中国地震  2020, Vol. 36 Issue (3): 407-416
引用本文
宋治平, 薛艳, 马亚伟, 等. 2020. 2020年6月26日新疆于田6.4级地震前中期和短期预测依据与启示. 中国地震, 36(3): 407-416.   
Song Zhiping, Xue Yan, Ma Yawei, et al. 2020. Review of Anomalies and Prediction Procedure of 2020 Yutian MS6.4 Earthquake in Xinjiang, China. Earthquake Research in China, 36(3): 407-416.  
2020年6月26日新疆于田6.4级地震前中期和短期预测依据与启示
宋治平1, 薛艳1, 马亚伟1, 宋春燕2, 张小涛1, 晏锐1, 孟令媛1, 闫伟1, 苑争一1     
1. 中国地震台网中心, 北京 100045;
2. 新疆维吾尔自治区地震局, 乌鲁木齐 830011
收稿日期：2020-07-21; 修定日期：2020-09-20
项目类别：中美合作项目(2018YFE0109700)和震情跟踪面上项目(2020020101)共同资助
作者简介：宋治平, 男, 1966年生, 研究员, 主要从事地震预测研究。E-mail:Zpsong1966@sina.com
摘要：2020年6月26日新疆于田6.4级地震发生在2020年度全国地震危险区内，震前作出了较好的中期(年度)和短期(月尺度和周尺度)预测，是少有的地球物理观测能力较低地区的强震前中期和短临预测较好震例。本文梳理了中期和短期预测的主要依据及其预测效能，研究表明，震前中期异常主要有流动地磁、多方法组合、5.0级地震平静打破、6.0级地震的准周期活动等；短期异常有4.0级地震活动图像、中源地震影响、于田垂直摆倾斜EW、于田GNSS基准站EW位移、和田GNSS基准站EW位移等。在总结震前分析预测过程的基础上，提出针对地球物理观测密度低地区的地震危险区论证和短临跟踪的建议，为该类地区的地震危险区判定及跟踪工作提供宝贵经验。
关键词：2020年于田6.4级地震    中期预测    短期预测    
Review of Anomalies and Prediction Procedure of 2020 Yutian MS6.4 Earthquake in Xinjiang, China
Song Zhiping1, Xue Yan1, Ma Yawei1, Song Chunyan2, Zhang Xiaotao1, Yan Rui1, Meng Lingyuan1, Yan Wei1, Yuan Zhengyi1     
1. China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China;
2. Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region, Urumqi 830011, China
Abstract: Before the Yutian MS6.4 earthquake on June 26,2020 in Xinjiang Province of China some prospective and predictive seismicity and precursory anomalies have been found. In this paper,we systematically reviewed and summarized the earthquake forecasting procedure before the Yutian earthquakes. In terms of medium-term earthquake forecasting,the Yutian earthquake is located in the potential area of the annual earthquake hazard map provided by the China Earthquake Administration. It is encouraging that the occurrence time,location,and magnitude of the Yutian earthquake are well predicted. The medium-term forecasting is mainly based on the anomalies of mobile geomagnetic observation,combination of multi-methods(MMEP),seismic quiescence with MS ≥ 5.0 and the quasi periodic characteristic of earthquakes with MS ≥ 6.0 in this region. In the shot-term stage before the Yutian earthquake,the main anomalies are from seismicity patterns with ML ≥ 4.0,the alert of the intermediate-depth earthquake occurrence,the vertical pendulum tilt meter at Yutian seismic station,the displacement changes in EW direction of Yutian and Hetian GNSS stations. For the Yutian earthquake,the geophysical anomalies as measured by sparse monitoring stations around,were evidently considerable precursors. These practical experiences allowed us to respond to and to conduct earthquake forecasting opinions quickly and efficiently. At last,we discussed lessons learned from the Yutian earthquake forecasting,including forecast procedures and identify both the seismicity and observed geophysical precursors before earthquake occurence.
Key words: The 2020 Yutian MS6.4 earthquake     Medium-term earthquake forecasting     Short-term earthquake forecasting    
0 引言

