摘要：使用新疆阿克蘇臺和庫爾勒臺斷層氫氣觀測數據，研究氫氣的映震能力；結合潮汐應力與氫氣動態(tài)變化之間的關系，采用加卸載響應比方法對這2個臺斷層氫氣的異常變化機理和映震機制進行研究，分析潮汐應力加載狀態(tài)下氫氣的響應特征；對比原始觀測數據與加卸載響應比映震效能，提高異常識別能力。結果表明：斷層氫氣變化具有潮汐效應，在地殼應力加載作用下，對潮汐應力反應靈敏，氫氣高值異常多出現在調制時段；加卸載響應比計算結果顯示，相對于原始觀測數據異常指標報準率，加卸載響應比的預報效能更優(yōu)，LURR=1.02可作為斷層氫氣的異常閾值，超閾值后觀測點周邊地區(qū)短期存在5級以上地震活動危險性。該指標通過了R值檢驗評估。

關鍵詞：斷層氫氣；加卸載響應比；異常機理；地震前兆；構造活動

中圖分類號：P315.72 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2025）02-0210-10

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0022

0 引言

地殼中的氣體是地下流體的重要組成部分。斷層破碎帶所具有的裂隙是氣體遷移的天然通道，由斷裂帶釋放的地下氣體因其攜帶地殼深部信息而成為探索地殼內部物質演化和動力學過程的重要信息源（Beckon et al，2008）。氫氣作為粒徑最小、質量最輕的一種氣體，具有遷移速度快、穿透性強、難溶于水等特點，是斷層逸出氣體的重要組成部分。氫氣在大氣中含量較少，約為0.5 ppm，而在地殼深部5～8 km處蘊藏較豐富，尤其是在斷裂帶處逸出較多、濃度較高（車用太等，2015）。“汶川沿斷層深鉆科研項目”WFSD-2/3井觀測顯示，在地下600～700 m和1 000～2 000 m深處出現富氫區(qū)。

國內外地震學家已經把斷層氫氣作為監(jiān)測構造活動或者地震活動的一種有用工具（Chen et al，2018；劉兆飛等，2019；Zgonnik，2020；劉春國等，2022）。范雪芳等（2016）、康健等（2019）、劉海洋等（2020）在一些地震前觀測到明顯的斷層氫氣異常變化；方震等（2020）、范雪芳等（2020）認為斷層氫氣一般對周邊地區(qū)5級以上地震反映較靈敏，映震效果較好，這些震例說明氫氣變化可能是地震成核過程中的有效地球化學信號，但是其背后的異常形成機理以及影響因素還需進一步探索，異常特征的可重復性還需進一步論證。從觀測數據來看，氫氣變化與氣象因素和地表環(huán)境因素有一定關系（鐘駿等，2021；閆瑋等，2023）；從構造上講，斷層滑動速率、斷層閉鎖程度、上下盤裂隙發(fā)育程度等也會影響氫氣的觀測濃度（孫小龍等，2017）。這些因素混合在一起將會影響研究人員對地震前兆異常的識別，很難判斷干擾變化中是否包含構造活動信息，這需要對氫氣在應力增強背景下的異常響應機制進一步深入分析。

