0 引言

加卸载响应比(LURR)理论通过定量描述地壳介质的损伤程度，能够有效刻画孕震演化过程(尹祥础，1987)。国内外学者基于理论分析、实验研究、数值模拟、震例分析与统计研究等多种手段，对该理论在灾变预测中的可靠性进行了检验(尹祥础等，1991；庄建仓，1999；王海涛等，1998；王海涛，1999；Yin et al，2000)。在地震预测研究中，日月运行引起的引潮力为地球介质提供了一种天然的加卸载作用，有助于识别地震发生过程处于加载阶段还是卸载阶段。该理论的核心在于通过描述震源区介质损伤程度的物理参数，揭示地震孕育的动态过程，进而为地震预测提供依据。加卸载响应比理论基于明确的物理机制，已成为地震预测研究中广泛采用的方法之一，相关研究在国内外持续推进，并不断产生新的成果(尹祥础等，2004；张永仙等，2004；余怀忠，2004；余怀忠等，2010；张浪平等，2006、2008；刘月等，2023)。基于对中国大陆、美国、澳大利亚及伊朗等地区开展的数百例震例分析，总结出LURR在震前的异常演化规律，并通过大量震例分析和统计检验提取了相应的前兆异常指标，超过80%的地震发生前均出现明显的LURR异常，在研究区岩石处于弹性阶段时，LURR在1附近波动，而在岩石接近破裂或大震前夕，LURR明显升高远大于1，并在峰值过后急剧回落，地震随之发生，表明LURR峰值异常具有较好的灾变前兆意义(尹祥础等，1996；宋治平等，1996；王海涛等，1998；张晖辉等，2005a、2005b；张浪平等，2006、2010；尼鲁帕尔·买买吐孙等，2017a；于晨，2022；刘月等，2023；余怀忠等，2026)。在主震发生前0.5~3年，观测到的LURR异常空间分布与潜在震源区的位置存在显著关联，同时其异常峰值时间对强震发生时间具有指示意义(Yin et al，2004；张晖辉等，2005a、2005b；Zhang et al，2011；尹祥础，2015；Liu et al，2018；Yu et al，2020)。温少妍等(2016)研究了1990—1999年新疆地区部分中强地震前的LURR时空演化特征，发现中强震发生前，震中附近会出现显著LURR异常，且从异常峰值到地震发生的时间间隔比理论时长更短。唐兰兰等(2014)分析了新疆地区2000—2012年LURR异常区域的时空演化特征，结果表明，在48组5级以上地震中，有40组在震前出现了较为明显的LURR异常；2011—2012年期间的4次6.0级以上地震的孕震积分时程曲线显示，地震发生前几个月孕震积分均达到峰值，并在高值波动过程中或高值回落之后发震。

在印度板块向北推挤与欧亚板块向南阻挡的共同作用下，新疆地区承受强烈的近南北向构造挤压，由此塑造了其盆山相间的地貌格局。复杂的地质构造环境与显著的新构造运动，使该区域成为中国大陆地震活动的高发区。统计表明，新疆地震具有高频、强震、浅源及成带分布的特点，主体活动集中在阿尔泰、北天山、南天山、西昆仑和阿尔金五大地震带。2000年以来新疆地区强震频发，发生共20次6.0级以上地震，包括3次7.0~7.9级地震，1次8.0~8.9级地震，即2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震(图 1)。2024年1月23日，南天山地震带柯坪块体边界的迈丹断裂附近发生新疆乌什7.1级地震，该地震打破了1992年苏萨梅尔7.3级地震后天山地震带近31年的7级地震平静以及2014年2月12日于田7.3级地震后新疆地区近10年的7级地震平静，新疆地区存在显著的强震背景(宋春燕等，2024)。

本研究基于LURR方法，分析2000—2025年新疆地区6.0级以上地震前LURR异常时空演化过程，总结新疆地区强震前LURR异常的时间尺度与震级的关系，重点对2024年乌什7.1级地震前LURR异常进行回顾性分析，并总结其时空演化特征，以期对该地区未来强震危险性判定提供参考。