2020年6月26日新疆于田6.4级地震发生在2020年度全国地震危险区内①, 表明震前中期(年度)预测正确。于田6.4级地震发生在西昆仑至阿尔金地震带交汇区, 该地区的地震监测能力较弱, 地球物理观测密度较低。虽然在于田6.4级地震前只出现几项地震活动异常和少数前兆异常, 但在震前仍作出了较好的中期(年度)和短临(月、周尺度)预测, 这是少有的中国地震监测能力较弱和地球物理观测密度较低地区的强震前短临预测较好震例。因此, 本文重点梳理了于田6.4级地震前中期和短临预测的核心依据及分析预测过程。

本文核心依据资料引自于《2020年度全国地震趋势和重点危险区预测研究报告》 ①和《2020年年中全国地震趋势和重点危险区预测研究报告》 ②；文中有关会商意见引自于中国地震分析预报网③。

① 全国地震趋势和重点危险区汇总组, 2019年, 2020年度全国地震趋势和重点危险区预测研究报告, 内部资料.

② 全国地震趋势和重点危险区汇总组, 2020年, 2020年年中全国地震趋势和重点危险区预测研究报告, 内部资料.

③ http://10.5.105.2:8080/APNET/login

1 地震危险区判定依据及论证过程

于田6.4级地震发生在2020年度“新疆和田至西藏日土6.0级左右”全国地震危险区内, 该地震危险区在2020年年中仍确定为全国地震危险区, 并判定为2020年下半年发震紧迫程度较强的危险区。危险区2次判定依据有变化(表 1)。2020年度提出的依据中, 流动地磁、5.0级围空区打破、6.0级地震准周期持续有效；地磁垂直强度极化预测时间因过期而取消。2020年年中论证时, 多方法组合(MMEP)仍有异常, 热红外无异常。新增7.0级地震间隔、4级活动图像、和田和于田3项形变异常。

表 1 新疆和田至西藏日土6.0级左右危险区主要判定依据

“新疆和田至西藏日土6.0级左右”地震危险区经历“维持—取消—再次确定—发震紧迫”的“一波三折”的艰难论证过程。针对2020年度“新疆和田至日土6.0级左右”地震危险区的跟踪过程, 在2020年4月7日天山地震带协作区跟踪会议中, 由于年度依据变化不大, 因此判定为维持“新疆和田至日土6.0级左右”地震危险区。在2020年5月29日的年中地震危险区初步论证过程中, 由于该地区地震监测能力较低, 测震、形变、电磁、流体四大学科工作组针对该地区未提出预测意见, 因此初步论证时该地震危险区被取消。在6月15~16日全国2020年年中地震危险区论证时, 在梳理该地区核心依据的预测效能基础上, 新增4.0级地震活动图像和3项前兆异常, 分析认为2020年下半年发生6.0级左右地震的可能性较大。在6月22~23日全国2020年年中地震危险区论证时, 该地区被确定为“新疆和田至西藏日土6.0级左右”地震危险区, 2020年下半年发震紧迫程度较强。6月26日于田6.4级地震发生在“新疆和田至西藏日土6.0级左右”地震危险区内, 表明该地震危险区的确定与紧迫性判断是正确的。

2 中期异常 2.1 流动地磁异常

2019年12月, 地磁学科组提出在新疆和田至墨玉一带存在的流动地磁异常, 其中H矢量量值减小、方向发生紊乱, Z矢量反向, D、I、F和H等变线出现零变线, 以及K图出现加卸载过渡区, 该异常的时间预测为1年。由于流动地磁在年度危险区判定中效果较好, 因此流动地磁异常一般作为年度危险区判定核心依据。分析认为, 该地区2020年存在发生中强及以上地震的可能, 该异常在2020年下半年仍有效。实际情况为, 6月26日于田6.4级地震为预测地震。

2.2 多方法组合(MMEP)异常

基于PI、LURR、SV、AMR等4种方法的地震组合预测模型(Multi-Method Earthquake Prediction, 简称MMEP)(Yu et al，2013), 具有很好的实用性和预测实效。2019年预测结果显示, 2019年中国大陆共发生21个5.0级及以上地震, 其中11个地震发生在该方法预测的危险区内, R值评分达到0.42。2018年12月、2019年12月、2020年6月, 应用多方法组合(MMEP)计算显示, 该地区均存在多方法组合异常, 据此认为, 该地区在未来1年存在发生6.0级左右地震的可能。实际情况为, 6月26日于田6.4级地震为预测地震。