加卸載響應比（Load/Unload Response Ration，LURR）是研究非線性系統(tǒng)在失穩(wěn)前加載和卸載不同響應的參數。尹祥礎等（1987，1994）基于巖石本構關系提出了加卸載響應比理論在地震預測中的應用，之后與多種地球物理觀測相結合（許延軍等，2022；Yu et al，2020；辛建村等，2022；Zhao et al，2022；Jia et al，2022），從力學角度獲得了地球物理場異常認知。巖石介質在地殼應力作用下，當應力積累水平超越巖石彈性極限時將進入塑性屈服階段，潮汐應力的擾動會加速巖石破裂失穩(wěn)，如2007年云南寧洱MS6.4地震受潮汐應力調制影響而失穩(wěn)破裂（解朝娣等，2015）。斷層氫氣在應力加載和卸載過程中的響應如何？氫氣變化是否具有固體潮效應？基于觀測數據，使用加卸載響應理論可研究震源區(qū)介質破裂演化物理過程，在巖石的破裂過程中氫氣逸出量會發(fā)生變化，當潮汐應力加載到巖石裂隙表面時可能也會影響氫氣濃度的動態(tài)變化，這為開展氫氣加卸載響應比研究提供了理論支撐。鐘駿等（2021）研究發(fā)現氫氣濃度變化具有半日周期，并推測這可能與固體潮或者儀器固有頻率有關。本文借鑒中國CSEP檢驗中心的加卸載響應比理論模型，將加卸載響應比方法應用于新疆阿克蘇臺和庫爾勒臺的斷層氫氣觀測值的處理，研究氫氣異常變化與潮汐應力加載之間的關系，判斷應力增強對氫氣變化產生的影響，進一步認識氫氣異常變化機理過程，提高異常的識別判定能力。

1 數據與方法

1.1 觀測臺站及數據概況

本文研究使用新疆阿克蘇和庫爾勒2個斷層氫氣觀測臺站的數據，2個觀測臺站均位于塔里木盆地和天山結合處（圖1）。受印度板塊推擠，塔里木塊體向北插入天山下，使該地區(qū)斷裂比較發(fā)育（張先康等，2002），地震活動強烈，圖1展示了2013—2024年觀測臺站周邊地區(qū)MS≥5.0地震分布。阿克蘇氫氣觀測臺位于南天山西段柯坪斷裂的東端次級斷裂上，該斷裂傾向SE，傾角70°～85°，為全新世活動斷層，巖石裂隙較為發(fā)育（劉海洋等，2020；鐘駿等，2021），臺站周邊地區(qū)地殼變形強烈，由南向北發(fā)育一系列疊瓦狀逆沖褶皺構造，中強地震頻發(fā)，2024年1月23日烏什7.1級地震就發(fā)生在此區(qū)域附近。庫爾勒氫氣觀測臺位于南天山東段北輪臺斷裂（霍拉山山前斷裂）、辛格斷裂、興地斷裂的交會處，北輪臺斷裂屬于全新世活動斷裂，傾角60°～75°，第四紀以來活動性明顯，觀測斷層為北輪臺—辛格銜接斷層，走向NE-NEE，傾向NW，傾角35°～80°（閆瑋等，2023）。

2個臺的氫氣觀測始于2013年11月，數據采樣間隔為整點值，觀測數據整體上平穩(wěn)可靠（圖2），但是存在氣象、電源故障、儀器更換、儀器背景噪聲等引起的突跳現象。圖2中實線框部分為干擾引起的變化，虛線框為異常階升變化，異常對應的地震用箭頭進行了標注，反映了震前氫氣異常形態(tài)。從圖中可看出，干擾變化與異常變化具有相似形態(tài)，會影響工作人員對異常的識別。庫爾勒臺氫氣觀測數據具有較好的年變趨勢（圖2a），與氣象因素有一定的相關性（鐘駿等，2021；范雪芳等，2020），但是對其周邊300 km范圍內MS≥5和400 km范圍內MS≥6地震沒有明顯的震前響應。阿克蘇臺氫氣觀測數據也具有年變趨勢，并且在其周邊300 km范圍內10次MS≥5.0地震前出現了短期異常變化（圖2b），為震情短臨跟蹤提供了幫助。

1.2 研究方法

1.2.1 數據預處理

氫氣觀測數據與氣象因素有一定相關性，所以在計算之前先采用多元線性回歸分析方法對數據進行處理，消除氣溫、氣壓等氣象因素對氫氣濃度的影響。本文基于MapSIS軟件采用濾波方法消除突跳和故障數據影響，盡可能保留斷層氫氣真實數據，從而獲得斷層活動變化特征。

