2023年2月6日土耳其两次强震前卫星热红外及TEC 趋势异常分析＊

唐好丛 廖洪月 吴 佳 王 刚

1) 西安市地震监测预警中心，陕西西安 710199

2) 西安市地震局，陕西西安 710018

0 引言

利用地球同步卫星等现代空间技术采集到的热红外及电磁等相关监测数据，较地面观测数据具有抗干扰强、观测范围广、测点分布均匀等优点，吸引着越来越多的地震研究学者开展深入的专项研究。强祖基等[1-2]使用气象卫星热红外资料对1989年大同6.1 级地震、1996年丽江7.0 级地震以及1998年唐山4.7 级地震等进行了实际监测和试报，经过对震例的研究，总结出卫星红外亮温增温异常与地震时间、空间、强度的关系与规律。康春丽等[3]以 NOAA 卫星的长波辐射（Outgoing Long Radiation，OLR）数据和日本静止气象卫星的GMS-5 亮度温度数据为基础，分析了2001年11月14日昆仑山口西8.1 级地震前后的热红外变化特征，结果显示在震前1 个月OLR 出现增温异常，震前1 周亮度温度出现异常。Lu 等[4]采用中国FY-2E 静止气象卫星的亮温和OLR 数据，研究了2010年1月12日—2015年4月30日西藏地区20 次中强地震的热红外异常变化，大部分震例出现了异常，且异常时间、位置和振幅均相似。廖洪月等[5]曾对2008年汶川8.0 级地震、2013年四川芦山7.0 级地震、2017年四川九寨沟7.0 级地震分析，发现震前半年内均出现了较大规模的热红外趋势异常。宋冬梅等[6]针对趋势背景场的地震热异常进行了相关研究，发现2008年汶川8.0 级地震前存在明显的异常增温现象，提取的异常特征与断裂带走向相吻合。

由于板块间的相互推挤，岩石空间压缩导致相关区域地面热红外亮温发生升温现象，因此理论上通过找到热红外亮温持续升温区域，就可以定位地下岩石挤压活动加剧区域。但由于热红外亮温值昼夜和季节变化波动较大，通过研究热红外观测数据直接发现热红外异常较为困难。当前学术界主要研究方法为小波功率谱分析法、距平法等，主要侧重于短时间内绝对亮温升温异常的研究。本文采取的方法是自主独立研发的年线差值振幅增强比法，主要研究相对异常，该方法可以较好地提取到强震前相关区域的热红外趋势异常。

近几十年以来，从事电子总含量（Total Electron Content，TEC）与地震相关性研究的学者也越来越多。李美[7]研究相关地震电离层响应异常时空演化统计特征显示，相关电离层扰动异常出现频次随地震临近而增高。刘静和万卫星[8]研究显示6.0 级以上地震临震电离层扰动现象较为普遍。王刚等[9]研究汶川地震时也发现存在震前中长期趋势异常。

大气中电子浓度变化除受太阳活动、地磁等因素干扰影响外，可能还受到包括对应区域地下岩层活动的影响。影响过程理论模型如下：由板块运动引发岩石圈破裂，岩石圈破裂可能产生压电效应，压电效应可能引发电磁效应，电磁耦合到大气层，再通过某种方式耦合至电离层影响电离层电子浓度变化。板块相互推挤运动过程中，可能发生岩石小规模破裂现象，时空表现可能以离散碎片化形式存在，最终引发相应区域TEC 大气电离电子浓度发生的变化也是微小的。寻找和研究这类小规模岩石破裂事件意义重大，它可以帮助我们直观了解当前或还原相关时间段地下活动状况。寻找此类目前地震仪器还很难监测到的地下深处小规模岩石破裂事件，通过分析TEC 的变化率特征可能比分析其振幅变化特征更加高效。

