0 引言

据中国地震台网中心（CENC）测定，2020年1月16日16时32分38秒，新疆阿克苏地区库车县发生5.6级地震，震中位于（41.21°N，83.60°E），震源深度16 km。该地震发生在塔里木盆地内部，是天山南麓中段库车地区的一次中等强度地震，震中附近区域水系发育，属塔里木河（叶尔羌河）与库车河交汇区，盐构造发育，历经多期变形，构造复杂（汪新等，2010）。受印度板块新生代以来向北推挤的远程效应，库车区域地震活动频繁，中强地震时有发生。

库车冲断褶皱带北邻天山，南接塔里木盆地北部隆起，西起阿克苏，东至轮台，近EW向延伸，长300—400 km，南北宽40—70 km。与此次库车5.6级地震距离最近的尉犁断裂是一条隐伏断裂，与库车冲断褶皱带平行。震源机制解表明，此次地震为走滑型破裂为主的事件，其中EW走向的节面解与尉犁断裂性质一致，考虑到EW走向的构造活动大多表现为逆冲性质，因此认为库车地震可能发生在NNW走向的节面上。

2020年库车5.6级地震发生在2020年度全国确定的“新疆库车至乌苏6.0级左右地震危险区”边缘，距危险区约58 km，同时位于2020年1—3月全国地震概率预测结果的地震发生高概率区附近。系统性梳理库车5.6级地震的预测过程及震前异常，对库车地区后续震情跟踪具有较好的现实意义，可为将来具有减灾实效的震前预报提供一定基础资料。本研究总结了此次库车地震前异常的短临研判过程，梳理了震前地震活动异常在时间、空间和强度上的实际预测意义，分析了震前形变、电磁等地球物理观测异常，讨论了震前综合计算方法识别的异常特征，以期为新疆地区中强地震震情监视工作提供参考。

1 库车5.6级地震前地震活动趋势跟踪及预测过程

此次库车5.6级地震发生前，中国地震台网中心及新疆维吾尔自治区地震局（下文简称新疆地震局）每周对新疆地区地震形势进行滚动研判，积累了大量动态跟踪资料。

2019年12月16日—17日，新疆地震局会同中国地震台网中心，组织新疆南疆各州县地震局、专业地震台在新疆阿克苏召开震情跟踪会议，认为新疆地区短期存在发生6级左右地震的可能。预测意见为“新疆地区短期存在发生6级左右地震的可能，危险地区为南天山西段—西昆仑、天山中部。”

2019年12月20日，中国地震台网中心在地震月会商中，针对新疆地震M_L 4.0地震高频等异常，指出新疆地区短期发生6级左右地震的危险性较大，提出：“新疆地区短期发生6级左右地震的危险性较大，危险地区为南天山西段—西昆仑、天山中部。”

2019年12月27日，中国地震台网中心在地震周会商中，针对2019年12月20日兴都库什中源6.4级地震和地磁低点位移异常，指出新疆地区发生6级左右地震的紧迫性增大，提出：“新疆地区短期发生6级左右地震的危险性较大，危险地区为南天山西段—西昆仑、天山中部，发震紧迫性增大。”

2020年1月3日，天山中部地区出现一批形变短期群体异常，分析认为，新疆地区发生6级左右地震的紧迫性增大，中国地震台网中心在地震周会商中提出：“新疆地区短期发生6级左右地震的危险性较大，危险地区为南天山西段—西昆仑、天山中部，发震紧迫性增大。”

2020年1月10日，中国地震台网中心在地震周会商中再次提出，关注新疆地区发生6级左右地震的时间紧迫性，在预测意见中增加了“关注地磁低点位移的预测时间点”，提出：“新疆地区短期发生6级左右地震的危险性较大，危险地区为南天山西段—西昆仑、天山中部，发震紧迫性增大，关注地磁低点位移的预测时间点。”