1.2.2 加卸載響應比方法

加卸載響應比方法是從力學角度對非均勻脆性介質的損傷演化過程進行判斷，揭示該介質在受應力作用過程中的非線性變化過程（尹祥礎等，1994）。圖3為阿克蘇臺氫氣整點觀測值曲線（虛線）與臺站所處位置理論固體潮曲線（實線）的對比。從圖可以看到兩者具有準同步性，氫氣的半日周期與理論固體潮具有較強相關性，相關系數為0.94，說明氫氣濃度變化包含了潮汐影響成分，適用加卸載響應比方法進行計算。

本文以60天窗長為時間窗的氫氣濃度觀測數據作為響應量，計算加卸載響應比時間序列。加卸載響應比定義為：

式中：“+”表示加載；“-”表示卸載。用P和R分別代表載荷和響應，載荷P發(fā)生ΔP的變化時對應產生響應R的變化為ΔR；X為某一時刻巖石響應率，表示為：

當系統(tǒng)處于彈性階段時，巖石對加載時的響應率與卸載時的響應率相當，即X+≈X-，Y≈1；當系統(tǒng)處于擴容階段時，加載時的響應率明顯大于卸載時的響應率，即X+gt;X-，Ygt;1。可以根據引潮力在觀測點處引起的庫侖應力變化（ΔCFS）來判斷加載和卸載過程（尹祥礎，尹燦，1991），引潮力在觀測點處引起的庫侖應力變化用潮汐有效剪應力在構造有效剪應力方向上的投影表示為：

式中：τ代表潮汐有效剪應力；μ為斷層面上的滑動矢量，即構造剪切應力方向，具體的計算方法見Yu等（2020）研究。考慮庫侖應力的變化率，確定加載和卸載的參數可表示為：

式中：pgt;0表示加載，plt;0表示卸載。按照公式（4），結合任意觀測點處的構造剪切應力方向（μ），即可以判定其任意時刻的加卸載狀態(tài)。

本文選取的數據時段為2013年11月10日至2024年1月15日，數據窗口窗長為60天，滑動步長為20天，選取距離觀測臺站較近、屬于同一構造區(qū)域的顯著地震震源機制參數作為地質構造參數（表1），該參數代表了觀測站區(qū)域構造特征，能夠反映構造產狀信息，不同構造參數將對加卸載響應比結果具有一定的影響。

1.2.3 映震效能評估方法

本文用R值評分方法進行預報效能評估，這是一種直觀高效的效能檢驗方法，在效能評價中應用比較廣泛（馬宏生等，2004；王喜龍等，2022），計算公式為：

式中：c為地震報準率；b為預報時間占有率。將R值與具有97.5%置信水平的R0進行比較，若Rgt;0，且R≥R0，則通過效能檢驗。

2 研究結果

對阿克蘇臺和庫爾勒臺氫氣觀測值進行加卸載響應比計算，結果如圖4所示。由圖可見，2個臺站氫氣LURR背景值在1附近波動，但在震前出現了一些明顯變化。庫爾勒臺自開始觀測以來其周邊地區(qū)300 km范圍內發(fā)生MS≥5地震和400 km范圍內發(fā)生MS≥6地震共計8次，地震的具體參數見表2。圖4a與表2中地震的編號一一對應。將加卸載響應比時間序列與地震目錄進行對比分析后發(fā)現，8次地震中有5次震前出現了LURR高值異常，最大值為1.06，異常閾值參考均值+標準差（Deb et al，2018），選取為1.02，報準率為62.5%，漏報率為37.5%；按照閾值篩選，超閾值異常出現4次，后續(xù)均有MS≥5.0地震發(fā)生，異常對應率100%，虛報率為0。

阿克蘇臺自觀測以來周邊地區(qū)300 km范圍內發(fā)生MS≥5.0地震和400 km范圍內發(fā)生MS≥6.0地震共計21次，地震的具體參數見表3，圖4b中地震編號與表3中地震的編號一一對應，從圖中可以看出在地震較平靜的2015—2017年，LURR值在1附近小幅波動，而自2017年以后，LURR值波動幅度變大，最大值為2023年12月6日的1.07。以均值+1倍標準差為異常閾值（Deb et al，2018），此結果相對于背景變化能夠突出顯示異常。結合地震情況，異常閾值選取為1.02，21次地震中，有19次地震前一段時間內出現LURR值超閾值異常變化（圖4b），報準率為90.5%，漏報率為9.5%；按照閾值篩選，超閾值異常出現9次，有8次異常出現后在半年內發(fā)生了MS≥5.0地震，LURR值異常對應率88.9%，虛報率為11.1%。

