0 引言

地震预测预报研究一直是全世界关注的问题，从地震概率预测模型的建立到检验，众多学者做了大量研究工作（Swets，1973；Molchan，1990；Frankel et al，2002；Jordan，2006；Petersen et al，2007；Holliday et al，2007；蒋长胜等，2009）。目前的关注热点当属由美国发起并组织全球多个国家参加的“地震可预测性合作研究”，该研究也标志着地震预测预报从追求“终极目标”向循序渐进逐步认知的转变（张盛峰，2015）。中国关于地震预测预报的相关研究工作始于20世纪五六十年代，历经“七五”“八五”等地震预测实用化攻关，逐步形成长、中、短临和震后各阶段的渐进式预测思路（丁国瑜等，1981；梅世蓉等，1993）；“九五”期间，重点组织开展了强地震中短期预报方法及其效能研究工作（中国地震局监测预报司，2002）。各省地震局对辖区内预报地震三要素方法的科学性、有效性进行系统地分析和提炼，初步形成一套规范化的、行之有效的中短期地震学异常识别方法及指标体系（曹凤娟等，2016；付虹等，2019），为该地区的震情趋势分析和年度地震危险区跟踪工作提供借鉴和指导。

近年来，按照震情会商机制改革实施方案中的要求，宁夏回族自治区地震局逐步开展了地震预测指标体系建设工作，并将建设成果应用在2017年6月3日18时内蒙古阿拉善左旗5.0级地震（下文简称左旗5.0级地震）前的短临跟踪工作上。

该地震宏观震中位于阿拉善左旗，毗邻甘肃民勤、武威和古浪等地，距离宁夏边界最近为90 km，距离宁夏南部年度地震危险区为91 km。此次地震发生前，于2017年4月25日在宁夏境内发生了海原M_L 4.0震群，根据地震预测指标体系判定，宁夏南部及邻区存在发生中强以上地震的危险；之后海原地电阻率和固原地电阻率以及热红外等资料先后出现短临异常，增加了宁夏南部及邻区的发震可能性。震后回顾来看，此次震前测震学和地球物理场观测资料存在显著异常，并在震前对区域地震危险性有所察觉。一方面，说明地震预测指标体系的建立对震情判定起到了积极作用；另一方面，证明了地震预测是有迹可循的。综合来看，此次预测过程体现了预测指标体系建设的重要性，也体现了长、中、短临渐近式预报思路的有效性。

为进一步完善宁夏地区地震预测指标体系，本文将主要从测震学资料和地球物理观测资料2方面，结合地震预测指标体系的建设成果，对左旗5.0级地震前宁夏境内出现的显著异常进行总结。

1 地震序列

2017年6月3日18时，内蒙古阿拉善左旗发生5.0级地震，截至6月14日，中国地震台网中心共记录到M_L≥0地震97次，其中单台地震（甘肃四个山台）50次，可定位地震47次[图 1(a)]。该地震序列震源深度较浅，范围在4-19 km。从震级分布看，最大地震为M_S 5.0（M_L 5.4）地震，最大余震为M_L 3.3地震，余震震级主要集中在M_L 0.5-1.8，未记录到M_L 3.4-5.3地震；从时间来看，地震序列集中发生在6月3-5日[图 1(b)]；从地震频次来看，余震序列衰减特征明显[图 1(c)]。

选取6月3日18时-24时记录的左旗5.0级地震及早期余震目录，计算早期序列h值（图 2），结果显示，该地震序列为主震型，最大余震震级M_L 3.4，M_L 2.0以上余震在主震后2天内结束，该结论与左旗5.0级地震后续震情发展基本一致。

2 震前异常 2.1 测震学资料 2.1.1 同心地震窗

“地震窗”是指小震相对集中的小区域，表示了某些以微震活动形式灵敏反映区域应力场变化的特殊构造部位（敖雪明等，1993），其活动强弱与周围中强以上地震活动有一定程度的相关性。“同心地震窗”（以下简称“同心窗”）是位于宁夏吴忠市同心县附近的“地震窗”，地处宁夏中部，窗口内从左到右发育有香山-天景山断裂带、烟囱山断裂带、罗山东麓断裂带。根据测震学预测指标体系，“同心窗”内发生M_L 3.4-4.6地震，对宁夏及周边地区中强地震具有较好的指示意义^①。据震例总结，该异常对应地震概率为8/10，对应时间为1.5年，优势应震时间为3个月到1年，对应震级最大为8.0，最小为4.9，且开窗时间越长，窗口范围越大，对应地震震级越大。

① 宁夏回族自治区地震局. 2016年4月11日宁夏同心地震窗信号震分析报告.

