2023年2月6日土耳其兩次強震前衛星熱紅外及TEC 趨勢異常分析＊

唐好叢 廖洪月 吳 佳 王 剛

1) 西安市地震監測預警中心，陜西西安 710199

2) 西安市地震局，陜西西安 710018

0 引言

利用地球同步衛星等現代空間技術采集到的熱紅外及電磁等相關監測數據，較地面觀測數據具有抗干擾強、觀測范圍廣、測點分布均勻等優點，吸引著越來越多的地震研究學者開展深入的專項研究。強祖基等[1-2]使用氣象衛星熱紅外資料對1989年大同6.1 級地震、1996年麗江7.0 級地震以及1998年唐山4.7 級地震等進行了實際監測和試報，經過對震例的研究，總結出衛星紅外亮溫增溫異常與地震時間、空間、強度的關系與規律。康春麗等[3]以 NOAA 衛星的長波輻射（Outgoing Long Radiation，OLR）數據和日本靜止氣象衛星的GMS-5 亮度溫度數據為基礎，分析了2001年11月14日昆侖山口西8.1 級地震前后的熱紅外變化特征，結果顯示在震前1 個月OLR 出現增溫異常，震前1 周亮度溫度出現異常。Lu 等[4]采用中國FY-2E 靜止氣象衛星的亮溫和OLR 數據，研究了2010年1月12日—2015年4月30日西藏地區20 次中強地震的熱紅外異常變化，大部分震例出現了異常，且異常時間、位置和振幅均相似。廖洪月等[5]曾對2008年汶川8.0 級地震、2013年四川蘆山7.0 級地震、2017年四川九寨溝7.0 級地震分析，發現震前半年內均出現了較大規模的熱紅外趨勢異常。宋冬梅等[6]針對趨勢背景場的地震熱異常進行了相關研究，發現2008年汶川8.0 級地震前存在明顯的異常增溫現象，提取的異常特征與斷裂帶走向相吻合。

由于板塊間的相互推擠，巖石空間壓縮導致相關區域地面熱紅外亮溫發生升溫現象，因此理論上通過找到熱紅外亮溫持續升溫區域，就可以定位地下巖石擠壓活動加劇區域。但由于熱紅外亮溫值晝夜和季節變化波動較大，通過研究熱紅外觀測數據直接發現熱紅外異常較為困難。當前學術界主要研究方法為小波功率譜分析法、距平法等，主要側重于短時間內絕對亮溫升溫異常的研究。本文采取的方法是自主獨立研發的年線差值振幅增強比法，主要研究相對異常，該方法可以較好地提取到強震前相關區域的熱紅外趨勢異常。

近幾十年以來，從事電子總含量（Total Electron Content，TEC）與地震相關性研究的學者也越來越多。李美[7]研究相關地震電離層響應異常時空演化統計特征顯示，相關電離層擾動異常出現頻次隨地震臨近而增高。劉靜和萬衛星[8]研究顯示6.0 級以上地震臨震電離層擾動現象較為普遍。王剛等[9]研究汶川地震時也發現存在震前中長期趨勢異常。

大氣中電子濃度變化除受太陽活動、地磁等因素干擾影響外，可能還受到包括對應區域地下巖層活動的影響。影響過程理論模型如下：由板塊運動引發巖石圈破裂，巖石圈破裂可能產生壓電效應，壓電效應可能引發電磁效應，電磁耦合到大氣層，再通過某種方式耦合至電離層影響電離層電子濃度變化。板塊相互推擠運動過程中，可能發生巖石小規模破裂現象，時空表現可能以離散碎片化形式存在，最終引發相應區域TEC 大氣電離電子濃度發生的變化也是微小的。尋找和研究這類小規模巖石破裂事件意義重大，它可以幫助我們直觀了解當前或還原相關時間段地下活動狀況。尋找此類目前地震儀器還很難監測到的地下深處小規模巖石破裂事件，通過分析TEC 的變化率特征可能比分析其振幅變化特征更加高效。