3 討論

3.1 原始觀測數據與加卸載響應比時間序列映震效能對比分析

庫爾勒臺氫氣原始觀測數據在周圍MS≥5.0地震前未出現明顯異常，映震效能較弱。對庫爾勒臺氫氣觀測值經過加卸載響應比計算后，發(fā)現4次LURR值異常，報準率為62.5%。利用R值進行映震效能評估檢驗（表4）顯示，庫爾勒臺氫氣LURR值異常具有較好的短期預測意義（90天內發(fā)震），R=0.4，且Rgt;R0；預測意義最優(yōu)天數為130天，此時R相對R0更為顯著，R=0.48。

阿克蘇臺氫氣原始觀測數據在震前反應較為靈敏，出現14次異常（表5），異常以快速上升為主，異常幅度在1 ppm以上。9次異常對應地震，對應率為64%，虛報率36%。阿克蘇臺周邊地區(qū)21次MS≥5.0地震中，對應11次地震，報準率為52.4%，漏報率為47.6%。表4中R值計算顯示，最佳預測期為80天，R=0.25，且Rgt;R0，說明阿克蘇臺氫氣對短期預測有較大意義。在對阿克蘇臺氫氣觀測數據進行LURR處理計算后，LURR異常對應率為88.9%，虛報率為11.1%，報準率為90.5%。對漏報率為9.5%，LURR值異常和原始數據異常對應率進行對比，異常對應率提高了24.9%，報準率提高了38.1%，說明加卸載響應比異常效能更高。對其進行R值評估檢驗（表4），90天內R接近R0，最佳預測期為150天，R=0.31，且Rgt;R0，通過效能檢驗。結合R值評分結果可以看出，阿克蘇臺氫氣原始異常優(yōu)勢預測期更偏向于短期，而LURR值異常優(yōu)勢預測期略長，這可能有兩方面原因，一是LURR值異常報準率較高，占用時間較長；二是LURR值異常代表了地震成核弱化的開始，預示著后續(xù)的局部應力釋放和氫氣的快速上升。從總體對比結果來看，斷層氫氣LURR的映震效能要優(yōu)于原始觀測數據，說明加卸載響應比的時間序列演化對構造活動反應更靈敏。

3.2 異常響應機理分析討論

加卸載響應比結果反映的是斷層巖石中氫氣在潮汐應力周期加載作用下的動態(tài)變化特征。潮汐應力加載到地殼裂隙表面時，圍巖應力增加，通道收縮，壓迫其中氣體運移；在潮汐應力周期性加卸載作用下，裂隙做周期性張縮運動，并伴隨有氣體逸出量的動態(tài)周期性變化。當斷層所處的應力環(huán)境處于臨界狀態(tài)時，加載的潮汐應力在斷層應力的方向上促使圍巖介質進一步破裂，裂隙密度增加。圍巖介質的破裂、巖石新鮮破裂面的水巖反應、深部氣體的運移等增加了斷層中氫氣的供給（Wang et al，2023；Zgonnik，2020），而增加的地下流體，作用于圍巖表面促使圍巖發(fā)生雷賓德爾效應進一步弱化破裂（Giuntoli et al，2024）。

