山地区筛选出20多个地震窗进行分析研究，该方法已运用到日常震情分析和研判中。地震发生频次较高、集中活动的区域有可能会形成窗口效应，地震窗被称为震兆感应点或是窗口，主要是以微小地震活动形式较为敏感的反应区域构造应力场的变化[1-2]。由于地震窗可以较好反映区域与震源区应力场之间的相互变化，因此该方法研究越来越受到地震预测分析人员的重视[3]。前人对地震窗可能存在的物理意义、预测的可靠性等已经展开了一系列较为系统的分析和研究[4-5]。

国内外的一些学者针对不同研究区进行相关地震窗的研究，取得了一定的预报效能，其后对地震窗的开窗标准和窗口内应力水平特征等开展了一系列的研究[6-9]。地震窗内显著地震的发生或是小震频次明显增多等均可以成为开窗指标，分析地震窗口内小地震在研究区内中强地震前后应力状态存在明显差异。

新疆地震局也相继开展了地震窗的相关研究，主要是基于天山地区单台或综合定位数字化地震资料进行分析研究，通过小震集中活动引起的区域应力变化来探寻源场位置，从而达到“以场追源”的目的。目前，地震窗作为测震学分析研究的一种方法已经运用到日常震情跟踪和中强地震趋势研判中[10-13]。张琳琳等采用新疆乌恰单台数据进行乌恰窗的构建和分析，最后得出乌恰地震窗的异常特征以及其与研究区内中强地震的对应关系[14-15]。张琳琳等对2017年精河MS6.6、库车MS5.7地震前“库米什地震窗”异常特征进行分析，分析认为库米什地震窗与天山中段中强地震映震关系较好[16-17]。

1 拜城地震窗地质背景

拜城地震窗位于南天山东段，是以拜城台为中心，其89 km范围的附近区域，窗口内部断裂主要为库木格热木断裂和秋里塔格断裂，其中库木格热木断裂为逆冲型，断层走向为63°，倾向为153°，倾角为50°～80°。该断裂为迈丹断裂的组成部分，秋里塔格断裂是位于天山南麓库车坳陷，该断裂为左旋逆冲型，断层走向70°～90°，倾向为S，倾角为10°～80°[18]。拜城地震窗位于新构造运动异常强烈区域，内部发育有多条逆断裂—背斜带，多数断层倾角较陡，局部地段发生倒转，深层的断坡构造时孕震的主要场所，一些断层上有古地震破裂形迹[19]。

1900年以来，拜城地震窗100 km范围内共发生MS≥5.0地震13次，其中MS5.0～5.9共11次，MS6.0～6.9共1次，MS7.0～7.9共1次，即1906年3月2日库车MS7.3地震(图1)。该地区历史地震活动以MS5.0～5.9为主，历史活动水平较强。

图1 拜城地震窗口位置和历史地震活动分布

2 研究数据与方法

拜城地震窗选取方法依据窗口内频度异常变化，主要是针对拜城地震窗口内微小地震的月频次的变化进行分析研究[14,20]，通过历史震例回溯获得拜城地震窗的开窗指标，即拜城地震窗小震月频次阈值大小的设定。系统分析拜城地震窗异常与其后中强以上地震的对应关系。

3 异常特征及其预报判据指标

3.1 异常判定

通过对拜城地震窗内月频次、最大震级、应变能等参数进行提取，从中选择较好的开窗指标，分析认为，小震月频次变化能很好体现出拜城窗窗口异常特征。因此，基于拜城窗2008年1月至2021年3月窗口内小震月频次的变化及其与附近中强以上地震对应关系的分析，从图2中可以看出，多数情况下，窗口内小震活动水平较低，其值在31次/月以下的范围内波动变化，但是其中有9个时段月频度呈现出大于70次/月的异常高值，其中2021年1～3月连续3个高值时段为一组异常，而其后6个月内有3次MS≥5.0中强地震与之对应。异常对应率为50%。这3次中强地震均发生在天山中段，窗口内小震月频次异常变化特征与中强地震的映震关系见表1。根据历史震例分析结果，为了更好的突出异常对应率，将窗口内小震月频次70次/月作为其经验性阈值线，若小震月频次≥70则视为异常，也是研究区域内MS≥5.0地震发生的震兆异常判定依据之一[14]。

