钱 才， 陈鲁刚， 张治广

(新疆维吾尔自治区地震局 ，新疆 乌鲁木齐 830011)

地面观测地磁场包含许多不同成分的磁场，按照来源和变化规律不同，观测地磁场可分为2部分，一是来源固体地球内部的稳定磁场；二是起源于固体地球外部的变化磁场，其中起源于地球内部的稳定磁场占稳定磁场总量的99% 以上[1]。地震是一个复杂地球内部地质活动，在其孕育过程中，震源及附近区域应力应变处于积累阶段，按照压磁理论，应力变化将引起地下岩石磁性变化，从而出现地磁异常[2-3]。国内外学者在研究地震地磁前兆异常时，积累了许多理论认识和震例资料。Fraser-Smith A C等人在1989年美国Loma PrietaMS7.1地震3小时前观测到磁噪声活动水平异常升高[4]，Ohta Kenji等人在研究2004年日本新潟县中部地区MS6.8地震和2007年能登半岛MS6.9地震时，发现Schumann谐振幅度和频率电磁异常[5]。王毅等人模拟地震期间地磁波传播的异常现象[6]。国内学者在研究新疆地区地磁前兆异常时也取得许多成果。张敏等在分析2016～2017年10月垂直分量极化异常时，在许多地震前识别出极化高值异常[7]；张翼、艾萨·伊斯马伊力、沙木哈尔·叶尔肯等在研究新疆部分地震前兆异常时，在震前识别出如地磁垂直分量日变幅逐日比等地磁异常[8-11]。2021年3月24日拜城MS5.4地震之前，乌什台和喀什台地磁出现超阈值的高值异常。针对地震预测结果，我国部分学者使用不同方法进行检验评分，R值评分是其中一种检验方法，广泛地应用于年度地震预报效能检验之中[12-14]。本文中针对新疆乌什台和喀什台地磁垂直分量逐日比超阈值异常，梳理其震例情况，考虑阈值、预测期选取不同时对R值检验结果的影响。

1 拜城MS5.4地震前地磁异常

地磁逐日比是地磁垂直分量前后2天日变化幅度的比值，有学者认为该方法受仪器、环境等干扰影响较小[11]。根据张翼等人的研究，新疆地区地磁垂直分量逐日比异常一般要求至少2个台站同时超阈值才能做为异常，2次异常时间间隔较短时可划定为同组异常[8]。在本次地震前，乌什台和喀什台地磁垂直分量逐日比阈值选为2.6，预测期为90 d。2020年12月15日、12月29日乌什台和喀什台2个台站出现一组逐日比超阈值异常(表1、图1)，现场异常核实没有发现明显干扰，仪器工作状态正常，异常真实可靠(1)孙昭杰，阿里木江，桂荣，等．异常核实—2020年12月23日新疆喀什、乌什台磁场日变化地磁逐日比，2020年．，其后预测期内发生塔吉克斯坦MS6.1地震、拜城MS5.4地震。2次地震符合对应规则，可以对应2020年12月乌什台和喀什台逐日比异常。

图1 乌什台和喀什台地磁垂直分量逐日比异常等值线图(a) 2020年12月15日 (b) 2020年12月29日Fig.1 Contour map of daily ratio anomaly of vertical component of geomagnetic fieldat Wushi station and Kashi station

图2 地磁垂直分量日变幅逐日比曲线图(a) 乌什 (b) 喀什M15 (c) 喀什M4Fig.2 Daily ratio of vertical component of geomagnetic field

表1 乌什—喀什台逐日比异常与MS5.0地震对应情况统计表

2 异常震例梳理

为进一步验证乌什台和喀什台地磁垂直分量逐日比异常映震效果，本文中选取同样的阈值2.6、预测期90 d，分析2011年1月1日～2021年4月11日地磁垂直分量逐日比数据。考虑到资料完整性，选取地震目录资料来源于新疆维吾尔自治区地震局地震台网目录，地震空间对应规则如表2所示，符合规则地震分布如图3所示。部分较强地震通常伴随前震、余震，为合理检验地磁垂直分量逐日比异常的映震效果，在统计过程中删除前震、余震。自2011年以来，排除地磁扰动干扰后[15]，乌什台和喀什台同时出现超阈值异常共15次(图2、表1)。在伽师MS5.5地震、阿图什MS5.1地震、吉尔吉斯MS5.0地震、拜城MS5.0地震、乌恰MS5.0地震、柯坪MS5.2地震、塔吉克斯坦MS6.1地震、拜城MS5.4地震等前均出现逐日比超阈值异常，异常共对应地震6次，虚报9次。