2016年4月11日中宁发生M_L 4.4地震，地震释放能量约为2.9×10⁴ J，该地震发生在“同心窗”内（图 3），利用传统地震学方法和Molchan检验方法（蒋长胜等，2011；薛丁等，2012）分析，认为“同心窗”开窗。根据测震学预测指标体系和以往震例研究，认为宁夏及邻区存在发生中强地震的可能性。左旗5.0级地震发生在“同心窗”开窗14个月后，虽然超过“同心窗”预报优势时段，但仍处于有效预报期内，因此认为此次“同心窗”开窗较好地对应了左旗5.0级地震。

2.1.2 海原震群

震群活动是地壳运动增强的客观表现，可以反映一定空间尺度上的应力变化。大量研究表明，某些中强地震前常常在本区或邻区引发一系列在时空上比较集中的中小地震活动。国内外众多学者对于震群在地震预报中的应用以及震群的判别指标和预测程式做了大量工作（Mogi，1962；陆远忠等，1984；左兆荣等，1995；陈玉华等，2013）。目前常采用定量分析方法，即用震群参数b、h、ρ、k、U和F值等定量指标，判别是否为前兆震群（国家地震局科技监测司，1990）。

2017年4月25日宁夏中卫市海原县发生M_L 4.0震群，地震分布见图 4。据统计，2017年4月24日至5月31日共记录M_L≥0地震95次，其中：M_L 0-0.9地震30次，M_L 1.0-1.9地震54次，M_L 2.0-2.9地震9次，M_L 3.6地震1次，M_L 4.0地震1次。序列参数分别为：U = 0.625 25，F = 1.085 2，ρ= 0.440 5，K = 0.340 9，h = 1.4，b = 0.635 4。由U-K、U-ρ、K-ρ和U-K-ρ等参数组合可知，该震群为前兆震群。

根据测震学预测指标体系结果，宁夏海原震群主要对宁夏南部及周边5级以上地震有指示意义^②；震群与对应地震时间间隔最长为14个月。因此，此次海原震群事件加剧了宁夏南部及周边地区的地震危险性。海原震群发生39天后，左旗5.0级地震发生，空间距离285 km。这与预测指标给定的地震三要素相符，因此海原震群事件对此次地震具有较强的指示意义。

② 宁夏回族自治区地震局.宁夏回族自治区2018年度地震趋势研究报告. 142-146.

2.1.3 视应力

视应力表示单位面积的断层面发生单位错动所释放的地震波能量，能够有效反映地面运动强度，可以作为区域应力水平的下限估计，常被用来研究震源区的应力水平以及了解地震发生过程中构造应力的释放水平。地震视应力越高，表明震源区应力水平越高。在一些中强地震前往往会出现视应力升高现象，而且视应力高值异常集中区域可能是未来中强地震的震源区（吴忠良等，2002；刘红桂等，2006；易桂喜等，2011；李艳娥等，2012）。

选取2010年以来宁夏测震台网记录的宁夏及毗邻地区M_L≥2.5地震，依次截取波形，扣除仪器响应，采用Brune圆盘模型，计算每个地震的视应力值。为了消除震级对视应力结果的影响，拟合得到视应力与震级标度关系，视应力值扣除震级影响后即为差视应力值，分别绘制视应力时序图和差视应力时序图，结果见图 5(a)-(c)。

时序图扫描结果显示，自2015年开始视应力出现显著上升异常；差视应力自2016年4月11日同心M_L 4.4地震差视应力显著偏高之后，仍出现多次高值异常[图 5(c)]；空间扫描结果[图 5(d)]显示，异常主要集中在以海原断裂带为主的宁夏南部及邻区。该区域应力水平偏高，左旗5.0级地震距离异常区边缘约100 km。此次震例总结为梳理宁夏地区视应力指标体系提供了经验。

2.2 地球物理场观测资料 2.2.1 海原地电阻率

地电阻率是电磁学科异常指标之一。观测点建立在海原断裂带附近，位于左旗5.0级地震震中东南方向，距震中250 km。该测项以高值突跳为主要异常特征，异常出现后发生中强地震的对应率约为33.3%。

此次该测项出现的异常变化以NS向、EW向突跳为主，异常出现时段为2017年5月13-14日，其中NS向最大变化幅度为0.17 Ω•m，EW向最大变化幅度为0.14 Ω•m。与此同时，2个测向的均方差显著增大（图 6）。经核实，该变化过程中无确切影响因素，且同期海原断裂带弱震活动频繁，认为其属地震地球物理异常的可能性较大（6月末至7月初的阶梯变化系农田灌溉干扰）。该异常持续至5月26日，之后消失，随后发生2017年6月3日左旗5.0级地震。

2.2.2 固原地电阻率

固原地电祖率观测点建立在海原-六盘山断裂带和云雾山断裂带之间，位于震中东南方向，相距约310 km。该测项异常以高值突跳、波动变化和快速上升及下降为主要特征，一般在异常出现后半年内对应宁夏及周边地区5.0级以上地震，对应率为65%。