本研究有3 个特点：①以全球观测数据为依托：通过全球连续性网格数据，可研究和验证异常时空影响最大范围；② 以微异常研究为主：不强调不注重个别异常研究，注重异常累积分析，通过分析和统计微异常时空特点以求达到发现地震前兆的目的；③利用相关参数滑动年线数据作为基础数据：每组年线数据包含了一年的相关信息，意味着也包含了一年中产生的异常总和，年线相对平稳，理论上从年线中更容易提取到趋势异常。同时，个别实时性重大异常事件（含伪异常）对年线影响是非常有限的，通过年线方法可屏蔽个别异常，减少对个别异常的关注和研究，以长周期（例如周期为1年）数据为基础数据研究分析的地震前兆异常研判结果比实时性异常可信度更高。本文利用计算机编程技术将热红外及TEC 研究方法程序化，快速对全球进行网格化后的热红外及TEC 数据进行处理分析，最后综合判断是否存在异常。

下面利用热红外年线差值振幅增强比法和TEC 微观异常事件年线法对2023年2月6日土耳其2 次7.8 级地震前热红外及TEC 异常数据进行研究分析，按照异常原理说明、异常现象分析、异常与地震关系分析、热红外与TEC 异常相互关系分析、结论与讨论顺序展开讨论。

1 震前热红外异常研究

据中国地震台网测定，2023年2月6日9 时17 分及18 时24 分，在土耳其连续发生2 次7.8 级地震，震源深度20 km，震中分别位于（37.15°N，36.95°E），（38.00°N，37.15°E）。2 次地震发生在土耳其境内东安纳托利亚断裂南北两侧次生断裂附近，震中相距约96 km，2 次大震期间还发生了一次6.7 级强余震（图1）。此次地震造成土耳其和叙利亚两国死亡人数超过4 万人，是近10年来全球单次地震死亡人数最多的一次。

图1 土耳其地震与断层分布图（图片来源：成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室）Fig.1 Seismic and fault distribution map of Turkey（Source of the picture: State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology）

1.1 热红外数据源

本文的热红外数据来自美国海洋大气局NOAA卫星官方数据，数据下载地址https://ftp.cpc.ncep.noaa.gov/precip/noaa18_1x1/，数据为OLR 格式，空间分辨率为1°，每12 h 对全球扫描一次，数据时间段为2006年5月1日—2023年2月28日。

1.2 热红外异常原理及数据处理方法

本研究采用的方法为热红外年均线差值振幅增强比法，主要侧重于研究震前在震中附近区域是否存在中短期亮温值相对升温异常以及其时空演化特征。本方法数学原理、数据处理过程及相关公式如下：

以上各公式功能简述如下：公式（1）计算当天热红外亮温年线值，Dt为每天的热红外亮温值，将过去一年中每天的亮温数据累加形成滑动年线值Ai，这样每组数据中均包含过去一年中的热红外变化信息，其中包括可能存在的升温信息。如果在一段时间内出现过亮温升高现象，则年线值较日线值升幅更为明显。公式（2）计算年均线差值，∆Bi是热红外亮温年线值的差值，为当天年线值Ai与t天前年线值之差，t为差值分析的时间间隔长度。文献[10-12]表明，热红外异常通常只持续10 天到几十天之间，本研究将t设定为40 天，能较好地提取出震前热红外异常，如果40 天内曾出现过连续热红外现象，差值表示40 天内累计的升温值。差值大于0 表示升温，小于0 表示降温。公式（3）为当天差值振幅计算，差值振幅为当天亮温均线差值与最小均线差值的差值，∆Bmin为选定时间段内历史数据中的最小差值。公式（4）为截止当天历史差值平均振幅计算，m为当天以前的历史数据总天数，随着时间变化而变化，是一个不稳定变量。公式（5）计算异常值Yi，方法为当天的差值振幅值∆Ti、平均振幅值之差与平均振幅值相比，即增大倍数，空间异常描述时中将其作为亮温异常参数。时间曲线描述异常时对进行3 次幂运算放大，其显示异常时具有突显异常的的效果。本文主要研究升温异常，并以黄金分割数1.618 为异常预警阈值，持续多天高于1.618 即认为该区域存在异常。