图3 符合表2规则的地震分布图Fig.3 Earthquake Distribution that match rules in Table 2

表2 选取地震规则表

3 R值检验

R值评分方法由许绍燮提出[14]，该方法被广泛应用于年度地震预报效能检验。R值越大，预测效能越好[16]。R值>0代表有预测意义，R0是保证97.5%置信水平的最低R值，R0值大小与报对地震数量、漏报地震数量有关(图4)，R≥R0代表通过显著性检验，也即是该R值至少有97.5%的置信水平[17],

图4 R0值与报对地震数目、漏报地震数目之间关系图Fig.4 Relationship between R0 value and number of reported earthquakes，missed earthquakes

(1)

通过公式(1)计算得到R值为0.055 8，对应R0值为0.178 5，未通过显著性检验，虚报率为0.529，漏报率为0.586。图5为阈值为2.6时，R值、R0值、虚报率和漏报率随预测期的变化。在当前阈值下，R值、R0值随预测期先增长而变大，而后趋于稳定，预测期在5～180 d范围内，R值均小于R0值，R值检验均未通过；虚报率、漏报率随预测期增长而减小。

图5 R、R0值、漏报率和虚报率与预测期关系Fig.5 Relationship between forecast period and R value, R0 value, missing report rate, false report rate

为进一步检验预报效能，计算阈值在2～3之间，预测期5～180 d范围内时，R值和R0值的变化情况(图6)。R在阈值、预测期双向搜索区间内存在2个较高值区域，第1个高值区域的阈值为2～2.4、预测期为10～60 d，第2个高值区域的阈值为2.6～2.8、预测期为140～170 d。当阈值为2.0、预测期为20 d时，R值最大，为0.243 8，对应R0为0.195 4，此时通过检验。图5中部分区域R值<0，此时没有预测意义。

图6 R值(a)、R0值(b)与预测期、阈值之间的关系图Fig.6 Relationship between R value(a), R0 value(b) and forecast period, threshold

部分学者认为地磁垂直分量逐日比的高值异常与台站周边地震对应效果较好[18]，本次统计地磁垂直分量逐日比异常中高值、低值和地震对应情况。为了不失一般意义，本次统计中成组异常视为多次异常。地震出现在异常中高值侧、低值侧的次数随着预测期增加而增加，预测期<110 d时，地震出现在异常高值侧和低值侧的次数相当；预测期>110 d时，地震出现在高值侧的次数多余低值侧，但两者的差异并不显著(图7)。

图7 异常中高值、低值与地震对应关系Fig.7 Correspondence between high value, low value in anomaly and earthquake

4 结 语

塔吉克斯坦MS6.1和拜城MS5.4地震发生前，乌什台和喀什台地磁垂直分量逐日比出现超阈值异常，但R值未通过显著性检验，虚报率和漏报率均在0.5左右。如果以乌什台和喀什地磁垂直分量逐日比出现成组异常情形统计，2011年以来只出现过2次，异常间隔时间均<30 d，分别为2011年12月28日、2012年1月23日一组高值异常和2020年12月15日、12月29日一组高值异常。2次成组异常均对应地震，效果较好。R值、R0值、虚报率和漏报率均随预测期时长变化，阈值选取不同也极大影响R值检验结果。乌什台和喀什台地磁垂直分量逐日比异常R值检验结果存在2个高值区域，第1个高值区域阈值较低导致总异常次数急剧增多，虚报率过高而失去实际意义；第2个高值区域阈值较为合理，但R值小于对应R0值，未通过显著性检验。如果以R值通过检验为唯一指标，在第1个高值区域中部分点通过显著性检验，但阈值过低而失去预测意义。综合R值评分、虚报率和漏报率的结果，乌什台和喀什台地磁垂直分量逐日比合理阈值应在2.6～2.8之间、预测期为140～170 d，R值为0.1左右，未通过显著性检验，表明乌什台和喀什台地磁垂直分量逐日比异常预测水平偏低，但仍具有预测意义。在乌什台和喀什台地磁垂直分量逐日比异常中高值、低值与地震对应统计结果中，地震出现的位置与异常中高值的关系并不显著。目前，地震预测仍在探索过程中，本文中单一地讨论了乌什台和喀什台地磁垂直分量逐日比异常及其R值检验结果，结果存在一定片面性，预测应以综合分析多方法和多手段异常为主。