錢 才， 張 森, 孫 瓊， 張 翼， 高 榮

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011； 2.新疆維吾爾自治區(qū)呼圖壁縣地震辦(臺)，新疆 呼圖壁 831200)

根據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，2020年7月13日9時28分新疆維吾爾自治區(qū)霍城縣發(fā)生MS5.0 地震，震中位置為44.42°N、80.82°E，震源深度15 km。此次地震序列為孤立型?；舫荕S5.0地震發(fā)生在伊犁盆地西北緣，新近紀以來印度板塊向歐亞板塊的擠壓，使伊犁盆地的構造形態(tài)表現(xiàn)為近東西向和北西西向的斷塊隆起與下陷，幅度達數(shù)千米之多。本次地震采用CAP方法解算震源機制，斷層節(jié)面Ⅰ走向290°、傾角88°、滑動角-138°；節(jié)面II走向198°、傾角48°、滑動角-2°，震源區(qū)的地質構造主體喀什河斷裂帶西段(圖1)走向為NWW向，節(jié)面I較為符合發(fā)震斷層面，故認為節(jié)面I可能是霍城MS5.0地震的發(fā)震斷層面，即霍城MS5.0地震破裂以走滑為主。

圖1 霍城MS5.0地震附近主要活動斷裂Fig.1 Distribution of active faults around Huocheng MS5.0 earthquake

地震形成的過程中，孕震區(qū)介質發(fā)生物質能量交換[1]，前兆儀器能從地球內部變化信息中獲取地震前兆，反映了地震孕育到破裂過程中地下介質力學變化信息等[2]。前兆儀器架設在地表淺層，難免受到淺表圈層諸如氣象、荷載的干擾影響。觀測數(shù)據(jù)中混雜了干擾信號是普遍存在的[3]，干擾因素種類較多，影響機制復雜，增加了識別前兆異常的難度[4]。邱澤華和車用太等人提出識別地震前兆異常自然判據(jù)中一條即為非干擾性異常[5-6]。許多研究者在研究新疆北天山地震前兆信息時也取得了一些研究成果[7-12]，值得借鑒。

2020年1月以來，新疆MS≥5.0地震呈連發(fā)態(tài)勢，在7個月內發(fā)生MS≥5.0地震8次，本次霍城MS5.0地震處于連發(fā)過程。本文中對霍城地震前定點形變異常變化特征進行梳理和分析，歸納其演化規(guī)律，以便為該地區(qū)未來的地震預測提供科學依據(jù)。

1 震前異常概況

霍城MS5.0地震震中200 km范圍內共有定點地球物理觀測臺站11個，包括地傾斜、應變、地電、地磁、水位、水溫、氫氣和氣氡等共33個觀測臺項。震中100 km范圍內有5個地球物理定點觀測臺，分別是霍爾果斯臺、伊寧巴彥岱2井、伊寧巴彥岱1井、溫泉臺和伊寧喀鄉(xiāng)觀測站的共17個觀測臺項。100～200 km范圍內有察縣加尕斯臺、博樂新32井、尼勒克、鞏留、精河、特克斯杰里蘇6個地球物理定點觀測臺，共有16個觀測臺項(圖2)。根據(jù)判定異常的原則[5-6]，提取霍城MS5.0地震前背景異常3項，中期異常3項。定點前兆觀測異常臺站及觀測項目統(tǒng)計見表1。

圖2 霍城MS5.0地震附近定點前兆臺站分布圖Fig.2 Distribution of precursory-monitoring stations around Huocheng MS5.0 earthquake

表1 霍城MS5.0地震定點前兆異常統(tǒng)計表

2 震前定點形變異常特征分析

霍城MS5.0地震前識別的背景異常有溫泉水平擺、精河水平擺和伊寧GNSS。其中，溫泉水平擺、精河水平擺背景異常表現(xiàn)為趨勢轉折變化，伊寧GNSS表現(xiàn)為年變幅偏小變化。中期異常有尼勒克分量鉆孔應變，表現(xiàn)為反向拉張異常。短期異常有鞏留鉆孔傾斜和果子溝鉆孔傾斜，表現(xiàn)為傾斜速率加快和反向變化。