1.3 土耳其7.8 级地震前热红外异常分析

1.3.1 热红外异常空间变化过程分析

提取2月6日7.8 级地震震中附近相关网格的时间异常曲线，发现震中及附近相关区域震前一年内曾出现1～2 次热红外显著异常，不同网格区域异常特征有所不同。限于篇幅原因，我们仅选取时间范围为2022年12月20日—2023年2月22日，空间范围为（27.5°N～47.5°N，27.5°E～47.5°E）区域作为研究对象，每2 天绘制一幅热红外异常空间剖面图组成连续空间变化图（图2）。连续空间图清晰地显示了震中及附近区域震前震后热红外异常发展变化过程。

图2 土耳其地震前后热红外异常时空演化图Fig.2 Map of temporal and spatial evolution of thermal infrared anomalies before and after the Turkey earthquake

空间异常变化过程描述：以2 天为步长的连续剖面图可以发现，2022年12月24日在震中东南方向（28.5°N，42.5°E）出现区域异常（命名A区域异常），异常区域逐步发展扩大，至2023年1月1日达到峰值后回落，于2月6日地震发生前恢复到正常范围。2023年1月11日在震中东西两侧附近出现了2 个异常区域（分别命名B区域异常和C区域异常），这两个区域位于东安纳托利亚断裂西南段的东西两侧。1月9—15日2 个区域异常处于缓慢变化阶段，1月15日震中以北（44°N，37°E）区域（命名D区域异常）也出现了异常。1月23日3 个区域异常快速开始同步上升，异常逐渐外延将3 个区域连为一体，震前异常区域面积处于最大状态。震后异常面积开始缩小，A、B区域异常较C、D区域回落速度快，2月12日恢复至预警阈值以下。震后12 天即2月18日整个区域恢复正常。

1.3.2 热红外时间异常分析

从空间异常变化过程发现，空间变化显著异常主要有A、B、C、D四个区域，呈大三角状分布。为全面深入了解更长时间的异常变化过程，分别提取A、B、C、D四个区域及震中O区域的时间异常趋势曲线（图3），用以分析震前4年热红外的演变过程，侧面研究相关区域受板块推挤应变量积累影响。

图3 热红外空间显著异常区域时间异常趋势曲线图（紫色线为预警线）Fig.3 Map of time anomaly trend curve of significant anomaly region in thermal infrared space

坐标参数说明：异常时间曲线坐标纵轴为3 次方放大后的异常参数，紫红线为异常预警线，预警值为1.618 的3 次方的幂值。异常时间曲线数据起始时间为2018年1月1日，结束时间为2023年2月28日。

通过曲线观察可以直观发现，C、D、O区域曲线2020年前曾出现过一次异常。震中北部的D区域曲线中2018年存在一个高于预警线但强度较小持续时间较短的异常，峰值时间为2018年11月16日，经查询异常后一年内周边未发生5.0 级以上地震。中部的C、O区域曲线在2019年曾出现过一次异常，异常峰值时间同为2019年6月11日，经查询，该异常峰值后228 天即2020年1月25日在C、O区域附近（38.35°N，39.12°E）发生6.8 级地震。

2月6日2 次7.8 级地震前的一年内，A、B、C、D、O区域曲线分别出现1～3 次异常。震中以南的A区域曲线2 次异常峰值分别发生于2022年3月5日、2023年1月2日，2 次异常发生时间间隔约10 个月，震前异常峰值折算原始值为3.4 倍，距离发震时间35 天；位于靠近东安纳托利亚断裂西南段东西两侧异常区的B、C区域也出现了两次异常：B区域曲线2 次异常峰值分别发生于2022年5月3日、2023年1月30日，时间间隔约8 个月，2月6月土耳其7.8 级地震距离最后一次异常峰值7 天；C区域曲线震前一年内2 次异常峰值分别发生于2022年8月17日、2023年2月1日，2 次异常发生时间间隔约5 个月，2月6月土耳其7.8 级地震距离最后一次异常峰值5 天。震中O区域震前一年内发生过3 次异常，第1 次异常峰值出现于2022年5月30日，第3 次异常峰值发生于2023年1月30日，距发震时间7 天。D区域震前异常发生于2023年1月31日，距发震时间6 天，该异常开始时间稍晚于B、C区域最后一次异常，但后续发展与B、C区域基本同步，达到峰值的时间几乎相同。从A、B、C、D、O5 个区域时间异常曲线分析，2022年2月以后即震前一年内均连续发生1 次或多次热红外升值异常，且这些异常环绕7.8 级地震震中区域，作者认为这些异常可能与2 次土耳其7.8 级地震存在密切联系。