2020年库车5.6级地震的短临预测过程回顾如下：2019年12月17日中国地震台网中心和新疆地震局提出天山中部发震的可能，12月20日提出危险性较大，12月27日提出发震紧迫性增大，2020年1月3日确认发震紧迫性增大，1月10日提出关注地磁低点位移的预测时间点。2020年1月16日库车5.6级地震发生后，中国地震台网中心与新疆地震局联合召开视频会商会，认为库车地震震区近几日发生更大地震的可能性不大。据实际监测，截至2月底，库车5.6级地震序列的最大余震为1月19日3.3级地震，表明对该地震的震后趋势判定与序列的实际后续发展相符。

2 震前地震活动异常

（1）天山中部4级地震平静打破。2018年4月至2019年9月，天山中部地区存在4级地震较长时间平静的现象。通常，中强地震发生前短期阶段往往表现为4级地震的大范围平静（薛艳等，2009；薛艳等，2018）。据统计，1970年以来，天山中部4级以上地震平静超过2倍均方差，后续6个月内平静区发生5级以上地震的比例为8/10，其中直接打破平静的地震比例为4/10，打破平静后1个月左右发震的比例为3/10（表 1）。2018年4月1日库尔勒4.3级地震后，天山中部4级地震平静持续533天，2019年9月16日轮台4.1级地震打破了该区4级地震平静，2020年1月16日库车5.6级地震即发生在该平静区边缘（图 1）。

（2）库米什地震窗。库米什地震窗与天山中部地区5.5级以上地震具有一定相关性，2017年精河6.6级和库车5.7级地震前库米什地震窗均出现异常（张琳琳等，2017）。据统计，2008年以来库米什地震窗小震月频度超过54次，其后6个月天山中部存在发生5.5级左右地震的比例为6/8，优势发震区域为北天山西段（据新疆地震局会商资料）。2019年9月库米什地震窗小震月频度达61次，分析认为后续6个月天山中部存在发生5.5级左右地震的可能性，此次库车5.6级地震即发生在高值达到后4个月内（图 2）。

（3）天山中部3级地震条带。地震条带是大震前区域地震活动由凌乱分散分布转为集中成带的现象（刘蒲雄，1992）。2019年12月至2020年1月，在天山中部地区快速形成NNE向3级地震条带，条带长约500 km，显示天山中部地区应力状态由分散转变为集中。根据条带起始震级与后续主震的一般关系（李莹甄等，2011），分析认为，其后条带内及周边短期内存在发生5级以上地震的可能。实际上，该条带形成后8天，在条带南端即发生此次库车5.6级地震（图 3）。

（4）天山中部小震调制比异常。小震固体潮调制比时空扫描高值异常集中地区与后续强震具有一定相关性（韩颜颜等，2017）。2019年9月在天山中部地区逐渐出现小范围的固体潮调制比高值异常区域，发震前2.5个月，该异常范围逐渐增大并向震中靠近，但随后向北部移动，同时调制比异常显著程度有所增强，调制比异常区域与本次库车地震震中位置存在一定距离，但仍可作为天山中部地区异常持续跟踪（图 4）。

（5）天山中部Benioff应变比异常。利用Reasenberg链式方法（Kanamori et al，1975；Bakun，1984）去除余震，计算不同时段新疆地区的Benioff应变比（杨文等，2014），可知2019年9—11月天山中部地区出现显著的应变比高值异常，2019年12月高值区域消失，库车5.6级地震即发生在之前的高值区域内部（图 5），体现了此次地震前天山中部地区应变能加速释放的过程。

（6）天山中部地震发生率异常。基于泊松分布，将地震发生率的显著增强或显著减弱变化统一映射为0—1之间的概率值（姜祥华，2019）。库车5.6级地震前在震源区及附近存在持续14个月的地震发生率高值异常，库车5.6级地震即发生在高值异常区内部（图 6），符合“持续高值→发震”的异常演化模式。

（7）新疆地区M_L 4.0地震高频。2019年11月29日至12月15日，新疆地区共发生12次M_L 4.0以上地震，超过周频次5次的异常指标。据统计，1970年以来，新疆地区M_L 4.0地震高频异常共计38次，后续3个月内该区5.5级以上地震发生比例较高，震例比为17/38，1个月内地震对应率为10/38（图 7），显著高于该区发震的自然概率12%。分析认为，新疆地区3个月内存在发生5.5级以上地震的可能，库车5.6级地震即发生在该异常达标后1个月内。