本研究有3 個特點：①以全球觀測數據為依托：通過全球連續性網格數據，可研究和驗證異常時空影響最大范圍；② 以微異常研究為主：不強調不注重個別異常研究，注重異常累積分析，通過分析和統計微異常時空特點以求達到發現地震前兆的目的；③利用相關參數滑動年線數據作為基礎數據：每組年線數據包含了一年的相關信息，意味著也包含了一年中產生的異常總和，年線相對平穩，理論上從年線中更容易提取到趨勢異常。同時，個別實時性重大異常事件（含偽異常）對年線影響是非常有限的，通過年線方法可屏蔽個別異常，減少對個別異常的關注和研究，以長周期（例如周期為1年）數據為基礎數據研究分析的地震前兆異常研判結果比實時性異常可信度更高。本文利用計算機編程技術將熱紅外及TEC 研究方法程序化，快速對全球進行網格化后的熱紅外及TEC 數據進行處理分析，最后綜合判斷是否存在異常。

下面利用熱紅外年線差值振幅增強比法和TEC 微觀異常事件年線法對2023年2月6日土耳其2 次7.8 級地震前熱紅外及TEC 異常數據進行研究分析，按照異常原理說明、異常現象分析、異常與地震關系分析、熱紅外與TEC 異常相互關系分析、結論與討論順序展開討論。

1 震前熱紅外異常研究

據中國地震臺網測定，2023年2月6日9 時17 分及18 時24 分，在土耳其連續發生2 次7.8 級地震，震源深度20 km，震中分別位于（37.15°N，36.95°E），（38.00°N，37.15°E）。2 次地震發生在土耳其境內東安納托利亞斷裂南北兩側次生斷裂附近，震中相距約96 km，2 次大震期間還發生了一次6.7 級強余震（圖1）。此次地震造成土耳其和敘利亞兩國死亡人數超過4 萬人，是近10年來全球單次地震死亡人數最多的一次。

圖1 土耳其地震與斷層分布圖（圖片來源：成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室）Fig.1 Seismic and fault distribution map of Turkey（Source of the picture: State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology）

1.1 熱紅外數據源

本文的熱紅外數據來自美國海洋大氣局NOAA衛星官方數據，數據下載地址https://ftp.cpc.ncep.noaa.gov/precip/noaa18_1x1/，數據為OLR 格式，空間分辨率為1°，每12 h 對全球掃描一次，數據時間段為2006年5月1日—2023年2月28日。

1.2 熱紅外異常原理及數據處理方法

本研究采用的方法為熱紅外年均線差值振幅增強比法，主要側重于研究震前在震中附近區域是否存在中短期亮溫值相對升溫異常以及其時空演化特征。本方法數學原理、數據處理過程及相關公式如下：

以上各公式功能簡述如下：公式（1）計算當天熱紅外亮溫年線值，Dt為每天的熱紅外亮溫值，將過去一年中每天的亮溫數據累加形成滑動年線值Ai，這樣每組數據中均包含過去一年中的熱紅外變化信息，其中包括可能存在的升溫信息。如果在一段時間內出現過亮溫升高現象，則年線值較日線值升幅更為明顯。公式（2）計算年均線差值，?Bi是熱紅外亮溫年線值的差值，為當天年線值Ai與t天前年線值之差，t為差值分析的時間間隔長度。文獻[10-12]表明，熱紅外異常通常只持續10 天到幾十天之間，本研究將t設定為40 天，能較好地提取出震前熱紅外異常，如果40 天內曾出現過連續熱紅外現象，差值表示40 天內累計的升溫值。差值大于0 表示升溫，小于0 表示降溫。公式（3）為當天差值振幅計算，差值振幅為當天亮溫均線差值與最小均線差值的差值，?Bmin為選定時間段內歷史數據中的最小差值。公式（4）為截止當天歷史差值平均振幅計算，m為當天以前的歷史數據總天數，隨著時間變化而變化，是一個不穩定變量。公式（5）計算異常值Yi，方法為當天的差值振幅值?Ti、平均振幅值之差與平均振幅值相比，即增大倍數，空間異常描述時中將其作為亮溫異常參數。時間曲線描述異常時對進行3 次冪運算放大，其顯示異常時具有突顯異常的的效果。本文主要研究升溫異常，并以黃金分割數1.618 為異常預警閾值，持續多天高于1.618 即認為該區域存在異常。