1.3.3 土耳其7.8 级地震热红外动力学分析

土耳其位于阿拉伯板块、非洲板块和欧亚板块3 大板块的交汇处，南边的阿拉伯板块如楔子向北插入土耳其，西面的非洲板块与北面的欧亚板块相抵，3 个板块在此相互作用形成复杂活跃的地震多发区。土耳其境内有2 条主干断裂带，分别为非洲板块与欧亚板块的分界带东安纳托利亚断裂带，以及阿拉伯板块与非洲板块的分界带东安纳托利亚断裂带，2 条断裂带交汇于土耳其东部。2月6日2 次7.8 级地震分别发生在东安纳托利亚断裂南北两侧的次级断裂附近。从现今GPS 地壳水平形变、应变场来看，该区域现今以左旋走滑剪切变形为主（图4a），形变、应变主要集中在东安纳托利亚断层附近，根据走滑断层螺位错模型反演得到的断层两侧远场左旋滑动速率约10 mm/a，闭锁深度达到20 km，具有强震孕育中晚期的形变背景（图4b）[13]。

图4 GPS 反映的East Anatolian 断层形变、应变场图Fig.4 Map of deformation and strain field of East Anatolian fault reflected by GPS

时间异常与应变量关系分析：前文介绍的震中附近A、B、C、D、O5 个区域热红外时间曲线（图3）显示，在震前1年内，分别在3 个时间段出现了热红外亮温升值异常，这意味着东安纳托利亚断裂两侧的非洲板块与阿拉伯板块至少发生了3 次高强度加速推挤运动，3 个区域热红外振幅增强比值为2～3 倍，表明可能由于东安纳托利亚断裂两侧及附近区域处于大范围强闭锁状态，板块推挤未能及时释放而产生热红外升值异常，同时也表明东安纳托利亚断裂西南段附近区域在震前1年内应变积累速度加快。

空间异常与应变量关系分析：2022年2月—2023年2月5日这段时间产生的异常叠加平面投影图（图5）显示，地震前异常区域面积非常大，其中东安纳托利亚断裂以北的B、D区域经纬度跨度均超过3°，断裂西南段以东的C区域经纬度跨度超过8°，东安纳托利亚断裂以南的A区域经度跨度超过10°，纬度跨度超过5°。大面积热红外异常现象表明板块推挤使这些区域应变量积累没有得到及时释放，换而言之，2022年2月至本次7.8 级地震前，震中及周边广大区域积累了巨大的应变量。

图5 地壳运动速度与异常叠加平面投影图Fig.5 Map of planar projection of crustal velocities and anomalies superimposed

以GPS 地壳运动速度场资料（图4a）和热红外异常叠加平面投影图（图5）为基础，从动力学角度分析本次地震发展过程。东安纳托利亚断裂主体走向为西南—东北走向（黄色虚线），B区地壳运动速度方向大致为西北方向（蓝色箭头），A、C区地壳运动速度方向为正北方向（蓝色箭头）。以东安纳托利亚断裂主体方向作为水平方向，对A、B、C区域GPS 速度场参数作水平分量分析，可得到B区域速度场水平分量方向为西南方向（黄色箭头），A、C区域速度场水平分量方向为东北方向（黄色箭头），两个方向相反，因此从动力学角度也清晰地证明了该断裂为左旋走滑断裂。将B、C区域相连，可以发现2 次7.8 级地震发生在连线与断裂交汇处附近。