斷層氫氣的變化反映了構造活動變化，加卸載響應比計算結果顯示氫氣在潮汐應力作用下出現了不同的響應（Biagi et al，2006），從理論上講，在原始觀測數據異常中也應該包含潮汐調制的信息。表5中顯示的14次氫氣異常的發(fā)生時間大部分為農歷的朔、望和上下弦調制時間段附近，即異常時間與潮汐加卸載具有同步性。圖5展示了阿克蘇臺氫氣異常與理論固體潮同步關系對比，圖中虛線框為氫氣高值異常發(fā)生在固體潮汐加載峰值階段，說明氫氣釋放異常與潮汐應力加卸載有很大關系，即當氫氣異常出現在調制敏感時間段時，很有可能反映的是構造活動，后續(xù)地震的發(fā)生時間可能也需要關注調制時間段。使用2020—2021年阿克蘇臺氫氣原始觀測數據出現連續(xù)5次異常虛報，時間臨近的幾次變化有可能反映的是一組異常信息，構造活動中斷層的蠕滑可能也會引起氫氣異常釋放。表2、3顯示使用氫氣原始觀測值漏報地震與震源深度、震中距無明顯關系，漏報原因可能與地殼應力的非均勻釋放有一定關系。

從響應變化機理看，氫氣的朔望調制潮汐效應反映了在潮汐應力作為正應力作用下地殼巖石裂隙的彈性張縮，改變了圍巖壓力，加速了氫氣的釋放。而加卸載響應比理論則從庫侖剪切應力的角度反映了氫氣的變化過程，預示著在斷層面滑動矢量方向上剪切應力增強（Yu et al，2020），超過巖石的抗剪強度，造成巖石破裂、裂隙擴展。地震表征的巖石介質的破裂是由斷層面上剪切應力作用形成的（Byerlee，1978；Stein et al，1994）。在地殼應力增強過程中，正應力促使巖石發(fā)生彈性變形，而剪應力才是巖石破裂、裂隙擴展的主要因素。Wang等（2023）基于斷層氫氣來源分析認為，斷層氫氣的響應變化跟剪應力有較大關系。加卸載響應比異常的出現，說明地殼巖石介質處于高應力階段，在潮汐有效剪應力加載下，巖石破裂和水巖反應加劇了氫氣釋放，裂隙的增加和貫通為地表氫氣觀測提供了幫助。此時加載階段和卸載階段的氫氣逸出量響應變化出現明顯差異，巖石介質進入亞失穩(wěn)狀態(tài)。

4 結論

本文對潮汐應力與新疆阿克蘇臺和庫爾勒臺斷層氫氣觀測數據氫氣動態(tài)變化之間的關系進行分析，利用加卸載響應比方法對斷層氫氣的異常變化機理和映震機制進行了研究，主要得到以下結論：

（1）斷層氫氣變化具有潮汐效應，在地殼應力加載作用下，氫氣變化對潮汐應力反應靈敏。

（2）阿克蘇臺斷層氫氣原始觀測數據的異常識別跟蹤過程中，潮汐調制時段出現的斷層氫氣異常變化可能反映了區(qū)域構造活動信息，預示著附近區(qū)域具有MS≥5.0地震危險性。

（3）加卸載響應比方法與氫氣觀測結合的異常識別能力和映震效能優(yōu)于原始觀測數據。阿克蘇臺氫氣原始觀測異常報準率為52.4%，LURR值異常報準率為90.5%；庫爾勒臺氫氣原始觀測異常報準率為0，LURR值異常報準率為62.5%，預報效能大幅提升。斷層氫氣LURR值超過閾值1.02，對觀測臺周邊MS≥5.0地震有一定中短期預測意義，該指標通過了R值檢驗評估。加卸載響應比方法的應用提高了氫氣異常識別能力，揭示了構造活動加載下氫氣變化的成因機制，這對進一步認識斷層氫氣與構造活動的關系有一定幫助。

本文采用CSEP中國檢驗中心LURR方法及R值評分模塊，部分圖件使用繪圖軟件GMT繪制，在此一并表示感謝。

參考文獻：

車用太，劉耀煒，何钄.2015.斷層帶土壤氣中H2觀測——探索地震短臨預報的新途徑［J］.地震，35（4）：1-10.Che Y T，Liu Y W，He L.2015.Hydrogen monitoring in fault zone soil gas：A new approach to short/immediate earthquake prediction［J］.Earthquake，35（4）：1-10.（in Chinese）