1.3 土耳其7.8 級地震前熱紅外異常分析

1.3.1 熱紅外異常空間變化過程分析

提取2月6日7.8 級地震震中附近相關網格的時間異常曲線，發現震中及附近相關區域震前一年內曾出現1～2 次熱紅外顯著異常，不同網格區域異常特征有所不同。限于篇幅原因，我們僅選取時間范圍為2022年12月20日—2023年2月22日，空間范圍為（27.5°N～47.5°N，27.5°E～47.5°E）區域作為研究對象，每2 天繪制一幅熱紅外異常空間剖面圖組成連續空間變化圖（圖2）。連續空間圖清晰地顯示了震中及附近區域震前震后熱紅外異常發展變化過程。

圖2 土耳其地震前后熱紅外異常時空演化圖Fig.2 Map of temporal and spatial evolution of thermal infrared anomalies before and after the Turkey earthquake

空間異常變化過程描述：以2 天為步長的連續剖面圖可以發現，2022年12月24日在震中東南方向（28.5°N，42.5°E）出現區域異常（命名A區域異常），異常區域逐步發展擴大，至2023年1月1日達到峰值后回落，于2月6日地震發生前恢復到正常范圍。2023年1月11日在震中東西兩側附近出現了2 個異常區域（分別命名B區域異常和C區域異常），這兩個區域位于東安納托利亞斷裂西南段的東西兩側。1月9—15日2 個區域異常處于緩慢變化階段，1月15日震中以北（44°N，37°E）區域（命名D區域異常）也出現了異常。1月23日3 個區域異常快速開始同步上升，異常逐漸外延將3 個區域連為一體，震前異常區域面積處于最大狀態。震后異常面積開始縮小，A、B區域異常較C、D區域回落速度快，2月12日恢復至預警閾值以下。震后12 天即2月18日整個區域恢復正常。

1.3.2 熱紅外時間異常分析

從空間異常變化過程發現，空間變化顯著異常主要有A、B、C、D四個區域，呈大三角狀分布。為全面深入了解更長時間的異常變化過程，分別提取A、B、C、D四個區域及震中O區域的時間異常趨勢曲線（圖3），用以分析震前4年熱紅外的演變過程，側面研究相關區域受板塊推擠應變量積累影響。

圖3 熱紅外空間顯著異常區域時間異常趨勢曲線圖（紫色線為預警線）Fig.3 Map of time anomaly trend curve of significant anomaly region in thermal infrared space

坐標參數說明：異常時間曲線坐標縱軸為3 次方放大后的異常參數，紫紅線為異常預警線，預警值為1.618 的3 次方的冪值。異常時間曲線數據起始時間為2018年1月1日，結束時間為2023年2月28日。

通過曲線觀察可以直觀發現，C、D、O區域曲線2020年前曾出現過一次異常。震中北部的D區域曲線中2018年存在一個高于預警線但強度較小持續時間較短的異常，峰值時間為2018年11月16日，經查詢異常后一年內周邊未發生5.0 級以上地震。中部的C、O區域曲線在2019年曾出現過一次異常，異常峰值時間同為2019年6月11日，經查詢，該異常峰值后228 天即2020年1月25日在C、O區域附近（38.35°N，39.12°E）發生6.8 級地震。

