2017年精河6.6級、庫車5.7級地震前“庫米什地震窗”異常特征分析

張琳琳 敖雪明 聶曉紅

新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊市新市區(qū)科學(xué)二街338號 830011

0 引言

2017年8月9日精河發(fā)生6.6級地震后，9月16日相距240km的庫車縣又發(fā)生了5.7級地震，這2次中強地震均發(fā)生在天山中部地區(qū)，該區(qū)域2011年11月1日尼勒克、鞏留和2012年6月30日新源、和靜相繼發(fā)生了6.0級、6.6級地震，但是，近年來在此范圍內(nèi)5.5級以上中強地震（震群型地震除外）在1.5個月的時間內(nèi)接連發(fā)生的情況實屬罕見。因此，加強對該區(qū)域地震活動性的研究有著重要的意義。

“地震窗”的地震活動可用來表征區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場，即主要通過弱震活動形式來反映區(qū)域應(yīng)力場變化的特殊構(gòu)造部位?！暗卣鸫啊睘樾陆粘５卣鸨O(jiān)測預(yù)測的重要手段之一，20世紀(jì)80年代“七五”科技攻關(guān)前后，新疆地震局開展了“地震窗”預(yù)測方法研究與應(yīng)用，并取得了不同程度的效果。利用“地震窗”預(yù)測地震主要基于“地震窗”內(nèi)周、月頻次變化及其與中強地震間的對應(yīng)關(guān)系來進(jìn)行分析研究的（敖雪明等，1998；鄭兆苾等，1999；陳運平等，2001；劉小鳳等，2003；王培玲等，2004；姜秀娥等，1989；薛丁等，2012）。李瑩甄等（2000）對伽師強震群活動期間“喀什地震窗”和“阿圖什余震窗”異常特征進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，1997年幾組后續(xù)6級地震前小震頻次明顯增加。王桂嶺等（1991）對1990年新疆烏恰6.4級地震前“地震窗”的異常特征進(jìn)行分析，并討論了所得結(jié)果可能的物理機制。但是，隨著新疆區(qū)域地震臺的地震數(shù)據(jù)由模擬式記錄改換為數(shù)字化記錄，導(dǎo)致了原有“地震窗”資料的中斷。因此，為滿足短期地震預(yù)測的需要，以便于更加深入和系統(tǒng)地研究新疆各地震臺數(shù)字記錄數(shù)據(jù)，有必要重新普查并構(gòu)建新的“地震窗”?！皫烀资驳卣鸫啊本褪窃谶@項研究中篩選出來的預(yù)測效能相對較高的窗口。

以庫米什臺為中心，選取2008年以來S-P≤10s范圍內(nèi)ML≥1.0地震的月頻次進(jìn)行分析，開窗指標(biāo)主要以頻次異常為主，2017年8月以來，天山中部地區(qū)相繼發(fā)生了精河6.6級、庫車5.7級地震，2次中強地震前“庫米什地震窗”均表現(xiàn)出不同程度的異常，通過對“庫米什地震窗”異常與北天山中強地震之間的關(guān)系進(jìn)行分析，獲取“庫米什地震窗”的異常指標(biāo)，同時對其預(yù)測效能進(jìn)行評價，以期為北天山中強地震活動趨勢研判提供參考依據(jù)。

1 “庫米什地震窗”概況

“庫米什地震窗”位于北天山地震帶，歷史地震活動水平較高，1600年以來，史料記載該區(qū)曾經(jīng)發(fā)生過32次6級以上地震，其中，6級地震25次；7級地震 6次；8級地震1次，即1812年3月8日尼勒克8級地震。2008年以來，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域微震、小震活動頻繁，并且這些小震活動與北天山地區(qū)中強地震間具有一定相關(guān)性。

北天山地震帶的強震活動以近EW向逆斷裂為主，與逆沖-褶皺活動構(gòu)造帶關(guān)系密切?！皫烀资驳卣鸫啊睒?gòu)造區(qū)主要位于博羅科努-阿其克庫都克斷裂、伊犁盆地北緣、包爾圖斷裂和焉耆斷裂等交匯區(qū)，這些斷層性質(zhì)主要以右旋走滑和逆沖為主（圖1），周圍地下構(gòu)造背景復(fù)雜。

該窗口的選取是以庫米什地震臺為中心，以該臺記錄的S-P≤10s范圍內(nèi)小地震為資料作為常震的“庫米什地震窗”。庫米什臺自2008年以來使用數(shù)字化地震儀記錄數(shù)據(jù)，能記錄到 100km范圍內(nèi)ML≥1.0地震，該臺地理坐標(biāo)為 42°18′N、88°12′E。