范雪芳，楊芷萌，李宏偉，等.2020.斷層帶土壤H2濃度變化特征及影響因素研究［J］.地震研究，43（2）：302-309.Fan X F，Yang Z M，Li H W，et al.2020.Research on variation characteristic and influence factors of hydrogen concentration in the soil［J］.Journal of Seismological Research，43（2）：302-309.（in Chinese）

范雪芳，張磊，李自紅，等.2016.斷裂帶土壤氣高精度氫異常分析［J］.地震地質，38（2）：303-315.Fan X F，Zhang L，Li Z H，et al.2016.High-accuracy analysis of soil hydrogen anomaly in fault zone［J］.Seismology and Geology，38（2）：303-315.（in Chinese）

方震，張彬，李軍輝，等.2020.地熱溫泉井與土壤逸出氣中痕量氫的特征及差異性分析［J］.地震工程學報，42（3）：705-713.Fang Z，Zhang B，Li J H，et al.2020.Characteristics and difference of trace hydrogen in escape gas from geothermal hot spring well and soil［J］.China Earthquake Engineering Journal，42（3）：705-713.（in Chinese）

解朝娣，Lei X L，吳小平，等.2015.潮汐應力對2007年MS6.4寧洱地震震源斷層成核失穩(wěn)過程的影響［J］.中國科學：地球科學，45（9）：1409-1420.Xie Z D，Lei X L，Wu X P，et al.2015.Effect of tidal stress on fault nucleation and failure of the 2007 MS6.4 Ning’er earthquake［J］.Scientia Sinica Terrae，45（9）：1409-1420.（in Chinese）

康健，肖寧，高小其，等.2019.松原5.7級地震震中區(qū)土壤氫氣變化特征［J］.中國地震，35（2）：277-285.Kang J，Xiao N，Gao X Q，et al.2019.Characteristics of soil hydrogen variation after the Songyuan MS5.7 earthquake［J］.Earthquake Research in China，35（2）：277-285.（in Chinese）

劉春國，晏銳，樊春燕，等.2022.我國地震地下流體監(jiān)測現狀分析及展望［J］.地震研究，45（2）：161-172.Liu C G，Yan R，Fan C Y，et al.2022.Analysis and prospect of seismic subsurface fluid monitoring in China［J］.Journal of Seismological Research，45（2）：161-172.（in Chinese）

劉海洋，賴愛京，馮英，等.2020.2017年9月16日庫車MS5.7地震前阿克蘇西大橋斷層氫氣異?？煽啃苑治觯跩］.內陸地震，34（2）：187-195.Liu H Y，Lai A J，Feng Y，et al.2020.Reliability analysis of hydrogen anomaly in Akesu west bridge fault before Kuche MS5.7 on September 16th，2017［J］.Inland Earthquake，34（2）：187-195.（in Chinese）

劉兆飛，李營，陳志，等.2019.吉蘭泰斷陷盆地周緣斷裂帶氣體釋放及其對斷層活動性的指示意義［J］.地震學報，41（5）：613-632.Liu Z F，Li Y，Chen Z，et al.2019.Gas emission from active fault zones around the Jilantai faulted depression basin and its implications for fault activities［J］.Acta Seismological Sinica，41（5）：613-632.（in Chinese）

馬宏生，劉杰，吳昊，等.2004.基于R值評分的年度地震預報能力評價［J］.地震，24（2）：31-37.Ma H S，Liu J，Wu H，et al.2004.Scientific evaluation of annual earthquake prediction efficiency based on R-value［J］.Earthquake，24（2）：31-37.（in Chinese）

孫小龍，邵志剛，司學蕓，等.2017.斷層帶土壤氫氣濃度測量及其影響因素［J］.大地測量與地球動力學，37（4）：436-440.Sun X L，Shao Z G，Si X Y，et al.2017.Soil hydrogen concentration in fault zone：Analysis of corresponding influence factors［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，37（4）：436-440.（in Chinese）

王喜龍，楊夢堯，郭紅霞，等.2022.遼寧盤一井氫氣濃度異常特征及預報效能分析［J］.地震研究，45（2）：275-283.Wang X L，Yang M Y，Guo H X，et al.2022.Analysis of the anomalies and earthquake prediction efficiency of hydrogen in groundwater in Panjin 1st well，Liaoning province［J］.Journal of Seismological Research，45（2）：275-283.（in Chinese）