1 加卸载响应比(LURR)理论

从岩石力学的本构曲线(图 2)可以看出，介质在不同变形阶段的加卸载响应存在显著差异：弹性阶段内，加载与卸载响应基本相当；进入损伤阶段后，加载响应率明显大于卸载响应率。这一现象反映了介质内部应力状态和损伤程度的变化，为定量研究提供了物理基础(尹祥础，1987；张浪平等，2008)。

为了定量刻画加载响应与卸载响应的差别，定义响应量X为(尹祥础，1987；张浪平等，2008)

$ X=\lim\limits_{\Delta P \rightarrow 0} \frac{\Delta R}{\Delta P} $

(1)

式中，ΔR和ΔP分别为载荷P和响应R对应的增量。将LURR定义为

$ Y=\frac{X_{+}}{X_{-}} $

(2)

式中，X₊和X_-分别为加载与卸载响应量。当系统处于稳定状态时，X₊≈X_-，Y≈1；当系统接近失稳破坏时，X₊>X_-，Y>1，因此LURR时间序列的演化直接反映了非线性系统的稳定状态。此时，通常选取特定时空窗口内地震释放的能量作为响应参量，用来区分介质的加载与卸载状态(尹祥础，1987；尹祥础等，1991；张浪平等，2008)，定义如下

$ Y=\frac{\left(\sum\limits_{i=1}^{N+} E_i^m\right)_{+}}{\left(\sum\limits_{i=1}^{N-} E_i^m\right)_{-}} $

(3)

式中，E表示地震能量，“+”和“-”分别表示加载和卸载，m可以取0~1之间的任意值，当m=0时，表示地震数量；当m=1/2时，响应量E_i^m表示地震学中的Benioff应变；当m=1时，表示地震波能量(刘月等，2023)。

本研究以Benioff应变为加卸载过程的响应参量，通过计算特定空间范围内LURR值随时间的变化，可获得LURR时序演化曲线(简称LURR时程曲线)。该方法以孕震区地震目录为数据基础，需要确定构造应力场的主压方向，并定义计算的时间窗口长度、滑动步长、震级上、下限以及每个时窗内的最少事件数(王海涛，1999；刘月，2014)。LURR时程曲线计算参数为：选取震前2~3年地震目录，计算时间窗180天，滑动步长30天，孕震半径R的范围参考彭克银等(2003)给出的拟合公式，6级地震孕震半径约170km，6.5级地震约240km，7级地震约330km，构造参数使用主震的震源机制解结果。

LURR时空扫描时，对研究区域进行网格化划分(2°×2°)，依据各网格内主要强震的震源机制解，确定对应网格的构造参数。在此基础上，通过计算日、月引潮力在断层面上的库仑应力变化，逐一判别每个地震事件属于加载阶段还是卸载阶段(张晖辉等，2005b；刘月，2014；尹祥础，2015)。在具体计算时，采用固定时间窗和半径为R的圆形空间窗，在固定的纬度上沿经度方向步进扫描，逐点计算区域内的LURR值(刘月，2014；唐兰兰等，2014；温少妍等，2016；尼鲁帕尔·买买吐孙等，2017b)。

2 震前LURR异常特征 2.1 LURR时程曲线特征

2000—2025年新疆地区共发生20次6.0级以上地震，本研究将2008年10月5日乌恰6.8级、6.3级震群视为一组，对这19组6.0级以上地震前的LURR时程曲线进行分析。限于文章篇幅，图 3仅给出2016年12月8日呼图壁6.2级地震后7次6.0级以上地震前的LURR异常时程曲线。由 图 3可见，这7次6.0级地震前均出现显著的LURR异常峰值，呈现“逐渐升高—达到峰值—快速下降—发震”的特征。震前出现显著异常峰值后，LURR值降至1~1.5阈值线以下。由2016年呼图壁6.2级、2017年精河6.6级、2019年伽师6.4级、2024年乌什7.1级和2025年阿合奇6.0级地震前的LURR时程曲线可见，研究时段内LURR值整体大于1，在较长时间内处于高值波动状态，并出现多次峰值。