2.1 精河水平擺傾斜

精河水平擺EW分量自觀測以來年變周期規(guī)律，然而2016年9月轉向E傾，2017年2～3月未發(fā)生年變W傾，6月出現(xiàn)E傾速率減緩，被認定為前兆異常， 8月9日發(fā)生精河MS6.6地震。2018年2～3月EW分量仍未發(fā)生W傾，持續(xù)E傾，8月30日數(shù)據(jù)恢復正常，其后發(fā)生精河MS5.4地震。2016年9月以來EW分量保持E傾趨勢，背景異常明顯(圖3)。

2.2 溫泉水平擺傾斜

溫泉水平擺NS分量自2010年以來年變規(guī)律。2010～2013年呈趨勢N傾，發(fā)生了尼勒克—鞏留MS6.0地震和新源—和靜MS6.6地震，2014～2016年呈趨勢S傾，2016年再次轉為N傾，期間發(fā)生了精河MS6.6、精河MS5.4等地震。兩次N傾階段地震發(fā)生較為密集，特別是MS≥6.0地震。2016年至今NS分量趨勢N傾，并發(fā)生3次MS≥5.0地震，背景異常明顯(圖3)。

圖3 精河水平擺EW分量和溫泉水平擺NS日均值曲線Fig.3 Daily mean curves of EW component of Jinghe horizontal pendulum and NS component of Wenquan horizontal pendulum

2.3 伊寧GNSS

從2011～2020年的位移時間去趨勢序列來看，2016年開始伊寧GNSS與往年相比，位移時間序列年變幅度較2013年、2014年偏小，年變形態(tài)基本消失(圖4)。2017年8月9日精河MS6.6地震后，垂直向年變形態(tài)似乎有所恢復，年變轉向時間與往年基本一致，但年變幅度仍然遠遠小于2013～2014年的年變幅度。

圖4 伊寧GNSS去趨勢日均值曲線(a) 東西向 (b) 北南向 (c) 垂直向Fig.4 Daily value curves of Yining GNSS that remove the linear trend

2.4 尼勒克分量鉆孔應變

2015年有資料以來，尼勒克分量鉆孔應變儀EW、NE分量呈趨勢壓縮變化，狀態(tài)穩(wěn)定，每年3月份左右存在融雪干擾，表現(xiàn)為快速壓縮變化。2019年10月，尼勒克鉆孔應變四分量先后出現(xiàn)反向壓縮、拉張變化，最早出現(xiàn)反向拉張變化的是NE分量,轉向時間為10月1日，拉張幅度為0.69×10-6；EW分量的反向拉張變化發(fā)生在10月23日，拉張幅度為0.19×10-6(圖5)。NE和EW分量，反向時間發(fā)生在更換數(shù)采之前，異常持續(xù)時間較長，異?？煽浚?jīng)異常核實認定為前兆異常。EW分量的反向拉張異常于2020年2月13日恢復，對應此次地震；NE分量反向拉張仍持續(xù)，不能完全對應此次霍城MS5.0地震。

圖5 尼勒克分量鉆孔應變日均值曲線(a) 北東分量 (b) 東西分量Fig.5 Daily value curves of borehole strain in Nileke

2.5 鞏留鉆孔傾斜

2020年6月15日鞏留鉆孔傾斜NS分量快速S傾，18日轉為N傾，之后傾斜速率減緩，異常幅度為0.268″；EW分量快速反向E傾，18日轉為W傾后速率較快，異常幅度達到5.5″，6月20日異常結束(圖6)。本次快速變化的異常持續(xù)時間短、異常幅度大，發(fā)生在兩個分量上，異?？煽啃暂^高。該組快速變化具有短臨預測意義，對應霍城MS5.0地震。

圖6 鞏留鉆孔傾斜日均值曲線圖(a) 北南分量 (b) 東西分量Fig.6 Daily value curves of borehole tilt in Gongliu