按A、B、C、D、O5 个区域异常时间发展分析，突破东安纳托利亚断裂西南段附近区域闭锁状态到完成此次地震至少可分为4 个阶段：第1 阶段，A区域2022年2月初出现的热红外上升异常，出现第1 次向北加速推挤；第2 阶段，B区域2022年4月底5月初出现上升异常，表明该时间段板块推挤使断裂西南段方向北侧震中以西区域增加了强大的应变积累；第3 阶段，C区域2022年8月中旬出现上升异常，表明在断裂南侧震中以东侧区域的应变积累速度加快，但这3 次应变积累能量均未能打破断裂附近区域的闭锁状态；第4 阶段，2023年1月A、B、C、D区域同时出现异常，B、C区域再次加强了2 个方向相反的应变积累，2 个应变力的相互作用，使东安纳托利亚断裂两侧产生走滑地震的可能性大增。作者不掌握D区域GPS 地壳运动速度场资料，由于B、D区域同时出现升温异常且均位于东安纳托利亚断裂北侧，他们同时受相同方向推挤力影响的可能性较高。假设推测成立，D区域2023年1月产生的应变积累沿断裂水平方向的分量方向大概率与B区域水平分量方向相同，即D区域应力水平分量方向也为西南方向。在D区域应变力助攻下，叠加累积的B、D区域强大应变力与C区域相向运动的强大应变力共同作用，终于完成了该区域闭锁阻力的突破，最终在B、C区域连线与东安纳托利亚断裂交汇处附近发生7.8 级地震。如果D区域应力水平分量方向为东北方向，则B与D区域的拉张态势将冲抵或减弱B区域的左旋走滑的剪切力，势必对推动此次7.8 级地震的发生起消极作用。因此，处于欧亚板块的D区域的应变量积累对本次7.8 级地震发生作出了积极贡献的可能性更大。

2 震前TEC 异常研究

2.1 TEC 数据源选取

TEC 数据是指距离地面40～1 000 km的空气中平均电子浓度。2016年2月，武汉大学卫星导航定位技术研究中心（Wuhan University，WHU）正式成为新的国际GNSS服务组织（International GNSS Services，IGS）电离层联合分析中心（Ionosphere Associate Analysis Center，IAAC）[14]，本文TEC 数据来自该中心。可从ftp://ftp.gipp.org.cn/product/ionex/下载相关数据。数据时间范围为1998年8月17日—2023年2月28日，数据格式为JPLG 的全球格网数据。数据空间分辨率为 5°（经度）×2.5°（纬度），时间分辨率为2 h。数据区域（-87.5°N～87.5°N，-180°E～180°E），全球共5 183 个网格。网格数据缺点之一是可能分割空间异常，可能将一个异常区分割为多个异常区，从而降低异常强度。本数据除了存在以上可能外，还有一个缺点是空间分辨率过低，一个网格空间面积为12.5 平方度，在低纬度区域一个网格实际空间面积大于10 万km2。单个网格的大空间可能对研究网格数据带来相关负面影响，因为当实际异常发生区域较小时，其异常值可能被摊薄到整个网格，从而降低异常指数强度，因此本数据更适合用于大空间异常分析。一般情况下，只有强地震才可能产生大空间异常，换而言之，本数据更适合用于研究震级较大的地震。

2.2 TEC 地震异常原理和数据处理过程

地震前兆异常的发展应该存在一个循序渐进由量变到质变的过程，该类异常的可靠性应高于个别偶发性显著异常。本文尝试探索一种发现由量变到质变TEC 异常发展过程的方法，通过收集TEC 微小异常，然后进行统计分析，判断是否存在趋势性异常。

TEC 异常分析的原理方法较为简单，主要是通过提取变化率异常事件并将事件年均线化后，分析判断事件年均线是否存在趋势性异常。将异常事件数量年均线化的目的，一是为了消除季节变化对异常事件数量波动变化的影响，二是个别不明异常事件对年均线趋势的影响微小。连续的异常在年均线中相应时间段可以较为清晰地反映出来，从而达到发现TEC 地震前兆的目的。具体公式如下：