2024年乌什7.1级地震前，LURR时程曲线显示震源区存在显著LURR异常(图 3(f))，异常峰值到发震时间间隔为9.5个月，震后LURR值并未恢复至1附近，略低于张晖辉等(2005a)统计的全国7.0级以上地震前的特征时间。结合研究时段内南天山西段地震对应情况，峰值回落过程中发生多次5.0级以上地震，这与LURR整体演化特征一致。由于LURR异常与研究区断层的应力相关(余怀忠等，2010)，研究区域内出现多次异常峰值反映该区应力并未完全释放，也反映出新疆地区构造环境复杂，地震活动频发的特征。

由 表 1可见，19组6.0级以上地震前LURR时序均出现显著异常，其中15组地震前15个月LURR异常达到峰值(占比为78.9%)，4组地震前16~28个月达到峰值(占比为21.1%)。基于 表 1中的数据，图 4给出了19组地震事件在震前LURR异常峰值至发震的时间间隔(即异常时间)与地震震级之间的关联特征。19组地震事件中，LURR异常峰值到发震的平均异常时间为11个月，其中7.0级以上地震为14.5个月，6.0~6.9级地震为10个月。彭克银等(2003)对LURR异常峰值特征时间进行了统计，根据其拟合的地震成核时间与震级之间经验公式，6.0级地震异常峰值至发震的理论时间为14个月，7.0级地震为20个月。张晖辉等(2005a)利用中国大陆5.0级以上地震对LURR峰值特征时间进行统计，计算的平均理论时间为18个月。尹祥础等(2009)研究认为，LURR异常峰值至发震时间尺度与震级有关，震级越大，异常时间越长。唐兰兰等(2014)对新疆地区6.0级以上地震的孕震积分分析显示，震前异常持续时间为12.3个月。新疆地区6.0级以上地震的异常特征时间偏短，区域性差异较为明显。

基于LURR的地震预测实践证明，异常峰值至发震的时间与地震孕育的构造背景关系较大(尹祥础等，2009)。张浪平等(2011)采用链网模型来模拟非均匀脆性介质压缩过程中LURR的演化规律，研究表明，介质均匀性会显著影响峰值特征时间，均匀性越高，介质破裂越剧烈且具有突发性，主破裂所释放的能量也随之增大，因此地震预测研究中需要考虑介质的非均匀性程度。地震的孕育过程非常复杂，孕震区的构造环境、区域应力状态起到关键性作用。LURR从日月潮汐应力触发地震的理论出发，日月潮汐应力的量级远低于构造应力的量级，因此，当孕震区地下介质的构造应力达到或接近临界状态时，即使非常微弱的潮汐应力增加也可能会触发地震(王淑艳等，2021)。新疆地区构造环境复杂，地震活动频繁，从大地震的孕育过程来看，不同孕震区在断层分布特征、岩石物理性质等方面具有明显区别，导致其前兆特征较为复杂。这可能是造成该区域统计结果与全国整体统计结果存在一定差异的重要原因。

2.2 LURR时空演化特征

本研究令扫描半径R=200km，以0.25°×0.25°的滑动步长滑动，时间以18个月窗长、1个月步长滑动，考虑到研究区域内地震数目对结果稳定性的影响，每个窗口内地震数至少为20个(刘月等，2023；唐兰兰等，2014)。对2000—2025年新疆地区19组6.0级以上地震前的LURR时空演化特征进行分析，限于文章篇幅，仅给出2016年以来新疆地区8次6.0级以上地震前的LURR空间扫描图像，且仅绘制了Y>1的结果，即通常所说的LURR空间异常区(图 5)。由 图 5可见，8次6.0级以上地震前，空间扫描图中存在多个异常区，而震中位置多分布于LURR异常区内部或其边缘地带。例如，2016年阿克陶6.7级、2020年于田6.4级和2023年沙雅6.1级地震发生在异常区内部，2016年呼图壁6.2级、2017年新源—和静6.6级、2020年伽师6.4级、2024年乌什7.1级和2025年阿合奇6.0级地震位于异常区的边缘。