2.3 西昆仑-阿尔金断裂交汇区5.0级地震平静打破

西昆仑-阿尔金交汇区自1915年以来5.0级地震平静超过5年并打破的异常共出现9次, 其中8次异常后2年内有6.0级及以上地震发生, 1次虚报(图 1)。指标清理显示, 平静超过5年打破后, 预测2年内有6.0级及以上地震发生(正确率为89%)。自2007年6月以来5.0级及以上地震平静超过11年, 被2018年8月4日西藏日土5.2级地震打破, 2020年8月达到对应地震的极限时间, 据此认为, 2020年下半年该地区存在发生6.0级及以上地震的可能。实际情况为, 6月26日于田6.4级地震为预测地震。

图 1 西昆仑-阿尔金交汇区5.0级及以上地震分布(a)、平静区内5.0级及以上地震M-t图(b)和频度图(c)
2.4 西昆仑-阿尔金交汇区6.0级地震的准周期活动

西昆仑-阿尔金交汇区6.0级地震存在12年和6年的准周期活动特点(图 2)。应用Morlet小波变换(尹继尧等, 2011), 定量计算结果显示, 6年左右(5.8年)和12年(11.7年)左右的周期成分具有显著性。2008年3月21日于田7.3级地震至2020年3月达到12年；该段时间最近的1次6.0级及以上地震为2014年2月12日于田7.3级地震, 至2020年2月达到6年, 即2020年是2个周期成分的时间节点。分析认为, 2020年该地区存在发生6.0级及以上地震的可能。实际情况为, 6月26日于田6.4级地震为预测地震。

图 2 西昆仑-阿尔金交汇区6.0级地震的准周期活动 (a)研究区位置；(b)6.0级及以上地震M-t图；(c)地震活动度的周期谱；(d)显著周期的成分绿色和红色虚线分别表示90%和95%置信度检验
3 短期异常 3.1 地震活动短期异常

(1) 新疆-西藏西部4.0级地震活动图像

2020年1月1日至6月10日, 新疆以及西藏西部地区4.0级及以上地震图像呈现南天山西段5.0级NE向带状分布和西藏西部NW向带状分布(图 3(a)), 这一图像与2014年2月12日于田7.3级、2008年3月21日于田7.3级、2012年8月12日于田6.2级地震前3~6个月4.0级(6.2级前为3.5级)及以上地震图像类似(图 3(b)、3(c)、3(d))。据此认为, 于田附近地区在2020年下半年存在发生6.0级及以上地震的可能。实际情况为, 6月26日于田6.4级地震为预测地震。

图 3 新疆-西藏西部2020年以来4.0级地震活动图像(a)与震例(b)、(c)、(d) (a)为当前图像；(b)为2014年7.3级前；(c)为2008年7.3级前；(d)为2012年6.2级前

(2) 中源地震影响

塔克吉斯坦6月16日发生5.7级中源地震, 自1970年以来该地区发生5.5级及以上中源地震后2个月内, 新疆地区发生5.0级及以上地震的比率为10/11, 其中对应地震在西昆仑至阿尔金地震带交汇区的比率为5/11(图 4), 据此认为, 新疆地区短期发生6.0级左右地震的首选地区为“新疆和田至西藏日土6.0级左右”地震危险区。实际情况为, 6月26日于田6.4级地震为预测地震。

图 4 塔克吉斯坦发生5.5级及以上中源地震后2个月内新疆发生5.0级及以上地震分布
3.2 前兆短期异常

于田6.4级地震发生在西昆仑至阿尔金地震带交汇区。于田地震震中300km范围内(图 5)有3个测震台, 地震监测最低震级为2.5~3.0级(尹光华等, 2010)；地球物理观测点仅有3个(包括1个GNSS观测点和16个定点前兆测项), 观测密度为0.11个/104km2, 表明该地区的地震监测能力较弱、地球物理观测密度较低。震前出现3项前兆短期异常, 分别为于田垂直摆倾斜EW、于田GNSS基准站EW向位移、和田GNSS基准站EW位移。