相应公式及TEC 数据处理过程解释如下：①计算出单个网格TEC 数据的两小时变化率Rt（公式6），N为TEC 电子浓度；② 以任意网格为中心，计算出7×7 空间范围内49 个网格的数据变化率并进行逻辑对比分析，当中心网格变化率最大（公式7）或最小（公式8）时，则记录为一次微观异常事件，否则为0；③将一天单个网格内所有微观异常事件相加得到Entd，再累加过去364 天微观异常事件总量（公式9），得到网格异常事件滑动年均线Ad；④ 判断年均线趋势变化是否存在异常。选定研究数据时间段内，当前年均线值Ad与历史平均年值逻辑对比，当Ad小于，计算出年均线值减少倍数Bd（公式10），当Ad大于，计算出年均线值增加倍数Bd（公式11）。

趋势异常判断标准：将异常变化倍数Bd值大于1 倍时认为是活跃性增强趋势异常；小于-1 倍时为活跃性减弱趋势异常。对全球5 183（73×71）个网格的TEC 数据重复以上的处理过程并将处理后产生的数据存入数据库。完成以上数据处理过程，意味着对全空域全时域TEC 数据进行了异常事件提取和异常分析。

2.3 土耳其7.8 级地震TEC 异常分析

2.3.1 TEC 空间异常分析

本研究发现，TEC 的异常发展过程是较为漫长的，从1年到10年不等，为全面了解震前更大区域TEC 空间异常变化过程，本文选取时间范围为2022年1月1日—2023年2月5日，空间范围为（15°N～55°N，20°E～55°E）区域作为研究对象，以步长3 个月绘制连续异常平面图（图6）。

图6 TEC 异常平面图Fig.6 TEC anomaly ichnography

连续平面图显示：2022年上半年变化较为缓慢，2022年7月1日前，整个区域为正常状态。2022年7月1日后，震中及北部的欧亚板块相关区域出现较大面积低强度异常，南部阿拉伯板块出现小规模异常区。进入10月份以后，异常区域面积和异常强度同步增大。至发震前，绝大部分区域异常值低于-1，进入异常状态。震中及北部相关区域最先进入异常状态且异常水平持续加大，说明该区域应变量积累进一步加深，闭锁状态进一步加强。2月6日2 次7.8 级地震正好发生在异常低值核心区稍偏北区域，异常空间与震中位置几乎完美重合！

2.3.2 TEC 时间异常分析

为全面了解震中及附近区域TEC 震前活动状态，除提取震中区域年均线外，还提取包括震中东南西北方向共6 个网格点的异常事件年均线，每个网格点距离代表震中区域的O点5°。各网格点具体坐标如下：O点（37.5°N，35°E）、N点（42.5°N，35°E）、W点（37.5°N，30°E）、E点（37.5°N，40°E）、S1点（32.5°N，35°E）、S2（22.5°N，50°E）。相关趋势图如图7 所示。

图7 各网格点年均时间曲线趋势示意图Fig.7 Map of the trend diagram of average annual time curve of each grid point

TEC 均线趋势曲线说明：异常值为一个相对比值，单位为倍。例如纵轴最高值3.5，表示最高值比最低值大3.5 倍。图7 曲线数据起始时间为2010年1月1日，结束时间为2023年3月7日。从O、N、W、E、S1、S26 条网格曲线可直观看出，震前6 个网格点区域TEC 活跃性水平均处于12年来的最低位。2019年初—2020年中，震中东西及北部区域活跃性有所上升，2020年中旬TEC 活跃性水平为最高，相对地震前高约2～3 倍，随后活跃性开始逐渐下降，下降时长约1年半左右，本次7.8 级地震前的活动水平降至12年以来的最低点，地震发生后仍处于下降状态。而震中南部区域S1和S2两个区域，TEC 活跃性上升趋势直至2022年停止，然后开始下降直至发生7.8 级地震。2010—2020年间虽然也存在一定幅度起伏波动，但远低于震前下降水平，在此期间也未曾发生7.0 级以上地震。本次7.8 级地震前TEC 异常事件年均线低值异常在时间上与本次地震关联度较高。

2.3.3 TEC 异常与7.8 级地震关系分析

地壳运动时的板块推挤或拉张时会发生小规模岩石破裂或发生微震，以上事件发生过程中可能会产生压电效应，不同的地质条件产生的压电效应最终对电离层的影响不同，从而引发对应区域TEC 变化率或上升或下降，最终可能形成一次变化率异常事件。