2.6 果子溝鉆孔傾斜

果子溝鉆孔傾斜2020年4月16日曲線NS分量反向加速S傾變化，EW分量速率加快，兩分量 5月1日恢復，NS分量異常幅度達到0.099″，EW分量異常幅度達到0.164″(圖7)?，F(xiàn)場異常核實結果顯示，果子溝鉆孔傾斜2020年4月16日以來出現(xiàn)的兩分量反向、速率變化屬實，雖然可能受到連續(xù)強降雨引起地面載荷變化的影響，異常信度受到一定降低，但是異常變化真實，對應此次地震。

圖7 果子溝鉆孔傾斜日均值曲線圖(a) 北南分量 (b) 東西分量Fig.7 Daily value curves of borehole tilt in Guozigou

霍城MS5.0地震前觀測到異常共6項，從空間分布上異常臺站較為分散(圖2)，短期異常首先出現(xiàn)在震中的附近，隨后向外圍遷移。從時間進程上，中短期異常出現(xiàn)時間較為集中。異常數(shù)量在震前1～2個月增加明顯，地震發(fā)生在異常數(shù)目減少的過程中(圖8)。

圖8 霍城MS5.0地震前異常數(shù)量時間進程演化Fig.8 Evolution of anomaly quantity process before Huocheng MS5.0 earthquake

3 討論與結論

通過對2020年7月13日霍城MS5.0地震的定點形變異常進行分析，初步得出以下結論。

(1) 霍城MS5.0地震震中100 km范圍內有5個地球物理定點觀測臺，有17個觀測臺項，僅有溫泉水平擺和果子溝鉆孔傾斜出現(xiàn)異常。100～200 km范圍內有6個前兆臺站，共16個觀測臺項，僅有精河水平擺、尼勒克分量鉆孔應變和鞏留鉆孔傾斜出現(xiàn)異常。異常占比為15.2%，比例偏低(圖2)。

(2) 霍城MS5.0地震前觀測到中期異常1項，短期異常2項，異常形態(tài)均為反向加速變化。本次地震的前兆異?？臻g分布比較分散。中短期異常在震前出現(xiàn)時間較為集中，異常幅度較大，主要表現(xiàn)為方向突變、速率加快，持續(xù)時間較短。在距地震1～2個月前，前兆異常數(shù)目增加，而地震發(fā)生在短期異常結束、異常數(shù)目減少的階段。前人總結北天山地震前兆特征時也發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象[13-14]，可以作為判斷發(fā)震緊迫性的依據(jù)。

(3) 鞏留鉆孔傾斜和尼勒克鉆孔應變相距約39 km，尼勒克鉆孔應變出現(xiàn)異常的時間要早于鞏留鉆孔傾斜。這可能是因為尼勒克鉆孔應變位于阿吾拉勒山北坡斷裂南側，靠近本次發(fā)震的伊犁盆地北緣(喀什河)斷裂，而鞏留鉆孔傾斜位于鞏留南斷裂附近(圖1)，距離本次發(fā)震斷裂相對較遠，在孕育地震過程中，應力從震源區(qū)向外圍、不同地質結構擴散導致的。梅世蓉在解釋前兆場時認為，短臨異常具有震中外圍向震中遷移特征[15]，高麗娟等人在總結2013年哈薩克MS6.1地震異常時，發(fā)現(xiàn)異常在空間上存在有規(guī)律的由外圍區(qū)域向震中遷移的動態(tài)特征[16]。宋治平等在研究地震前兆時空階段特時發(fā)現(xiàn)在γ階段(相當于地震短臨階段)，前兆具有從外圍向震中收縮(γ1)和從震中向外圍擴散(γ2)特征[17]，本次霍城MS5.0地震前中短異常時空分布具有“遠-近-遠”的特點，較為符合這種規(guī)律。伊犁州的觀測手段大多于2015～2016年架設，2016年以后數(shù)據(jù)才趨于穩(wěn)定，觀測資料積累較短。本次地震前，沒有識別出流體、重力和GPS類前兆異常，可能與震源區(qū)地質構造、孕震環(huán)境、臺站分布等因素相關，也表明產(chǎn)生前兆異常根源的復雜性[18]，仍需要我們不斷探索與研究。