2020年1月16日新疆库车县发生MS5.6地震，地震发生后对库尔勒地震台部分资料出现的中短期异常进行识别分析。得出，地震发生前“库米什地震窗”ML≥1.0级地震月频次出现高值异常，库尔勒台尾波持续时间比值、尾波衰减系数、周期比值出现低值异常，库尔勒台时间扫描计算AC值、A(b)值、P(b)值、最小二乘法b值等4个参数超限，这些中短期异常与库车5.6级地震对应较好。
The MS5.6 earthquake occurred in Kuche County，Xinjiang on January 16th，2020. After the earthquake，the medium and short term anomalies in some data from Korla Seismic Sation were identified and analyzed. It is concluded that the monthly frequency of earthquakes with ML≥1.0 in the"kumishi seismic window"has high value anomaly before the earthquake，and the ratio of coda duration time，coda attenuation coefficient and period ratio of The Korla Station appears low value anomaly；the four parameters such as AC value，A(b)，P(b)value and least square method b value calculated by time scanning of Korla Station are beyond the limits. These medium and short term anomalies correspond well with the Kuche MS5.6 earthquake.
引言 根据中国地震台网测定，2020年01月16日16时32分38秒(北京时间)在新疆阿克苏地区库车县发生5.6级地震，微观震中位置为41.21°N、83.60°E，震中深度16 km；震中距离沙雅县城69 km，库车县城78 km，乌鲁木齐市438 km。震源区周围200 km范围内近5年来发生3级以上地震共141次(图1 )，最大地震为2017年9月16日库车5.7级地震，这些地震集中分布在震中北侧，震中南侧为塔克拉玛干沙漠，地震活动较弱。
从地震发生位置来看，震中位于南天山中东段，塔里木盆地北缘，发震构造为近东西向的早更新世断层—尉犁隐伏断层，震中北侧构造运动较为复杂，有牙哈隐伏断裂、东却勒塔格断裂、秋里塔格断裂等，断层性质多为逆断[1] (图1 )。根据新疆台网60个台站记录到的清晰P波初动结果，计算得到库车MS 5.6地震震源机制解，表1 给出来源不同的震源机制解结果，结果一致均为走滑型断裂。库车MS 5.6地震为主震—余震型，最大余震为1月19日ML 3.9地震，ML ≥1.0余震主要分布在震源区15 km范围内，总体呈近东西向展布，与发震构造尉犁隐伏断裂走向基本一致。本文主要对库车5.6级地震前部分测震学异常进行分析，总结中强地震前的异常特征，以期为今后地震预测提供震兆信息。
表1 2020年1月16日库车Ms5.6地震震源机制解
图1 库车地震区域构造及震源机制解
1 数据选取 库尔勒501测震台自2007年12月架设开始观测，仪器状态良好，基本无断记情况；库米什测震台自2008年以来使用数字化地震仪记录数据，仪器运行稳定。运用单台小震优势分布法、logN-M法和b值计算法对库尔勒501测点和库米什测点进行单台控震能力计算，并用M-Δ法验证结果，得到库尔勒501测震台0~100 km、101~200 km、201~300 km内的监测能力分别为ML 1.2、ML 1.7、ML 2.1；库米什测震台0~100 km、101~200 km、201~300 km内的监测能力分别为ML 0.6、ML 1.3、ML 1.7[2] 。
“库米什地震窗”以库米什测震台为中心，选取2008年以来100 km范围内ML ≥1.0地震作为研究资料，分析S-P≤10 s范围内ML ≥1.0小震的月频次；库尔勒单台地震波参数以库尔勒501测震台为中心，选取2012年1月1日至2020年2月29日期间距离台站80~250 km范围内ML ≥2.0且震相清晰、干扰较小的地震作为研究资料；库尔勒台地震学参数时间扫描计算以库尔勒501测震台为中心，选取2012年1月1日至2020年2月29日期间距离台站0~250 km范围内ML ≥2.0且震相清晰、干扰较小的地震作为研究资料；计算中数据选择的具体范围如图2 所示。