图2 拜城地震窗微小地震月频次与强震的对应关系(MS≥5.0)

表1 拜城地震窗微小地震月频次异常与地震的对应关系(MS≥5.0)

3.2 异常的时间特征与短期发震时间判定

分析表1中的小震月频次异常时间T1(月)与其后对应的中强以上地震发生时间T2(月)之差ΔT(月)可见，各个震例的ΔT不尽相同，但其值多数为异常过程中发震。异常时间为单月小震频次异常，2008年2月拜城地震窗小震月频次达74，2018年10月其频次为70，而2021年1～3月拜城窗小震月频次分别为110、102和72次。3组震例(2021年1～3月地震窗3次异常对应1次地震发生)当中，异常超前时间(ΔT)最长(6个月)的是发生在2008年8月30日和静MS5.6地震之前，此次地震与拜城窗相距210 km；其余2次异常结束后直接发生MS≥5.0地震。对应中强地震与拜城地震窗震中距范围为45～267 km。从表1中可以看出，异常持续时间和异常幅度的大小与其后对应的地震震级无直接相关性。

3.3 异常形态

根据前人研究获得的“多点场”理论[21]，当局部应力增强时，在断裂的闭锁区或顶部引起应力集中，因此，形成多个应力的聚集点，而其中有的应力集中点则发展成未来的震源位置，并以失稳断错的方式造成大震的发生，而另外其他一些集中点则通过地震窗等形式出现[22]，由于受到特殊地下介质和构造背景的影响，在中强地震之前一般会出现小震增多的现象，窗口内微小地震频次的增多是反应应力场增强的特征之一，同时也是中强地震震前的短临震兆[17,23]。

由图2可见，拜城窗内微小地震月频次异常的形态一般表现为高值—发震。3组震例当中有2次属于该情况，其余1次为高值异常—恢复—发震，窗口内中强地震多数为直接打破地震。高值异常一般表现为单点高值的形式。异常对应中强地震强度以MS5.0～5.9为主。

3.4 对应地震的空间分布

拜城窗的地理位置及其所对应的3组中强地震震中空间分布(图3)，2009年11月、2010年6月和2010年9月拜城地震窗出现异常，但其后均无MS≥5.0地震发生，从图3和表1可见，3组中强地震与拜城窗的距离为45～267 km，其地震震中位置主要分布在天山中段及窗口邻近区域，因此，天山中段以及地震窗口区域为地震窗出现异常之后所要预测地震的地点范围[14]。

图3 拜城地震窗异常与MS≥5.0地震对应的区域范围

4 结 语

拜城窗小震月频次出现高值现象，窗口内小震活动增大，局部区域应力水平增强，可能会对应中强地震的发生，通过区域应力的变化从而达到“以场求源”的目的，2021年3月24日拜城MS5.4地震发生前拜城地震窗出现异常，通过历史震例回溯分析，获得拜城地震窗的开窗指标及其与中强以上地震的对应关系。

基于2008年以来新疆地震台网综合定位数据结果分析，多数情况下，窗口内小震活动水平较低，其值在31次/月以下的范围内波动变化，拜城地震窗小震月频次超过70则视为异常，若异常出现，其后6个月内天山中段以及该窗邻近区域有MS≥5.0地震发生,异常对应率为50%。拜城地震窗与映震地震的震中距范围为45～267 km，优势发震区域较难确定。拜城地震窗的异常形态多数表现为高值—发震。异常出现后，其后多次中强地震与此对应，即异常存在成组出现的形态。从拜城地震窗异常时间、异常幅度等特征参数大小与其后对应的中强地震分析来看，拜城地震窗异常时间长短、异常幅度大小与其后映震的震级无相关关系。

综合以上分析研究，拜城地震窗对判定天山中段以及拜城地震窗邻近区域有无MS≥5.0地震有一定的依据支持，但其不足之处是，发震地点预报范围(45～267 km)偏大，在实际预报应用中难于把握地点这一要素。这个问题的解决需要通过联合采用地震窗口网和震群活动特征等方法加以解决。拜城地震窗预报地震的震级下限为MS5.0，天山中段MS≥5.0地震的发震概率也较高，对于天山中段MS≥5.0地震预测可能存在一定的有效性，对其MS≥5.0地震预测提供一定的参考依据。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。