2017年精河6.6级、库车5.7级地震前“库米什地震窗”异常特征分析

张琳琳 敖雪明 聂晓红

新疆维吾尔自治区地震局，乌鲁木齐市新市区科学二街338号 830011

0 引言

2017年8月9日精河发生6.6级地震后，9月16日相距240km的库车县又发生了5.7级地震，这2次中强地震均发生在天山中部地区，该区域2011年11月1日尼勒克、巩留和2012年6月30日新源、和静相继发生了6.0级、6.6级地震，但是，近年来在此范围内5.5级以上中强地震（震群型地震除外）在1.5个月的时间内接连发生的情况实属罕见。因此，加强对该区域地震活动性的研究有着重要的意义。

“地震窗”的地震活动可用来表征区域构造应力场，即主要通过弱震活动形式来反映区域应力场变化的特殊构造部位。“地震窗”为新疆日常地震监测预测的重要手段之一，20世纪80年代“七五”科技攻关前后，新疆地震局开展了“地震窗”预测方法研究与应用，并取得了不同程度的效果。利用“地震窗”预测地震主要基于“地震窗”内周、月频次变化及其与中强地震间的对应关系来进行分析研究的（敖雪明等，1998；郑兆苾等，1999；陈运平等，2001；刘小凤等，2003；王培玲等，2004；姜秀娥等，1989；薛丁等，2012）。李莹甄等（2000）对伽师强震群活动期间“喀什地震窗”和“阿图什余震窗”异常特征进行研究发现，1997年几组后续6级地震前小震频次明显增加。王桂岭等（1991）对1990年新疆乌恰6.4级地震前“地震窗”的异常特征进行分析，并讨论了所得结果可能的物理机制。但是，随着新疆区域地震台的地震数据由模拟式记录改换为数字化记录，导致了原有“地震窗”资料的中断。因此，为满足短期地震预测的需要，以便于更加深入和系统地研究新疆各地震台数字记录数据，有必要重新普查并构建新的“地震窗”。“库米什地震窗”就是在这项研究中筛选出来的预测效能相对较高的窗口。

以库米什台为中心，选取2008年以来S-P≤10s范围内ML≥1.0地震的月频次进行分析，开窗指标主要以频次异常为主，2017年8月以来，天山中部地区相继发生了精河6.6级、库车5.7级地震，2次中强地震前“库米什地震窗”均表现出不同程度的异常，通过对“库米什地震窗”异常与北天山中强地震之间的关系进行分析，获取“库米什地震窗”的异常指标，同时对其预测效能进行评价，以期为北天山中强地震活动趋势研判提供参考依据。

1 “库米什地震窗”概况

“库米什地震窗”位于北天山地震带，历史地震活动水平较高，1600年以来，史料记载该区曾经发生过32次6级以上地震，其中，6级地震25次；7级地震 6次；8级地震1次，即1812年3月8日尼勒克8级地震。2008年以来，发现该区域微震、小震活动频繁，并且这些小震活动与北天山地区中强地震间具有一定相关性。

北天山地震带的强震活动以近EW向逆断裂为主，与逆冲-褶皱活动构造带关系密切。“库米什地震窗”构造区主要位于博罗科努-阿其克库都克断裂、伊犁盆地北缘、包尔图断裂和焉耆断裂等交汇区，这些断层性质主要以右旋走滑和逆冲为主（图1），周围地下构造背景复杂。

该窗口的选取是以库米什地震台为中心，以该台记录的S-P≤10s范围内小地震为资料作为常震的“库米什地震窗”。库米什台自2008年以来使用数字化地震仪记录数据，能记录到 100km范围内ML≥1.0地震，该台地理坐标为 42°18′N、88°12′E。

2 资料和分析方法

2.1 研究数据

本文所采用的数据均取自新疆库米什地震台数字地震仪观测记录的微震及小震资料。研究时段为2008年1月～2017年9月，新疆天山中部地区为选取的研究区，“库米什地震窗”所对应中强地震的震源参数来自中国地震台网统一地震目录。

对于“库米什地震窗”所对应中强地震的统计方法作如下规定：若是主-余型地震，则仅取主震；若是震群型、双震型地震，则取其最大地震或是第1个地震作为1次大震事件。

2.2 研究方法

Molchan图表法是20世纪80～90年代开始研究者对已开展的经验性地震预测进行科学总结以解决固定研究区强震时间预测问题，并试图给出概率解释而逐渐发展起来的统计检验方法（孙丽娜等，2012；蒋长胜等，2011；Jackson，2004）。该方法涉及的主要变量为：

υ（漏报率）——预测“无震”而实际发震的地震数/空间网格数与总的实发地震数/所占空间网格数之比；

τ（异常的时空占有率）——发出预测“警报”的时空范围与总的时空范围之比；

h（击中数）——预测“有震”而实际发震的地震数/空间网格数；

H（击中率）——预测“有震”而实际发震的地震数/空间网格数与总的实发地震数/所占空间网格数之比。

Molchan图表法主要使用τ和υ来进行统计评分，最佳预测效能对应在最大预测成功（υ→0）下付出最小的代价（τ→0）。τ在计算中常根据预测检验策略或要求的不同进行加权处理。