2024年乌什7.1级地震震中处于南天山与乌什盆地的交界地带，位于塔里木块体向北俯冲、南天山块体向南俯冲的交汇区域。乌什凹陷属于受双向俯冲与挤压作用形成的断陷盆地，其北侧发育迈丹一沙依拉姆断裂带(贾进华，2024；宋春燕等，2018)。该断裂构成南天山主脉与柯坪断块的边界，由多条近于平行的第四纪活动断裂构成，整体宽度15~17km，主体走向为NEE，延伸长度约400km，以逆冲运动为主要特征(田勤俭等，2006)。乌什7.1级地震的余震序列精定位结果显示，余震主要分布在一条80km长、25km宽的NE向区域内(张博譞等，2024)。据新疆维吾尔自治区地震局使用CAP方法计算得到震源机制解结果显示，节面I走向/倾角/滑动角分别为237°/53°/53°，节面Ⅱ走向/倾角/滑动角分别为109°/50°/129°，矩震级为7.06，P轴方位353°，仰角2°，与震中周围历史地震反演得到的最大主应力方位基本一致，与迈丹断裂带的高倾角逆冲兼走滑分量的运动特征相符。

LURR空间扫描计算参数与前文保持一致，2022年8月—2024年9月乌什7.1级地震前LURR时空演化过程如 图 6所示。从 图 6(a)~6(d)可以看出，乌什7.1级地震前南天山地震带存在明显的LURR异常，异常主要分布于乌什7.1级地震震中北东和西南两侧区域。2022年8—10月，南天山西段未出现LURR异常，异常主要分布在震中东部的北天山西段及南天山东段地区，2023年3月南天山西段出现显著的LURR异常区，随时间推移，震中两侧的异常面积逐渐扩大，并向乌什7.1级地震震中迁移。2023年1月乌什7.1级地震震中北东方向的异常区达到异常峰值后，异常区面积逐渐减缩小，并远离震中往东部迁移，异常幅度呈现减弱趋势，乌什7.1级地震发生后，震中两侧的异常显著减弱(图 6(e)、6(f))。乌什7.1级地震前LURR空间演化过程与该区域时间序列过程基本一致，不同的是，本次地震前LURR异常并未出现在震中区域，而是位于南天山地震带，震中两侧出现异常区域的时间并不同步，但出现异常峰值的区域均向震中迁移，异常峰值过后，幅度逐渐减弱并远离震中。

由LURR空间扫描结果(图 5、图 6)可见，新疆地区6.0级以上地震的震中位置多分布于LURR异常区内部或其边缘地带。在震前阶段，震中周边区域通常会出现多个LURR高值异常区；随着孕震过程的推进，小尺度异常逐步向震中方向迁移并汇聚，直至达到异常峰值。地震往往发生在异常开始衰减的过程中，且发震部位位于异常区域内部或边界附近。这一现象表明，LURR方法在地震地点的预测上具有良好的指示效果。

3 LURR时空演化特征预测应用

在日常会商资料分析中，通过分析LURR时间和空间的变化特征来研判各区域在周、月时间尺度上的地震危险性，并提供预测意见。为了能够检测到较短时间尺度的区域介质应力状态，与年尺度计算参数相比，周、月尺度的计算时窗更短，扫描半径更小。

为考察扫描半径对分析结果的影响，令R=100km，计算资料的时间窗长为12个月，列出了乌什7.1级地震前，2022年8月—2024年9月期间的异常演化结果(图 7)。便于对照，每幅图的计算资料截止日期与R=200km时相同。由 图 7可见，自2022年8月开始，震中周围出现多次小面积的异常区，随着时间推移，靠近震源的异常区逐渐减弱，而柯坪块体两段的异常范围由小变大，异常程度于2023年2月达到最强，之后异常面积缩小，幅度减弱，在异常峰值后10个月发生地震，尽管异常空间分布存在一定差异，但整体演化特征与R=200km的结果基本一致。可见，不同扫描半径得到的LURR异常均能反映震源区孕震信息。值得关注的是，2024年5月之后的空间扫描结果(图 7(e)、7(f))显示，南天山西段—西昆仑地震交汇区的LURR异常呈现明显汇聚特征。基于这一异常演化特征，在2024年10月召开的新疆地震趋势会商会中，提出该区域存在发生6级以上地震的预测判断。2025年12月4日在该异常区边缘发生了阿合奇6.0级地震，2026年1月7日塔什库尔干地区又出现5.2级震群活动，与前期预测结果具有较好的对应性。