辛建村，孫君嵩，于晨，等.2022.門源MS6.9地震前地電場優(yōu)勢方位角與加卸載響應比異常變化分析［J］.地震工程學報，44（2）：415-424.Xin J C，Sun J S，Yu C，et al.2022.Abnormal variation of dominant azimuth and Load/Unload Response Ratio of geoelectric field before the Menyuan MS6.9 earthquake［J］.China Earthquake Engineering Journal，44（2）：415-424.（in Chinese）

許延軍，張學輝，曹勇，等.2022.門源6.9級地震前地應變加卸載響應比異常分析［J］.地震工程學報，44（3）：707-712.Xu Y J，Zhang X H，Cao Y，et al.2022.Load/Unload Response Ratio anomalies of strain before the Menyuan 6.9 earthquake［J］.China Earthquake Engineering Journal，44（3）：707-712.（in Chinese）

閆瑋，李新勇，楊紹富，等.2023.新疆庫爾勒斷層氫氣濃度影響因素及異常信息提取方法研究［J］.內陸地震，37（1）：72-79.Yan W，Li X Y，Yang S F，et al.2023.Study on influence factors of hydrogen concentration and anomaly information extraction method of Kuerle fault in Xinjiang［J］.Inland Earthquake，37（1）：72-79.（in Chinese）

尹祥礎，陳學忠，宋治平.1994.加卸載響應比理論及其在地震預測中的應用研究進展［J］.地球物理學報，（S1）：223-230.Yin X C，Chen X Z，Song Z P.1994.Research progress of Load-Unloading Response Ratio theory and its application in earthquake prediction［J］.Chinese Journal of Ceophysics，（S1）：223-230.（in Chinese）

尹祥礎，尹燦.1991.非線性系統(tǒng)失穩(wěn)的前兆與地震預報——響應比理論及其應用［J］.中國科學：化學，21（5）：512-518.Yin X C，Yin C.1991.Precursors of nonlinear system instability and earthquake prediction—response ratio theory and its application［J］.Scientia Sinica Chimica，21（5）：512-518.（in Chinese）

尹祥礎.1987.地震預測新途徑的探索［J］.中國地震，3（1）：3-10.Yin X C.1987.The new approach of earthquake prediction［J］.Earthquake Research in China，3（1）：3-10.（in Chinese）

張先康，趙金仁，張成科，等.2002.帕米爾東北側地殼結構研究［J］.地球物理學報，45（5）：665-671.Zhang X K，Zhao J R，Zhang C K，et al.2002.Crustal structure at the northeast side of the Pamirs［J］.Chinese Jourral of Geophysics，45（5）：665-671.（in Chinese）

鐘駿，王博，閆瑋，等.2021.阿克蘇斷層氫氣濃度動態(tài)特征及其映震效能［J］.地震學報，43（5）：1-13.Zhong J，Wang B，Yan W，et al.2021.Dynamic characteristics of fault hydrogen concentration in Akesu and its earthquake reflecting efficiency［J］.Acta Seismological Sinica，43（5）：1-13.（in Chinese）

Beckon M，Ritter O，Park S K，et al.2008.A deep crustal fluid channel into the San Andreas fault system near Parkfield，California［J］.Geophys J Int，173（2）：718-732.

Biagi P F，Castellana L，Minafra A，et al.2006.Groundwater chemical anomalies connected with the Kamchatka earthquake（M=7.1）on March 1992［J］.Natural Hazards and Earth System Sciences，6（5）：853-859.

Byerlee J D.1978.Friction of rocks［J］.Pure and Applied Geophysics，116（4-5）：615-626.

Chen Z，Li Y，Liu Z F，et al.2018.Radon emission from soil gases in the active fault zones in the capital of China and its environmental effects［J］.Scientific Reports，8（1）：16772.