图2 数据选取范围及库尔勒501测震台250 km范围内中强地震空间分布
2 “库米什地震窗”异常特征 “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。
“库米什地震窗”位于北天山地震带，历史活动水平较高，1600年以来，史料记载该区曾发生过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。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的相关性。“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3 )，周围地下构造背景复杂[3] 。
图3 北天山地震带及震情窗口位置分布
张琳琳、敖雪明等人通过普查与系统研究，根据历史震例和异常最佳对应原则，定义小震月频次≥54次为“库米什地震窗”的异常标准，优势对应区域为天山中部地区，优势发震时间为6个月，地震震级≥5.5，“库米什地震窗”对应中强地震效果好，通过R值评分统计检验，具有较高的短期预报效能[3] 。
2008年以来，“库米什地震窗”小震月频次共出现10次高值异常，在其后6个月内对应了8次中强地震(表2 )，异常对应比例80%，由此可见“库米什地震窗”的映震效果比较好。2019年9月份，“库米什地震窗”小震月频度为61次，超过了异常标准值，出现高值异常，在间隔3.5个月后于2020年1月16日发生库车5.6级地震，此次高值异常很好的对应了库车5.6级地震，异常形态为“高值—低值—发震”(图4 )。
表2 “库米什地震窗”小震月频次异常与地震间的对应关系
图4 9库米什地震窗”小震月频次与中强地震间的对应关系
3 库尔勒台地震波参数异常特征 国内外许多地震学者的研究结果表明:在地震的孕育过程中，震源区及其周围介质会随应力的增强与释放而发生一系列相应的变化，如裂隙的增多、串通与闭合等，这将导致在该介质中传播的地震波的动力学特性发生改变[4] 。冯德益等人的研究表明，在波速异常期间，地震波的一些动力学特征如振幅、周期等均可能发生变化[4-6] 。王筱荣、曲延军、李志海、杨欣等研究发现在中强地震前震区附近地震的振幅比、尾波持续时间、尾波衰减系数等地震波参数出现不同程度的异常，可以利用地震波参数进行短临跟踪和短临预报[7-11] 。
3.1 尾波持续时间比τ值
松散介质对波的吸收率大于塑性介质对波的吸收率。随着应力的增加和孕震区介质性质的改变，地震波的特性也将发生变化，即地震波衰减减弱。利用τ值来表征其变化，规定
式(1)中τV为垂直分向上尾波持续时间，τEW 、τSN 为水平分向上的尾波持续时间[12] 。
3.2 尾波衰减系数a值
当地震不太大时，地震尾波外包络线形状的经验公式为[13] :
lgA(t)=c-0.5lgt-at (2)
式(2)中，A(t)为t时刻尾波的振幅，t为波的走时，c为常数。a值越大，振幅随时间的衰减越快。设t1 时刻尾波振幅为A1 ，t2 时刻振幅为A2 ，则由上述公式得到
3.3 周期比
周期比是地震波n个S波和P波周期长度的比值，即Si 表示S波初动第n个周期，TPi 表示P波初动后的第n个周期[14] 。
库尔勒单台地震波参数以均值作为控制线，优势对应501测震台250 km范围内的MS ≥5级地震，优势发震时间为3个月。2012年1月1日至2020年2月29日期间库尔勒501测震台250 km范围内共发生MS ≥5级地震11次(图2 )。
由表3 和图5 可知，在2020年1月16日库车5.6级地震发生前库尔勒尾波持续时间比、尾波衰减、周期比值在大致相同的时间段出现了低值异常。尾波持续时间比值在2019年11月5日开始持续低值，12月17日后数据恢复高值异常结束，异常持续1.5个月，期间在11月24日有一次高值突跳，数据恢复正常后30天发生库车5.6级地震，异常表现形态为“低值—高值突跳—回返—发震”；尾波衰减系数值在2019年10月24日开始低值异常，12月28日数据恢复高值异常结束，异常持续2个月，数据恢复正常后19 d发生库车5.6级地震，异常形态表现为“低值—回返—发震”；周期比值在2019年10月28日开始低值异常，2020年1月7日数据恢复高值异常结束，异常持续2.3个月，数据恢复正常后9 d发生库车5.6级地震，此次地震距离501测点200 km，异常形态表现为“低值—回返—发震”。
表3 库尔勒台地震波参数异常与库车5.6级地震对应关系
图5 库尔勒台地震波参数时序图
结合以往的几次震例来看，在中强地震发生前库尔勒台地震波参数会有2个月甚至更长时间的低值异常，在数据恢复高值后的3个月内发生地震；同时有2个参数出现低值异常时后续对应中强地震的概率比较高，自2012年1月以来共出现6次同时有2个参数低值异常的情况，其中有4次对应了中强地震，异常对应率为66.6%。