（8）兴都库什6.4级中源地震。2019年12月20日兴都库什地区发生6.4级中源地震，震源深度为200 km。1970年以来，兴都库什地区共发生42组6级中源地震，其中18组地震后6个月内新疆地区发生5.5级以上地震，震例对应率为18/42，其中3个月内发生5.5级以上地震，震例对应率为12/42（图 8）。分析认为，此次兴都库什6.4级中源地震后3个月内新疆地区存在发生5.5级以上地震的可能。实际上，此次中源地震后新疆地区先后发生2020年1月16日库车5.6级、1月18日伽师5.4级和1月19日伽师6.4级地震（孟令媛等，2020）。

3 地球物理观测异常

库车5.6级地震震中500 km范围内共存在地球物理观测异常18项，其中形变13项、流体1项、电磁4项，异常主要集中在震中北部区域，且震中350 km范围内均为形变异常（图 9），其中趋势异常3项、短期异常10项（表 2）。

3.1 趋势异常

（1）库尔勒重力固体潮。2019年11月，形变学科会商提出库尔勒重力固体潮年度异常，异常变化形态表现为非潮汐变化的趋势转折上升，并于震前持续7个多月。该测项在2017年精河6.6级地震前出现过类似异常变化，与精河地震前相比，此次库尔勒重力固体潮年度异常幅度较大且持续时间长，库车5.6级地震后仍在持续。此外，在震后总结中发现，该异常项存在一个显著的短期变化，即自2019年12月14日开始，库尔勒重力M₂波潮汐因子出现快速下降变化，至2020年1月1日下降幅度达到0.0087，超过2倍均方差，1月3日开始恢复，经异常核实，认为观测系统正常且未发现干扰，与其他观测手段出现的异常变化及以往震例（如：2013年乌昌5.6级、2013年乌鲁木齐5.0级、2015年新源5.0级以及2015年托克逊5.4级地震前均出现过此类短期异常变化）进行对比分析，认为库尔勒重力M₂波潮汐因子变化为震前异常。

（2）库尔勒伸缩仪NS分量。2019年3月1日至11月24日，库尔勒伸缩仪NS分量原始曲线年变幅度小于往年同期变化，异常持续6个月以上，且在库车5.6级地震前完成正常年变转向，表明该趋势异常为震前地球物理异常。

（3）库尔勒石英摆倾斜仪EW分量。自2012年1月1日以来，库尔勒石英摆倾斜仪EW分量由趋势东倾转折为西倾，在此次库车5.6级地震前固体潮清晰，无显著短临变化，且震后异常持续，未发生转折回返，分析认为该测项趋势转折变化非此次震前异常。

（4）库尔勒断层水平分量。库尔勒断层水平分量同时存在趋势转折和破年变异常变化。2013年9月，该分量开始出现趋势转折变化，此次库车5.6级地震发生后异常仍在持续。自2019年3月24日起，该分量年变幅度增大，至10月1日结束，破年变异常持续191天，后发生库车地震。因此，库尔勒断层水平分量趋势转折变化非此次库车地震前异常，而破年变则为震前异常。

3.2 短期异常

（1）库车钻孔倾斜EW分量。2019年，库车钻孔倾斜EW分量年变幅度远小于往年同期水平，在趋势性西倾基础上，叠加出现显著破年变异常变化（图 10）。在此次库车5.6级地震前，经新疆地震局现场核实（http://10.5.105.2:8080/APNET/login），排除周边及观测环境等干扰因素，判定此次破年变异常真实可靠。