2 資料和分析方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

本文所采用的數(shù)據(jù)均取自新疆庫米什地震臺數(shù)字地震儀觀測記錄的微震及小震資料。研究時段為2008年1月～2017年9月，新疆天山中部地區(qū)為選取的研究區(qū)，“庫米什地震窗”所對應(yīng)中強地震的震源參數(shù)來自中國地震臺網(wǎng)統(tǒng)一地震目錄。

對于“庫米什地震窗”所對應(yīng)中強地震的統(tǒng)計方法作如下規(guī)定：若是主-余型地震，則僅取主震；若是震群型、雙震型地震，則取其最大地震或是第1個地震作為1次大震事件。

2.2 研究方法

Molchan圖表法是20世紀(jì)80～90年代開始研究者對已開展的經(jīng)驗性地震預(yù)測進(jìn)行科學(xué)總結(jié)以解決固定研究區(qū)強震時間預(yù)測問題，并試圖給出概率解釋而逐漸發(fā)展起來的統(tǒng)計檢驗方法（孫麗娜等，2012；蔣長勝等，2011；Jackson，2004）。該方法涉及的主要變量為：

υ（漏報率）——預(yù)測“無震”而實際發(fā)震的地震數(shù)/空間網(wǎng)格數(shù)與總的實發(fā)地震數(shù)/所占空間網(wǎng)格數(shù)之比；

τ（異常的時空占有率）——發(fā)出預(yù)測“警報”的時空范圍與總的時空范圍之比；

h（擊中數(shù)）——預(yù)測“有震”而實際發(fā)震的地震數(shù)/空間網(wǎng)格數(shù)；

H（擊中率）——預(yù)測“有震”而實際發(fā)震的地震數(shù)/空間網(wǎng)格數(shù)與總的實發(fā)地震數(shù)/所占空間網(wǎng)格數(shù)之比。

Molchan圖表法主要使用τ和υ來進(jìn)行統(tǒng)計評分，最佳預(yù)測效能對應(yīng)在最大預(yù)測成功（υ→0）下付出最小的代價（τ→0）。τ在計算中常根據(jù)預(yù)測檢驗策略或要求的不同進(jìn)行加權(quán)處理。

Molchan圖表法的概率增益定義為

概率增益 Gain在圖表中即為（τ，υ）至（0，1）連線的斜率，而當(dāng)連線為（0，1）至（1，0）的直線時，Gain=1，則表示預(yù)測方法無統(tǒng)計顯著性。在 Molchan圖表中繪制τ～υ曲線，其中，τ∈［0，1］，υ∈［0，1］。地震預(yù)測效果的評估主要是在直觀上比較（τ，υ）曲線與 Molchan圖表的邊界線τ=0、υ=0所包圍的面積，面積越小，則預(yù)測效果越好。同時，還需考慮擊中數(shù)h所對應(yīng)的顯著性水平。

圖1 北天山地震帶及震情窗口位置分布

3 “庫米什地震窗”的映震分析

3.1 “庫米什地震窗”預(yù)測指標(biāo)的確定

以庫米什地震臺為中心，分析S-P≤10s范圍內(nèi)ML≥1.0地震數(shù)據(jù)資料，研究該地區(qū)的小震活動，即為“庫米什地震窗”（或“庫米什窗”）的小震活動。根據(jù)歷史震例和異常的最佳對應(yīng)原則的分析，定義“庫米什地震窗”小震月頻次≥54（即54次/月）為“庫米什地震窗”的異常標(biāo)準(zhǔn)。

圖2為“庫米什窗”2008年1月～2017年9月小震月頻次的變化及其與附近中強地震間的關(guān)系。由圖2可見，小震月頻次在小于54次的范圍內(nèi)隨機波動，但是，其中有7個點呈現(xiàn)出大于54次/月的異常高值，而其后6個月內(nèi)有6次MS≥5.5中強地震與之對應(yīng)。這6次地震震中均位于北天山，其中，4次對應(yīng)的中強地震震中位于北天山西段。小震月頻次異常特征量以及所對應(yīng)的中強地震參數(shù)見表1。

圖2 “庫米什地震窗”小震月頻次與中強地震（MS≥5.5）間的對應(yīng)關(guān)系

表1 “庫米什地震窗”小震月頻次異常與地震間的對應(yīng)關(guān)系

“庫米什地震窗”所對應(yīng)的6次中強地震震中距為60～490km，其中，小于400km的有4次。分析“庫米什地震窗”的實際資料異常與地震對應(yīng)情況發(fā)現(xiàn)，7組異常對應(yīng)了6次中強地震。依據(jù)許紹燮（1989）的地震預(yù)報能力評分方法，對“庫米什地震窗”窗口異常進(jìn)行R值評分檢驗，所得R值評分為0.45，高于具有97.5%置信度水平的R值（0.356），表明該方法的短期預(yù)測效能較高。