从E、W、N、S1、S2、O6 条年均线时间趋势曲线可清晰发现，震前年均线值处于显著下降状态。更长时间尺度连续空间异常平面也显示：震前半年震中附近区域异常低，小于-1，意味着前期高点活跃性水平大于当时的2 倍。2022年7月以后，相关区域异常值继续下降，小于-1 的异常区域继续扩大，截至震前一天，异常值最大下降至-3.2，绝大部分研究区域异常值小于-1：说明整个研究区域大范围处于日益增强的强闭锁状态，其中震中附近区域为异常核心区域，2022年下半年以来，其强度始终高于其他区域。这种强闭锁状态使岩石层处于更加夯实状态，挤压空间进一步缩小，碎片化岩石破裂事件大幅减少致TEC 变化率事件减少及事件年均值快速下降。当地下岩石空间挤压至临界状态，外部板块推挤的应力积累还在不断上升时，大面积的岩石错位破裂是唯一选择，大面积的岩石破裂意味着大地震，于是7.8 级地震就发生了。

3 热红外与TEC 异常时空联系及物理机理分析

综合上文分析可得到如下结论：热红外和TEC异常现象均为板块间推挤力互相作用的结果，但在本次土耳其地震前的表现形式恰好相反，热红外异常以显性形式存在，可以从监测中直接发现，而TEC 异常则是隐性的，该结论是通过分析间接得出的，但他们存在着密切时空联系，两者相互呼应。主要表现为两者异常均发生于地震前，时间上热红外异常重叠于TEC 异常，空间上也高度重叠，尤其2 种异常的核心区域高度重叠。震中及附近区域热红外与TEC 异常是本次地震前的核心异常区，如图8黄色圈区域。

图8 热红外与TEC 空间异常对比图Fig.8 Map of spatial anomaly comparison between thermal infrared and TEC

板块间推挤力的输出形式应为不稳定弹性形式，而不是恒定的。在弹性推力加速致使相应区域产生压缩形变时会产生热红外现象，这种现象在板块运动时可能随时发生，其发生的概率相对较高，在震前可能多次发生。当大面积区域长期受外部力量的推挤可使该区域处于强闭锁状态，后续不间断的外力推挤使闭锁水平进一步增强，使得整个区域内部岩石更加紧密夯实，岩石被挤压空间减小，产生小规模破裂事件或微震事件进一步减少，故TEC 微观异常事件相应减少，这种现象是应变力长期积累的结果，它表示闭锁状态变化趋势是逐渐加强的，在积应力没有释放的状态下不会改变其趋势，因此也不会有较大波动，这一点与热红外异常存在较大区别。

本文认为区域闭锁可分为3 种状态：①一般性闭锁，整个区域有较大的调整挤压空间，这种状态下，热红外异常较少，可能发生地震但发生破坏性地震概率较小；② 中度闭锁，可挤压空间减少，在板块推挤作用下可能会产生热红外现象，但不会存在高强度TEC 异常，存在发生破坏性地震可能；③高强度闭锁，区域可挤压空间极少，存在发生强震的背景，热红外和TEC 同时出现的可能性较大。

在本次7.8 级地震前，震区及周边出现TEC 异常趋势后至震前8 个月时间段内，震中及东南西北方向相关区域在陆续出现了多次热红外异常。这意味着在欧亚板块、非洲板块、阿拉伯板块交汇区的广大区域出现和积累了错综复杂的推挤力，最后东安纳托利亚断层两侧区域形成为大面积强闭锁区，强闭锁区在多次强大的不平衡加速推挤力冲击下，在相对脆弱的东安纳托利亚断层西南段附近区域，不堪重负的岩石层出现大规模破裂，即发生本次地震释放长期积累的巨大应变力，同时对该区域的地壳运动进行解锁。