该测项短临异常主要表现为：2017年5月17日12时快速下降，至19日14时结束，5月20日后持平，变化幅度0.3%；6月1日-7日再次小幅下降，之后转平，累积下降幅度0.4%（图 7）。经核实，未发现明显干扰因素，认为该变化属地球物理异常的可能性较大。异常持续期间发生2017年6月3日左旗5.0级地震，震后数据继续保持低值变化。

2.2.3 海原甘盐池井水温

井水温是地下流体学科异常指标之一。该测点建在海原断裂带附近，位于震中东南方向，距震中150 km。2007年数字化改造以后，海原干盐池井水温测项存在趋势下降背景，其异常特征表现为趋势下降背景过程中出现转折上升。据以往震例，出现趋势转折上升之后1年内，宁夏及邻区会发生5级以上地震。该测项自2016年6月后转为缓慢上升，12月26日转折，持续半年时间，之后持平变化，分析认为，存在趋势转折异常（图 8），地震发生在上升-转折持平变化后6个月内。该变化与以往震例显示的震前异常具有较高的一致性（王晨曦等，2018）。

2.2.4 热红外资料

根据宁夏及邻区热红外资料，整理得到热红外预测指标，规定：在面积大于1°×1°的区域出现15天以上的OLR（长波辐射）相对功率谱幅值最小值≥2时视为异常，异常变化经历出现-持续-消失的过程后，在异常区边界150 km范围内，往往发生4级以上地震，对应率77.8%。

在长时间无异常情况下，宁夏及邻区热红外资料在2017年4月27日以后出现明显的异常变化，并于5月17日达最高值，后逐渐减弱，左旗5.0级地震即发生在热红外异常区边缘（图 9）。

3 结论和讨论 3.1 结论

通过对2017年6月3日内蒙古阿拉善左旗5.0级地震前宁夏境内测震学和地球物理场资料异常的分析，得出如下结论。

左旗5.0级地震前测震学异常包括：①“同心窗”开窗14个月；②震前40天海原发生4月25日M_L 4.0前兆震群；③海原断裂带附近存在视应力高值异常。

地球物理场观测资料异常包括：①海原甘盐池井水温趋势异常；②海原地电阻率突跳变化异常；③固原地电阻率破年变下降变化异常；④热红外短期显著异常。其中，本文对固原地电阻率破年变下降变化异常和海原甘盐池井水温趋势异常有不同认识，有待进一步讨论，其余地球物理场资料异常和测震学异常均较好对应了左旗5.0级地震。

左旗5.0级地震前的短临跟踪是宁夏回族自治区地震局地震预测指标体系建设成果的成功应用，同时，震后的震例总结促进了地震预测指标体系的更新和完善，期望今后能更好地捕捉宁夏及邻区中强地震前的短临异常。

3.2 固原地电阻率异常认识

左旗5.0级地震前半个月，固原地电阻率出现显著破年变下降变化，异常幅度明显，但震后异常仍在持续。调查发现，自2013年固原地电阻率更换新仪器以来，该测项第1次出现较大幅度的下降异常，异常持续期间发生左旗5.0级地震，震中距固原地电阻率观测点约310 km（该异常可能与地震的发生有一定关系），震后异常未出现恢复迹象，至2017年8月24日，异常持续100天，而且自2015年底以来，固原地电阻率NE向在趋势下降及破年变异常的背景上出现加速下降的迹象。多次异常核实发现，该测项受测区内淀粉厂排污干扰，但排污期间未出现显著异常，且干扰时间较长，因此，固原地电阻率异常可能仍与未来震情发展有关（乔子云等，2019）。在后续跟踪观察中发现，该测点测区环境自2019年以来存在较大变化。

3.3 海原甘盐池井水温趋势异常认识

海原甘盐池井水温自2016年6月出现趋势转折上升异常，相比于海原地电阻率和固原视电阻率异常，该项异常持续时间更长，趋势转折上升异常持续半年，且转折上升结束后转为持平变化，持续半年，而以往3次震例均发生在转折上升恢复后半个月到4个月。根据地球物理场资料预测指标对于该测项异常以往震例的研究，发现对应地震震级较大，而左旗5.0级地震震级偏小；由以往震例对应地点可知，震中距越大，对应震级越大，而左旗5.0级地震震中距较大，震级应更大，相对而言，5.0级偏小。因此，海原甘盐池水温异常可能非此次左旗5.0级地震地球物理异常，而作为2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震映震异常的可能性更大。

宁夏回族自治区地震局监测中心提供了地震目录，地震分析预报中心同事在本文撰写过程中给予了帮助，在此表示感谢。