图 5 于田6.4级地震不同震中距范围的测震和地球物理观测台分布

(1) 于田垂直摆倾斜EW

于田垂直摆倾斜EW向2019年11月27日~2020年4月14日东倾年变幅度为0.264″, 明显小于同期年变幅(0.499±0.199″), 存在明显的破年变异常(图 6(a)、6(b))。西藏日土2018年8月4日5.2级和9月28日5.1级地震前3~5个月出现过类似异常(图 6(b)), 据此认为, 西昆仑-阿尔金交汇地区在2020年下半年存在发生中强地震的可能。6月26日于田6.4级地震为预测地震。

图 6 于田垂直摆倾斜EW异常(a)及其震例分析(b)

(2) 于田GNSS基准站EW向位移异常

于田GNSS基准站EW向位移自3月28日至4月28日持续向西运动, 趋势转折明显, 4月28日后异常结束。2012年于田6.2级和2014年于田7.3级地震前3个月内出现类似现象(表 2), 由于异常幅度为9.4mm, 与于田6.2级地震前相当, 据此认为, 西昆仑至阿尔金交汇地区2020年下半年存在发生6.0级左右地震的可能。6月26日于田6.4级地震为预测地震。

表 2 于田GNSS基准站EW向位移异常及震例对应参数

(3)和田GNSS基准站EW位移异常

和田GNSS基准站EW向位移自3月15日至4月28日持续向西运动, 连续运动12.9mm, 4月28日至5月14日趋势转折明显, 幅度为12.7mm。2012年于田6.2级、2014年于田7.3级、2015年皮山6.5级地震前4个月内出现过类似异常(表 3), 据此认为, 西昆仑-阿尔金交汇地区在2020年下半年存在发生6.0级及以上地震的可能。6月26日于田6.4级地震为预期地震。

表 3 和田GNSS基准站EW向位移异常及震例对应参数
4 于田6.4级地震前短临预测的综合分析

由于6月26日于田6.4级地震发生在全国2020年度“新疆和田至西藏日土6.0级左右”地震危险区内，该地区处于地震监测能力较弱和地球物理观测密度较低的西昆仑至阿尔金地震带交汇区, 震中距300km范围内仅有3个地球物理观测点, 因此, 于田6.4级地震前, 地震活动异常和前兆异常不多(表 4)。在短临跟踪过程中, 难度较大。

表 4 于田6.4级地震前中期和短临预测的主要依据及预测指标

在6月26日于田6.4级地震前的跟踪预测中, 根据新疆至西藏西部4.0级地震活动图像, 4月24日专题会商分析认为, 西昆仑至阿尔金地震带交汇区短期存在发生6.0级地震的可能。由于该地区出现3项前兆短期异常, 6月18日月会商的分析意见为, 新疆和田至西藏日土6.0级左右地震危险区未来1个月发生6.0级左右地震的可能性较大。6月19日, 上报的月会商意见为：“2020年7月新疆地区存在发生6.0级左右地震的可能, 重点关注新疆和田至西藏日土、新疆塔什库尔干至乌什。”由于6月16日塔克吉斯坦发生5.7级中源地震, 根据震例分析, 认为于田附近地区发震的紧迫性增强, 6月25日周会商提出预测意见, 新疆地区下周发生6.0级左右地震的首选地区为“新疆和田至西藏日土6.0级左右”地震危险区。6月26日于田6.4级地震的发生, 表明对该地震危险区的短临跟踪预测是正确的。

对于强震前的短临预测主要依赖于地球物理观测(即前兆观测), 因此对于地球物理观测密度较低的地区, 强震的短临预测一般认为基本不能实现。在年度地震危险区的短临跟踪工作中, 一般处于“无米之炊”的状态, 难于实现强震的短临预测。因此, 于田6.4级地震前的短临预测成功确实不易。

5 于田6.4级地震前年度危险区确定和短临跟踪预测的启示

以于田6.4级地震为例, 总结地震监测能力较弱、地球物理观测密度较低地区的年度危险区确定(中期)和短临预测经验。由于这类地区的地震监测能力较弱, 地球物理观测密度较低, 因此在短临跟踪过程中, 小震活动图像难以应用, 前兆短期异常又少, 在这种情况下还能作出正确的短临预测, 实属不易, 因此该次地震前的成功预测经验就更加宝贵。