2019年12月中旬，提出库车钻孔倾斜EW分量异常，在对原始数据去线性趋势基础上，中国地震台网中心形变预测研究室利用奇艺谱分析算法，提取年频段变化时序作为正常年变形态，对去除年变的残差序列进行动态R值检验[图 11(a)]，结果显示，该测项破年变异常对周边200 km范围内5级以上地震、300 km范围内6级以上地震具有较好的映震效能（R = 0.517＞R₀ = 0.459），最佳预测时间是异常结束后91天[图 11(b)]，此次库车5.6级地震距该测项112 km，且发生在预测时段内，故判定此为震前异常。

（2）库尔勒垂直摆EW分量。自2019年12月1日起，库尔勒垂直摆EW分量加速东倾变化。调查发现，2015年10月出现过类似异常变化（图 12），且在异常出现后3个月左右发生2016年轮台5.3级地震，震中距为230 km。基于此，2019年12月，中国地震台网中心形变预测研究室在地震周月会商中给出“关注周边300 km范围内5级左右地震的发震可能”的会商意见。该异常出现后新疆地震局及时开展核实工作，综合分析认为，该异常较为可靠，未来1年台站周边300 km范围内有发生5.5级左右地震的可能。此次库车5.6级地震的发生，验证了该异常判定的准确性。

（3）库尔勒水管仪EW分量。自2019年9月27日起，库尔勒水管仪EW分量呈缓慢反向西倾变化，截至11月3日，日均西倾速率约-0.381 0×10^-3″，与2016年以来同期对比，出现明显异常变化（图 13），2019年12月1日恢复东倾趋势，12月17日异常结束，1个月后发生库车5.6级地震。

（4）尼勒克分量钻孔应变。尼勒克分量钻孔应变距库车5.6级地震震中291 km，该测项自观测以来，四分量均表现为压缩变化，2019年10月1日、23日，NE和EW分量先后出现反向拉张变化，异常核实后排除了周边及观测环境的干扰影响，异常真实可靠。上述异常测项在震前同时出现显著的高频异常变化（图 14），相关研究表明，1个月以上持续的高频变化对应干扰的可能性较小（刘琦等，2014；龚丽文等，2019），该高频异常已于2019年12月底结束，综合分析认为，NE、EW分量的异常变化为此次库车地震震前异常。

（5）地磁低点位移异常。2019年12月，中国地震台网中心电磁预测研究室在地震周会商提出，2019年12月11日在新疆和西北地区出现地磁低点位移异常，异常线一侧地磁垂直分量Z日变化低点约在北京时间9时附近，另一侧约为13时，两侧时间差超过2小时，满足地磁低点位移异常判定条件（丁鉴海等，2011）。依据低点位移预测规则，异常出现后（27±4）天及（41±4）天在异常线附近有发生5级以上地震的可能，本次库车5.6级地震距低点位移线288 km（图 15），时间和空间范围均符合判定标准（冯志生等，待出版）。

4 库车5.6级地震序列特征

截至2020年2月29日，新疆测震台网共记录M_L 0以上地震102次，其中M_L1.0—1.9地震44次，M_L 2.0—2.9地震48次，M_L 3.0—3.9地震9次，M_L 5.0—5.9地震1次（5.6级主震），最大余震为1月19日新疆库车M_L 3.9地震。从此次地震序列的M—t和地震日频次图（图 16）分析可知，该地震序列总体活动较弱，单日地震频次最高出现在2月14日，发生M_L 2.0及以上地震5次。总体上，地震衰减特征不明显，地震活动过程伴有起伏变化。库车5.6级地震序列M_L 2.0地震时间间隔在1月21日之后逐渐变大，最长达3.7天，该M_L 2.0地震平静被2月22日库车M_L 2.8地震打破，与主震间隔37天（图 17）。

地震b值反映了地震大小的比例关系，与地震活动规律较为密切（Mogi，1967；Smith，1981；史海霞等，2018）。利用最大似然法，计算得到本次库车地震序列的最小完整性震级M_c，约为M_L 1.9，序列b值约0.87，基于G—R关系，最大余震外推震级为M_L 3.9，与实际序列余震大小一致，见图 18(a)。地震序列衰减参数h值是表征地震序列频度随时间衰减的系数（刘正荣，1979），以24小时为时间间隔，计算得到此次库车5.6级地震序列的h值为0.44，见图 18(b)。通常，序列h值小于1可推断地震序列衰减特征不明显，可见此次库车地震序列发生后，区域应力水平未得到充分释放，后续仍需关注该区地震活动的起伏变化。