Molchan图表法的概率增益定义为

概率增益 Gain在图表中即为（τ，υ）至（0，1）连线的斜率，而当连线为（0，1）至（1，0）的直线时，Gain=1，则表示预测方法无统计显著性。在 Molchan图表中绘制τ～υ曲线，其中，τ∈［0，1］，υ∈［0，1］。地震预测效果的评估主要是在直观上比较（τ，υ）曲线与 Molchan图表的边界线τ=0、υ=0所包围的面积，面积越小，则预测效果越好。同时，还需考虑击中数h所对应的显著性水平。

图1 北天山地震带及震情窗口位置分布

3 “库米什地震窗”的映震分析

3.1 “库米什地震窗”预测指标的确定

以库米什地震台为中心，分析S-P≤10s范围内ML≥1.0地震数据资料，研究该地区的小震活动，即为“库米什地震窗”（或“库米什窗”）的小震活动。根据历史震例和异常的最佳对应原则的分析，定义“库米什地震窗”小震月频次≥54（即54次/月）为“库米什地震窗”的异常标准。

图2为“库米什窗”2008年1月～2017年9月小震月频次的变化及其与附近中强地震间的关系。由图2可见，小震月频次在小于54次的范围内随机波动，但是，其中有7个点呈现出大于54次/月的异常高值，而其后6个月内有6次MS≥5.5中强地震与之对应。这6次地震震中均位于北天山，其中，4次对应的中强地震震中位于北天山西段。小震月频次异常特征量以及所对应的中强地震参数见表1。

图2 “库米什地震窗”小震月频次与中强地震（MS≥5.5）间的对应关系

表1 “库米什地震窗”小震月频次异常与地震间的对应关系

“库米什地震窗”所对应的6次中强地震震中距为60～490km，其中，小于400km的有4次。分析“库米什地震窗”的实际资料异常与地震对应情况发现，7组异常对应了6次中强地震。依据许绍燮（1989）的地震预报能力评分方法，对“库米什地震窗”窗口异常进行R值评分检验，所得R值评分为0.45，高于具有97.5%置信度水平的R值（0.356），表明该方法的短期预测效能较高。

2017年以来，天山中部地区5级以上中强地震活动水平较高，尤其自8月以来，8月9日精河、9月16日库车相继发生了MS6.6、MS5.7地震，2次中强地震前“库米什地震窗”均出现了异常，其中，精河6.6级地震前3.3个月“库米什地震窗”出现异常，震情窗小震月频次4月份出现55次/月的异常，“库米什地震窗”8月份出现月频次54次的异常，异常结束后15天库车发生了5.7级地震。由表1可见，“库米什地震窗”对应中强地震的震中距有4次为300～490km，而且这4次中强地震均位于天山中部地区。距离最近的仅为60km，即在“库米什地震窗”附近区域发震。

3.2 基于Molchan模型的“库米什地震窗”预测效能评价

首先，将2008年以来“库米什地震窗”的小震月频次数据以及所对应的中强地震进行整理；然后，基于Matlab程序对小震月频次数据和所对应地震之间的关系进行分析；再后，在统计检验时，可以根据映震时间的长短进行不同开窗指标的验证；最后，获取用于绘制Molchan检验图的数据，同时，依据地震漏报率与预测地震时空占有率间的比率进行效能评价。

当Gain=1时，则表示预测方法无统计显著性。预测效果以（τ，υ）曲线与Molchan图表的边界线τ=0、υ=0所包围的面积来表示，面积越小，则预测效果越好（图3）。由图3可见，（τ，υ）曲线与Molchan图表的边界线τ=0、υ=0所包围的面积多数位于 Gain=1以左的范围内，预测效果相对较好。同时，结合上述R值评分检验结果分析认为，“库米什地震窗”预测效能较好，可将其作为中短期异常指标进行日常跟踪。

图3 “库米什地震窗”Molchan检验效果

4 结论与讨论

（1）以库米什地震台为中心，选取S-P≤10s范围内ML≥1.0小地震的月频次，当小震月频次≥54次时即为异常。2008年以来共出现异常7次，6次异常结束后均有5.5级以上地震发生，异常结束后中强地震发震的优势时段为6个月，优势发震区域为天山中部地区。2017年8月份以来，精河6.6级、库车5.7级2次地震前“库米什地震窗”均出现异常。

（2）当区域应力场增强时，潜在地震区均为应力集中点，而“库米什地震窗”介质的抗剪切强度因降低而出现小震频次增高异常，且可能反复出现，即多点的月频次异常对应地震孕育过程。通过“库米什地震窗”的异常特征可以判断北天山地震发震时间，但对具体发震地点难以判定。引起区域应力场增强的因素较多，如大震应力触发、地震构造活动等（张彬等，2008）。

（3）基于Molchan模型的“库米什地震窗”预测效能评价结果表明，“库米什地震窗”预测效能相对较好，可将其作为中短期异常指标进行日常跟踪。基于Molchan模型对“库米什地震窗”的检验属于初步尝试，一些参数的设置需要经过不断的调试进行完善，如开窗指标的条件和时间，都需要经过对不同“地震窗”预测效能的检验评价进行总结。