Deb A，Gazi M，Ghosh J，et al.2018.Monitoring of soil radon by SSNTD in Eastern India in search of possible earthquake precursor［J］.Journal of Environmental Radioactivity，184-185（APR）：63-70.

Giuntoli F，Menegon L，Siron G，et al.2024.Methane-hydrogen-rich fluid migration may trigger seismic failure in subdue ction zones at forearc depths［J］.Nature Communications，15（1）：480.

Jia D H，Zhao B B，Yu H Z，et al.2022.Multi field coupled coseismic changes of the Jiashi MS6.4 earthquake of 19 January 2020，based on ground temperature observation［J］.Atmosphere，13（2）：154.

Stein R S，King G，Lin J.1994.Stress triggering of the 1994 M6.7 Northridge，California，earthquake by its predecessors［J］.Science，265（5177）：1432-1435.

Wang L，Jin Z J，Chen X，et al.2023.The origin and occurrence of natural hydrogen［J］.Energies，16（5）：2400.

Yu H Z，Yu C，Ma Z，et al.2020.Temporal and spatial evolution of Load/Unload Response Ratio before the M7.0 Jiuzhaigou earthquake of Aug.8，2017 in Sichuan province［J］.Pure and Applied Geophysics，177（16）：321-331.

Zgonnik V.2020.The occurrence and geoscience of natural hydrogen：A comprehensive review［J］.Earth-Science Reviews，203（8）：103140.

Zhao B B，Qian C，Yu H Z，et al.2022.Preliminary analysis of ionospheric anomalies before strong earthquakes in and around mainland China［J］.Atmosphere，13：410.

Research on Fault Hydrogen Anomaly Mechanism Based on the Load/Unload Response Ratio Theory

JIA Donghui YU Huaizhong3，ZHAO Binbin2，ZHANG Tao2，LIU Haiyang4

（1.College of Earth and Planet Sciences，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，Sichuan，China）

（2.Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830011，Xinjiang，China）

（3.China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China）

（4.Aksu Earthquake Monitoring Center Station，Aksu 843000，Xinjiang，China）

Abstract The fault＇s hydrogen data which are observed by Aksu station and Korla station in Xinjiang are used to study the relationship between the tidal stress and the hydrogen dynamics in this area.The Load/Unload Response Ratio（LURR）theory is used to explore the abnormal change mechanism and the earthquake precursory mechanism of the fault＇s hydrogen，to obtain the response characteristics of the hydrogen under the action of the tidal stress loading.The results show that the variation of fault＇s hydrogen has tidal effect；it is sensitive to tidal stress in the case of the crustal stress loading.The hydrogen＇s high-value anomaly occurs mostly in the modulation period.According to the calculation of the Load/Unload Response Ratio，the Load/Unload Response Ratio has better prediction efficiency than the original observation data.The number 1.02 can be used as a threshold for judging the fault’s hydrogen anomaly；when LURR value exceeds the threshold，there would exist a risk of moderate-and strong-earthquake in a short term in the study area.This index has passed the R-value test evaluation.

Keywords：hydrogen；Load/Unload Response Ratio；anomaly mechanism；earthquake precursor；tectonic activity

收稿日期：2024-04-15.

基金項目：中國地震局震情跟蹤定向工作任務（2024010313）；國家自然科學基金地震聯合基金（U2039205）；國家重點研發(fā)計劃（2018YFE0109700）；中國地震局監(jiān)測、預報、科研三結合課題（3JH-202401055）.

第一作者簡介：賈東輝（1989-），工程師，主要從事地震地下流體與地震預測研究.E-mail：jdh830000@163.com.

通信作者簡介：余懷忠（1975-），研究員，主要從事地震孕育機理和預測理論研究.E-mail：yuhz750216@sina.com.

賈東輝，余懷忠，趙彬彬，等.2025.基于加卸載響應比理論的斷層氫氣異常機理研究［J］.地震研究，48（2）：210-219，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0022.

Jia D H，Yu H Z，Zhao B B，et al.2025.Research on fault hydrogen anomaly mechanism based on the Load/Unload Response Ratio theory［J］.Journal of Seismological Research，48（2）：210-219，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0022.