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

新疆維吾爾自治區地震局，烏魯木齊市新市區科學二街338號 830011

0 引言

2017年8月9日精河發生6.6級地震后，9月16日相距240km的庫車縣又發生了5.7級地震，這2次中強地震均發生在天山中部地區，該區域2011年11月1日尼勒克、鞏留和2012年6月30日新源、和靜相繼發生了6.0級、6.6級地震，但是，近年來在此范圍內5.5級以上中強地震（震群型地震除外）在1.5個月的時間內接連發生的情況實屬罕見。因此，加強對該區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域構造應力場，即主要通過弱震活動形式來反映區域應力場變化的特殊構造部位?！暗卣鸫啊睘樾陆粘５卣鸨O測預測的重要手段之一，20世紀80年代“七五”科技攻關前后，新疆地震局開展了“地震窗”預測方法研究與應用，并取得了不同程度的效果。利用“地震窗”預測地震主要基于“地震窗”內周、月頻次變化及其與中強地震間的對應關系來進行分析研究的（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”異常特征進行研究發現，1997年幾組后續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”的異常特征進行分析，并討論了所得結果可能的物理機制。但是，隨著新疆區域地震臺的地震數據由模擬式記錄改換為數字化記錄，導致了原有“地震窗”資料的中斷。因此，為滿足短期地震預測的需要，以便于更加深入和系統地研究新疆各地震臺數字記錄數據，有必要重新普查并構建新的“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ML≥1.0地震的月頻次進行分析，開窗指標主要以頻次異常為主，2017年8月以來，天山中部地區相繼發生了精河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系進行分析，獲取“庫米什地震窗”的異常指標，同時對其預測效能進行評價，以期為北天山中強地震活動趨勢研判提供參考依據。

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，史料記載該區曾經發生過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，發現該區域微震、小震活動頻繁，并且這些小震活動與北天山地區中強地震間具有一定相關性。

北天山地震帶的強震活動以近EW向逆斷裂為主，與逆沖-褶皺活動構造帶關系密切?！皫烀资驳卣鸫啊睒嬙靺^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，這些斷層性質主要以右旋走滑和逆沖為主（圖1），周圍地下構造背景復雜。

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年以來使用數字化地震儀記錄數據，能記錄到 100km范圍內ML≥1.0地震，該臺地理坐標為 42°18′N、88°12′E。

2 資料和分析方法

2.1 研究數據

本文所采用的數據均取自新疆庫米什地震臺數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，新疆天山中部地區為選取的研究區，“庫米什地震窗”所對應中強地震的震源參數來自中國地震臺網統一地震目錄。

對于“庫米什地震窗”所對應中強地震的統計方法作如下規定：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80～90年代開始研究者對已開展的經驗性地震預測進行科學總結以解決固定研究區強震時間預測問題，并試圖給出概率解釋而逐漸發展起來的統計檢驗方法（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）——預測“無震”而實際發震的地震數/空間網格數與總的實發地震數/所占空間網格數之比；

τ（異常的時空占有率）——發出預測“警報”的時空范圍與總的時空范圍之比；

h（擊中數）——預測“有震”而實際發震的地震數/空間網格數；

H（擊中率）——預測“有震”而實際發震的地震數/空間網格數與總的實發地震數/所占空間網格數之比。

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

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，而當連線為（0，1）至（1，0）的直線時，Gain=1，則表示預測方法無統計顯著性。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，則預測效果越好。同時，還需考慮擊中數h所對應的顯著性水平。

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”預測指標的確定

以庫米什地震臺為中心，分析S-P≤10s范圍內ML≥1.0地震數據資料，研究該地區的小震活動，即為“庫米什地震窗”（或“庫米什窗”）的小震活動。根據歷史震例和異常的最佳對應原則的分析，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”的異常標準。

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系。由圖2可見，小震月頻次在小于54次的范圍內隨機波動，但是，其中有7個點呈現出大于54次/月的異常高值，而其后6個月內有6次MS≥5.5中強地震與之對應。這6次地震震中均位于北天山，其中，4次對應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的中強地震參數見表1。

圖2 “庫米什地震窗”小震月頻次與中強地震（MS≥5.5）間的對應關系

表1 “庫米什地震窗”小震月頻次異常與地震間的對應關系

“庫米什地震窗”所對應的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情況發現，7組異常對應了6次中強地震。依據許紹燮（1989）的地震預報能力評分方法，對“庫米什地震窗”窗口異常進行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測效能較高。

2017年以來，天山中部地區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日庫車相繼發生了MS6.6、MS5.7地震，2次中強地震前“庫米什地震窗”均出現了異常，其中，精河6.6級地震前3.3個月“庫米什地震窗”出現異常，震情窗小震月頻次4月份出現55次/月的異常，“庫米什地震窗”8月份出現月頻次54次的異常，異常結束后15天庫車發生了5.7級地震。由表1可見，“庫米什地震窗”對應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。距離最近的僅為60km，即在“庫米什地震窗”附近區域發震。

3.2 基于Molchan模型的“庫米什地震窗”預測效能評價

首先，將2008年以來“庫米什地震窗”的小震月頻次數據以及所對應的中強地震進行整理；然后，基于Matlab程序對小震月頻次數據和所對應地震之間的關系進行分析；再后，在統計檢驗時，可以根據映震時間的長短進行不同開窗指標的驗證；最后，獲取用于繪制Molchan檢驗圖的數據，同時，依據地震漏報率與預測地震時空占有率間的比率進行效能評價。

當Gain=1時，則表示預測方法無統計顯著性。預測效果以（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所包圍的面積多數位于 Gain=1以左的范圍內，預測效果相對較好。同時，結合上述R值評分檢驗結果分析認為，“庫米什地震窗”預測效能較好，可將其作為中短期異常指標進行日常跟蹤。

圖3 “庫米什地震窗”Molchan檢驗效果

4 結論與討論

（1）以庫米什地震臺為中心，選取S-P≤10s范圍內ML≥1.0小地震的月頻次，當小震月頻次≥54次時即為異常。2008年以來共出現異常7次，6次異常結束后均有5.5級以上地震發生，異常結束后中強地震發震的優勢時段為6個月，優勢發震區域為天山中部地區。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”均出現異常。

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

（3）基于Molchan模型的“庫米什地震窗”預測效能評價結果表明，“庫米什地震窗”預測效能相對較好，可將其作為中短期異常指標進行日常跟蹤。基于Molchan模型對“庫米什地震窗”的檢驗屬于初步嘗試，一些參數的設置需要經過不斷的調試進行完善，如開窗指標的條件和時間，都需要經過對不同“地震窗”預測效能的檢驗評價進行總結。