2017年以來，天山中部地區(qū)5級以上中強地震活動水平較高，尤其自8月以來，8月9日精河、9月16日庫車相繼發(fā)生了MS6.6、MS5.7地震，2次中強地震前“庫米什地震窗”均出現(xiàn)了異常，其中，精河6.6級地震前3.3個月“庫米什地震窗”出現(xiàn)異常，震情窗小震月頻次4月份出現(xiàn)55次/月的異常，“庫米什地震窗”8月份出現(xiàn)月頻次54次的異常，異常結(jié)束后15天庫車發(fā)生了5.7級地震。由表1可見，“庫米什地震窗”對應(yīng)中強地震的震中距有4次為300～490km，而且這4次中強地震均位于天山中部地區(qū)。距離最近的僅為60km，即在“庫米什地震窗”附近區(qū)域發(fā)震。

3.2 基于Molchan模型的“庫米什地震窗”預(yù)測效能評價

首先，將2008年以來“庫米什地震窗”的小震月頻次數(shù)據(jù)以及所對應(yīng)的中強地震進(jìn)行整理；然后，基于Matlab程序?qū)π≌鹪骂l次數(shù)據(jù)和所對應(yīng)地震之間的關(guān)系進(jìn)行分析；再后，在統(tǒng)計檢驗時，可以根據(jù)映震時間的長短進(jìn)行不同開窗指標(biāo)的驗證；最后，獲取用于繪制Molchan檢驗圖的數(shù)據(jù)，同時，依據(jù)地震漏報率與預(yù)測地震時空占有率間的比率進(jìn)行效能評價。

當(dāng)Gain=1時，則表示預(yù)測方法無統(tǒng)計顯著性。預(yù)測效果以（τ，υ）曲線與Molchan圖表的邊界線τ=0、υ=0所包圍的面積來表示，面積越小，則預(yù)測效果越好（圖3）。由圖3可見，（τ，υ）曲線與Molchan圖表的邊界線τ=0、υ=0所包圍的面積多數(shù)位于 Gain=1以左的范圍內(nèi)，預(yù)測效果相對較好。同時，結(jié)合上述R值評分檢驗結(jié)果分析認(rèn)為，“庫米什地震窗”預(yù)測效能較好，可將其作為中短期異常指標(biāo)進(jìn)行日常跟蹤。

圖3 “庫米什地震窗”Molchan檢驗效果

4 結(jié)論與討論

（1）以庫米什地震臺為中心，選取S-P≤10s范圍內(nèi)ML≥1.0小地震的月頻次，當(dāng)小震月頻次≥54次時即為異常。2008年以來共出現(xiàn)異常7次，6次異常結(jié)束后均有5.5級以上地震發(fā)生，異常結(jié)束后中強地震發(fā)震的優(yōu)勢時段為6個月，優(yōu)勢發(fā)震區(qū)域為天山中部地區(qū)。2017年8月份以來，精河6.6級、庫車5.7級2次地震前“庫米什地震窗”均出現(xiàn)異常。

（2）當(dāng)區(qū)域應(yīng)力場增強時，潛在地震區(qū)均為應(yīng)力集中點，而“庫米什地震窗”介質(zhì)的抗剪切強度因降低而出現(xiàn)小震頻次增高異常，且可能反復(fù)出現(xiàn)，即多點的月頻次異常對應(yīng)地震孕育過程。通過“庫米什地震窗”的異常特征可以判斷北天山地震發(fā)震時間，但對具體發(fā)震地點難以判定。引起區(qū)域應(yīng)力場增強的因素較多，如大震應(yīng)力觸發(fā)、地震構(gòu)造活動等（張彬等，2008）。

（3）基于Molchan模型的“庫米什地震窗”預(yù)測效能評價結(jié)果表明，“庫米什地震窗”預(yù)測效能相對較好，可將其作為中短期異常指標(biāo)進(jìn)行日常跟蹤?；贛olchan模型對“庫米什地震窗”的檢驗屬于初步嘗試，一些參數(shù)的設(shè)置需要經(jīng)過不斷的調(diào)試進(jìn)行完善，如開窗指標(biāo)的條件和時間，都需要經(jīng)過對不同“地震窗”預(yù)測效能的檢驗評價進(jìn)行總結(jié)。