4 库尔勒台地震学参数时间扫描异常特征 地震活动性参数可用于描述区域地震活动性特征[15] 。中强地震发生前，地震活动会发生变化，地震学参数出现异常，这些异常可以作为一种前兆现象，对后继大震的发生起到一定程度的预测作用[16] 。
4.1 地震算法复杂性AC值
地震算法复杂性AC值是一种描述时间序列复杂性的表征量，可以用来鉴别地震过程究竟是完全随机的涨落，还是受某种决定论动力学规律支配的过程[17] 。
4.2 A(b)值、P(b)值
A(b)值作为描述各地区地震活动性的定量参数，考虑了一个地区的地震活动性、震级和频次各方面的因素，可以直接定量反映地震活动的“增强”或“平静”。A(b)值的本质是一个地震集合的折合震级，它的主要成分是该集合中的较大地震震级；P(b)值为小地震动态参数，可以综合表示频度和平均震级的综合效应[17] 。
4.3 b值
著名震级-频度关系式lgN=a-bM中的系数b反映了大小地震的比例关系，b值是随空间和时间而变化的，进行时间扫描时一般采用线性最小二乘法[17] 。
库尔勒台地震学参数时间扫描计算以1个月为步长、3个月为窗长进行扫描，得到2015年至2020年2月的地震学参数时间扫描曲线(图6 )，根据近9年来的震例绘制了各参数的控制线。在库车5.6级地震发生前AC值、A(b)值、P(b)值、最小二乘法b值等4个参数均出现了一定程度的超限情况(表4 )，其中AC值在2019年4月至7月出现高值异常，A(b)值在2019年4月至7月上旬出现低值异常，P(b)值在2019年4月至8月出现高值异常，最小二乘法b值在3月下旬至9月上旬出现高值异常；此次地震前各参数的异常形态与之前4次地震发生前的异常形态一致，但是本次异常结束至发震时间间隔较长在5~6个月，而前4次地震的发震时间在3个月之内。
表4 库尔勒台地震学参数时间扫描异常与库车5.6级地震对应关系
图6 库尔勒台地震学参数时间扫描曲线
5 结语 结合历史震例以及本次库车Ms5.6地震前“库米什地震窗”、库尔勒台地震波参数和地震学时间扫描计算三类参数的资料变化情况，总结得到
(1)“库米什地震窗”的异常形态为“高值—低值—发震”，对应的8次地震中有3次发生在异常结束后3个月内，有5次发生在异常结束后3至6个月内，2020年1月16日库车MS 5.6地震发生在异常结束后3.5个月。
(2)库尔勒台地震波参数的异常形态为“低值—回返—发震”或“低值—高值突跳—回返—发震”，对应的中强地震发生在异常结束后3个月内。
(3)库尔勒台地震学参数时间扫描计算的异常形态为“超限—回返—发震”，对应地震发生前AC值、A(b)值、P(b)值、最小二乘法b值等4个参数均会出现超限情况，超限持续时间有所差别，2020年1月16日库车MS 5.6地震发生在异常结束后3至6个月内，之前对应的几次地震均发生在异常结束后3个月内。
(4)本次库车MS 5.6地震前，“库米什地震窗”、AC值、A(b)值、P(b)值、最小二乘法b值等5项异常为中期异常，库尔勒单台尾波持续时间比值、尾波衰减系数、周期比值等3项异常为短期异常。
(5)当库尔勒台地震波参数中有≥2个参数出现异常或地震学参数时间扫描计算4个参数同时出现异常时，在异常结束后3个月内对应库尔勒501测震台250 km范围内MS ≥5.0地震的概率很高。“库米什地震窗”出现高值异常后，后续6个月内在天山中段很可能发生MS ≥5.5地震，如果库尔勒地震波参数和地震学时间扫描计算在相同时间段内也出现异常那么目标地震的空间范围可以缩小到库尔勒501测震台250 km范围内，发震时间缩小为3个月左右，“库米什地震窗”对应的8次地震中有3次地震(2012年新源—和静MS 6.6级地震、2017年库车MS 5.7级地震、2020年库车MS 5.6级地震)符合这种情况。
(6)台站资料更新快、便于追踪，充分利用台站第一手资料，总结分析台站资料的异常变化特征，找准中强地震发生前的中短期异常信息，争取在日后的工作中将越来越多的震后总结变为震前异常识别。
表1 2020年1月16日库车Ms5.6地震震源机制解 图1 库车地震区域构造及震源机制解 图2 数据选取范围及库尔勒501测震台250 km范围内中强地震空间分布 图3 北天山地震带及震情窗口位置分布 表2 “库米什地震窗”小震月频次异常与地震间的对应关系 图4 9库米什地震窗”小震月频次与中强地震间的对应关系 表3 库尔勒台地震波参数异常与库车5.6级地震对应关系 图5 库尔勒台地震波参数时序图 表4 库尔勒台地震学参数时间扫描异常与库车5.6级地震对应关系 图6 库尔勒台地震学参数时间扫描曲线
初动至尾渡衰减到震前几分钟最大噪声的两倍为尾波持续时间，计算公式为
(1)
(3)
。式中TSi表示S波初动第n个周期，TPi表示P波初动后的第n个周期[14]。