4 讨论

年尺度的LURR计算结果可以识别高应力背景区，为年度地震危险区的判断提供依据，周、月尺度的LURR计算则可用于刻画地震发生前孕震区介质从稳定阶段过渡到损伤阶段的演变特征(于晨，2022)。LURR时序曲线和空间扫描结果表明，乌什7.1级地震前1年，南天山西段出现显著的LURR异常，表征该区高应力背景状态。基于上述异常特征，在2023年10月年度地震趋势会商会中提出该区域存在发生6级以上地震可能的预测意见。LURR时序曲线达到峰值后，下降过程中南天山西段先后发生多次5.0级以上地震，包括乌什7.1级地震。2024年7月后，曲线再次快速上升并达到峰值，2025年8月下降至1以下，12月4日发生阿合奇6.0级地震。

资料跟踪过程中发现，扫描半径为100km的计算结果显示，乌什7.1级地震后LURR异常呈现明显汇聚并向柯坪块体迁移的特征。基于这一异常演化，再次研判该区域存在发生6级以上地震的可能，并在周、月会商中持续跟踪资料动态变化。后续区域内先后发生了阿合奇6.0级和2026年1月7日塔什库尔干5.2级地震。综合上述震例及LURR异常演化特征分析，在未来的中短期跟踪分析过程中，应重点关注LURR异常空间分布和时间序列的准同步变化过程，其中异常空间集中区、扩展方向和存在短期变化的区域，是震情研判的核心关注区域。

LURR作为一种中短期预测方法，为新疆地区年度地震危险区划定提供依据，在周、月会商中持续跟踪异常演化过程。由于地震目录的完备性差异、模型参数选取等因素导致LURR的预测效能存在明显的差异。随着观测手段增加和监测技术的发展，诸多学者利用LURR方法进行地壳形变、流体观测资料分析和前震识别(张磊等，2025；贾东辉等，2025；李泽平等，2024)。融合多源观测资料综合分析，可有效弥补单一方法或单类数据在时空覆盖及物理机制上的不足，从不同角度捕捉地震孕育过程中的异常信息，更好地服务于震情会商与地震风险研判工作。

5 结论

本研究基于LURR方法，对2000—2025年新疆地区19组6.0级以上地震前LURR异常时空演化特征与地震的关系进行了定量化统计分析，并结合2024年1月23日乌什7.1级地震的异常演化特征进行回溯检验，主要结论如下：

(1) 新疆地区6.0级以上地震前孕震区检测到显著的LURR异常，震前3~28个月异常幅度达到峰值，峰值至发震的平均时间间隔约为11个月。相较于理论时长和全国平均时长，新疆地区LURR异常峰值至发震间隔时长更短。该区域差异性特征印证了新疆地区构造活跃、区域应力调整迅速、强震孕震周期偏短的区域构造特征。

(2) 空间扫描结果显示，震前往往出现LURR异常，地震通常发生在异常区内部或者边缘，多数地震发生在异常高值波动或衰减过程中。LURR异常出现显著减弱趋势，可以作为强震接近的指标。相较于单一时序分析，LURR时序异常演化规律与空间扫描结果综合分析，能够有效规避单一维度检测的局限性。

(3) 地震的发生过程受到区域地质构造条件的显著影响，相近震级的地震在不同构造单元内，其孕震时空尺度、异常发育特征存在明显差异。针对具体构造区对LURR异常进行研究时，应结合研究区的地震地质构造、活动断裂特征，进一步优化模型参数，例如最优时空扫描尺度、扫描窗形状等，可以有效提高预测效果。LURR时空异常演化可反映区域应力状态，后续可将其与多源地震观测技术融合，构建多维度综合异常识别体系，更全面、客观地提取孕震过程异常信息，为中强地震趋势研判提供参考。