5 讨论与结论 5.1 讨论

震例研究表明，一些强震前存在α、β、γ明显的三阶段特征，特别是γ阶段（宋治平等，2009；孟令媛等，2020）。本研究尝试综合分析震中附近500 km范围内形变、电磁、流体3大学科的震前异常特征，讨论整体时空演化特征，深入了解地震孕育过程。

以本次库车5.6级主震震中为中心，震中距100—500 km为半径，1年为窗长，半年为步长，计算新增地球物理观测异常数量随时间的变化，综合统计分析震前异常演化特征，结果见图 19。由图 19可知：①新增异常数量随震中距增大而逐渐增加，与张小涛等（2018a，b）的结论一致；②自2017年6月开始，新增异常数量逐渐增加，2019年年中达最大，在震前半年存在下降现象。

在地球物理观测异常时空演化的3个阶段过程中，α阶段表示地球物理观测异常由震中向外围扩展的过程，异常集中出现在震前300天以上；β阶段表示地球物理观测异常分布在较大范围，异常主要出现在震前150—300天，无论震中距远近均出现异常；γ阶段的异常主要出现在震前150天内，表现为异常由震中外围向震中区收缩的过程（图 20）。结合前文分析，2020年库车5.6级地震前存在的地球物理观测异常数量不多，但震前异常数量的增加趋势较明显，且异常开始时间随震中距三阶段变化的特征较明显（图 21）。

5.2 结论

此次库车5.6级地震前出现了具有预测意义的中短期异常和年度异常。显著中短期异常主要体现在3级地震条带、新疆地区M_L 4.0地震高频、兴都库什6.4级中源地震影响等，地球物理观测异常包括形变短期群体异常，具有明确时间预测的是地磁低点位移异常。在地震活动方面，对应此次地震的年度异常包括天山中部4级地震平静打破、库米什地震窗、固体潮调制比异常；在地球物理观测方面，则主要表现为准同步趋势转折形变异常。

比较分析2020年库车5.6级地震与天山中部3次中强地震前不同类别的预测指标，可知4次地震前的异常存在共性特征，涉及背景活动性、空区、条带、震群、形变、电磁、流体；同时震前异常各有不同特性，主要表现在：①2020年库车5.6级地震之前，该地区无流磁异常区，其他3次中强地震之前均存在流磁异常区；②2020年库车5.6级地震之前存在兴都库什中源地震影响，该现象值的关注。4次中强震不同类别的预测指标见表 3。

6 结束语

全面梳理显著地震事件发生前出现并捕捉到的地震活动和地球物理观测异常变化、地震序列演化、地质构造特征，对于地震预测的科学研究具有重要价值（孟令媛等，2020）。2020年库车5.6级地震发生前地震活动中短期异常较为突出，地球物理观测异常相对较少，年尺度异常涉及地震活动性、地球物理观测和综合方法异常，短期异常则主要为地震活动高频异常、带状分布等。

回顾2020年1月16日库车5.6级地震的动态跟踪过程，2019年12月17日中国地震台网中心和新疆地震局提出天山中部发震的可能，12月20日提出危险性较大，12月27日提出发震紧迫性增大，2020年1月3日确认发震紧迫性增大，1月10日提出关注地磁低点位移的预测时间点。1月16日库车5.6级地震的发生，显示出震前对年度趋势的总体把握较好，提出了一些短临震前异常，但对地点的预期仍存在一定偏差。

本文撰写得到王海涛研究员的指导和鼓励，蒋海昆研究员、晏锐研究员、孟令媛研究员和闫伟高级工程师亦给予帮助，中国地震台网中心国家地震科学数据中心（http://data.earthquake.cn）提供数据支撑，在此对他们及中国地震台网中心预报部同事的辛苦工作，一并表示衷心感谢。