5.1 危险区论证重点

(1) 地球物理场观测异常区较难应用。如于田6.4级地震前只有流动地磁异常，这类地区的地球物理场流动观测较弱。一般情况, GNSS、流动重力、地球化学以及形变学科、电磁学科、流体学科很难提出异常区。

(2) 地震活动核心依据是危险区论证的关键。如于田6.4级地震前, 年度或年中论证的地震危险区, 主要核心依据为6.0级地震准周期、5.0级平静打破。

(3) 综合方法的映震效能较好, 如多方法组合、加卸载响应比、Wq值等可作为危险区论证核心依据。

5.2 短期预测启示

(1) 重点分析年度核心依据中对时间预测的优势时段和结束时间。如于田地震前, 重点把握6.0级地震准周期的预测时间点及5.0级地震平静打破对时间预测的结束时间点。

(2) 重点分析新出现的对地点和强度预测明确的短期依据。如于田地震前出现的4.0级及以上地震活动图像类似于田2次7.3级和1次6.2级地震前的图像, 该依据对地点和强度预测效果较好, 并且属于短期预测依据。

(3) 如果出现前兆异常, 则重点关注前兆异常对应地震的时间。

(4) 关注显著地震(如中源地震)、地磁低点位移等预测时间效果好的异常。

一般情况, 地震监测能力较弱、地球物理观测密度较低地区的强震短临预测难以实现。如果仔细分析核心依据和少数前兆短期异常, 仍有可能实现短期预测。于田6.4级地震的正确短期预测就是一个例证。

6 讨论

2020年6月26日于田6.4级地震发生在2020年度“新疆和田至西藏日土6.0级左右”地震危险区内, 震前还作出了成功短临预测, 是少有的中国地震监测能力较弱且地球物理观测密度较低地区的强震前中期和短期预测较好震例。

针对地震监测能力较弱且地球物理观测密度较低的地区, 年度地震危险区判定难度大是一个共识问题。通过于田6.4级地震前年度和年中确定的地震危险区的判定过程来看, 危险区判定关键依赖于映震效能好的核心依据, 不能因学科未提出异常而否定地震危险性的存在。

从现有地震短临预测成功的震例来看, 自1975年海城7.3级地震以来, 已实现40余次较好的短临预测地震(张国民, 2013)。地球物理观测能力较低地区的地震短临预测成功震例有3次, 分别为1997年8月9日西藏八宿5.2级、1998年8月25日西藏谢通门6.0级和2020年6月26日新疆于田6.4级地震。前2次地震预测主要依据地震序列属于震群型而作出的短期预测；而于田6.4级地震则是依据地震活动和前兆异常提出的短临预测。因此, 针对地球物理观测能力较低地区, 如果历史地震中的震群型地震比率高, 可依据震群序列作出一定短期预测。如果从长、中、短、临相结合的跟踪预测思路来看(岳明生, 2008), 于田6.4级地震的预测经验具有一定的借鉴作用。

致谢: 在本文的成文过程中, 王海涛研究员、刘杰研究员、张永仙研究员、蒋海昆研究员等专家提出了宝贵意见和修改建议, 在此表示衷心感谢!
参考文献
尹光华、段天山、刘平仁等, 2010, 新疆数字测震台网的监测能力及其构造意义, 内陆地震, 24(2): 97-106.
尹继尧、朱元清、宋治平等, 2011, Morlet小波显著性检验和精度分析在地磁场和地震活动性周期分析中的应用, 地震学报, 33(5): 663-671.
岳明生, 2008.地震预测研究发展战略的几点思考.见: 中国地震局地震预报研究所.中国地震预报探索.北京: 地震出版社, 55~62.
张国民, 2013.中国地震预报探索40年.见: 张国民.地震预测科学研究论文选.北京: 地震出版社, 523~542.
Yu H Z, Cheng J, Zhang X T, et al, 2013, Multi-methods combined analysis of future earthquake potential, Pure Appl Geophys, 170(1~2): 173-183. DOI:10.1007/s00024-011-0408-x