4 结论

土耳其处于阿拉伯板块、非洲板块和欧亚板块3 大板块的交汇区，板块的相互作用形成复杂活跃的地震多发背景。2月6日土耳其7.8 级地震是在此大背景下发生的，该地震是一个跨越断层及板块的典型的板块运动地震。震前相关区域的热红外现象表明受到不同方向的加速推挤力导致岩石挤压变形、发热。整个区域大部分区域遭强力挤压进一步加深了闭锁状态。在地下岩石被挤压至深度夯实状态时，岩石小规模破裂现象减少，TEC 异常值开始下降，在此状态下，外部的推挤仍持续作用，板块间挤压加载继续加大。在广大区域均没有被压缩空间的状态下，相对脆弱处岩石层大规模破裂成为唯一选择，于是东安托利亚断层西南段发生7.8 级大地震。本文的热红外异常分析方法可较好地发现在强闭锁状态下的板块间的加速推挤现象，TEC 异常分析方法可进一步分析区域强闭锁是否接近临界状态。换而言之，热红外年均线差值振幅增强比方法及TEC年均线趋势分析方法可较好地提取到强震前地下岩石层异常。

5 讨论

本文利用热红外和TEC 两种地球物理观测数据结合相关区域GPS 速度场等资料对土耳其7.8 级地震进行了探索性分析研究。在两种数据中均提取到震前异常且两种异常在时间和空间上存在交集，从板块运动学角度对以上异常现象也进行了解释说明和假设推测。但这些解释说明和假设推测远不能道清其中的复杂性，一些不明现象还需进一步深入探讨研究：

（1）研究区C区域（图3）在本次7.8 级地震前1年内出现了显著异常，2019年6月也曾出现过热红外高值异常，且在异常后7 个月B区域附近发生了6.8 级地震（38.35°N，39.12°E），上述异常与地震存在时空关联为历史事实，土耳其7.8 级地震前异常再次出现，从侧面说明本文分析方法发现此次土耳其7.8 级地震前异常不是一次巧合，该方法提取震前热红外异常具有一定的可靠性。D区域分别在2018年11月和2023年1月出现过热红外异常，第一个异常存在时间较短，其异常比值1.8 稍高于设定的异常预警阀值1.618，但异常后一年内在附近区域未发生5 级以上地震，因此热红外异常预警阈值与对应震级关系仍需进一步研究和改进。

（2）2月6日土耳其2 次7.8 级地震前，热红外和TEC 异常不仅跨越了大断层，同时还跨越了板块，B、C、D3 个主要异常区分别分布在非洲板块、阿拉伯板块和欧亚板块。这种跨越板块和大断层同时出现异常现象，是否可视为板块间推挤加速和大地震前兆依据，需深入研究。

（3）7.8 级地震前，震中周围及更远多个区域于2022年12月31 前后几乎同步出现热红外异常，北部异常距离震中约600 km，东南异常距震中约1 000 km，说明了震前热红外时空异常的复杂性，导致即使发现异常预测震中位置也非常困难，热红外异常时空特征与地震三要素预测关系还需深入研究。

（4）作者研究历史震例发现，除本次震例外，2004年12月26日印度洋9.1 级大地震和2011年3月11日日本东海9.1 级大地震（震级参数来自于USGS官网），这3 次地震有共同特征：一是震后的破坏力空前，地震导致地面破裂长达数百乃至上千km；二是震中附近多个网格震前TEC 活动水平大幅下降。可否将TEC 活动水平的大幅下降和面积因素作为预判未来发生大地震的预测依据之一，还需进一步总结案例和深入研究。

（5）本文认为，利用热红外和TEC 异常预测地震，还需考虑地震地质背景，按照权重和可靠性从高到低排列：第一，区域的地质背景应视为主要背景，如是否为活动断裂带、历史上地震多发区；第二，研究区域是否存在TEC 趋势异常，本方法得到的震前异常发展过程，少则1年，多则近10年，可视为中长期背景异常，是次要背景；第三，热红外异常如建立在以上背景之上，可视为中短临异常。研究地震前兆时遵循以上顺序，也许可减少强震预测的虚报误报概率。

致谢

中国地震局地震预测研究所张永仙研究员及地震研究所（武汉）李胜乐研究员前期的帮助对本文的形成起了较大的推动作用，中国地震局第二监测中心季灵运研究员为本研究提供了GPS 速度场资料和相关指导，在此一并表示感谢。