2月6日2 次7.8 級地震前的一年內，A、B、C、D、O區域曲線分別出現1～3 次異常。震中以南的A區域曲線2 次異常峰值分別發生于2022年3月5日、2023年1月2日，2 次異常發生時間間隔約10 個月，震前異常峰值折算原始值為3.4 倍，距離發震時間35 天；位于靠近東安納托利亞斷裂西南段東西兩側異常區的B、C區域也出現了兩次異常：B區域曲線2 次異常峰值分別發生于2022年5月3日、2023年1月30日，時間間隔約8 個月，2月6月土耳其7.8 級地震距離最后一次異常峰值7 天；C區域曲線震前一年內2 次異常峰值分別發生于2022年8月17日、2023年2月1日，2 次異常發生時間間隔約5 個月，2月6月土耳其7.8 級地震距離最后一次異常峰值5 天。震中O區域震前一年內發生過3 次異常，第1 次異常峰值出現于2022年5月30日，第3 次異常峰值發生于2023年1月30日，距發震時間7 天。D區域震前異常發生于2023年1月31日，距發震時間6 天，該異常開始時間稍晚于B、C區域最后一次異常，但后續發展與B、C區域基本同步，達到峰值的時間幾乎相同。從A、B、C、D、O5 個區域時間異常曲線分析，2022年2月以后即震前一年內均連續發生1 次或多次熱紅外升值異常，且這些異常環繞7.8 級地震震中區域，作者認為這些異常可能與2 次土耳其7.8 級地震存在密切聯系。

1.3.3 土耳其7.8 級地震熱紅外動力學分析

土耳其位于阿拉伯板塊、非洲板塊和歐亞板塊3 大板塊的交匯處，南邊的阿拉伯板塊如楔子向北插入土耳其，西面的非洲板塊與北面的歐亞板塊相抵，3 個板塊在此相互作用形成復雜活躍的地震多發區。土耳其境內有2 條主干斷裂帶，分別為非洲板塊與歐亞板塊的分界帶東安納托利亞斷裂帶，以及阿拉伯板塊與非洲板塊的分界帶東安納托利亞斷裂帶，2 條斷裂帶交匯于土耳其東部。2月6日2 次7.8 級地震分別發生在東安納托利亞斷裂南北兩側的次級斷裂附近。從現今GPS 地殼水平形變、應變場來看，該區域現今以左旋走滑剪切變形為主（圖4a），形變、應變主要集中在東安納托利亞斷層附近，根據走滑斷層螺位錯模型反演得到的斷層兩側遠場左旋滑動速率約10 mm/a，閉鎖深度達到20 km，具有強震孕育中晚期的形變背景（圖4b）[13]。

圖4 GPS 反映的East Anatolian 斷層形變、應變場圖Fig.4 Map of deformation and strain field of East Anatolian fault reflected by GPS

時間異常與應變量關系分析：前文介紹的震中附近A、B、C、D、O5 個區域熱紅外時間曲線（圖3）顯示，在震前1年內，分別在3 個時間段出現了熱紅外亮溫升值異常，這意味著東安納托利亞斷裂兩側的非洲板塊與阿拉伯板塊至少發生了3 次高強度加速推擠運動，3 個區域熱紅外振幅增強比值為2～3 倍，表明可能由于東安納托利亞斷裂兩側及附近區域處于大范圍強閉鎖狀態，板塊推擠未能及時釋放而產生熱紅外升值異常，同時也表明東安納托利亞斷裂西南段附近區域在震前1年內應變積累速度加快。

空間異常與應變量關系分析：2022年2月—2023年2月5日這段時間產生的異常疊加平面投影圖（圖5）顯示，地震前異常區域面積非常大，其中東安納托利亞斷裂以北的B、D區域經緯度跨度均超過3°，斷裂西南段以東的C區域經緯度跨度超過8°，東安納托利亞斷裂以南的A區域經度跨度超過10°，緯度跨度超過5°。大面積熱紅外異常現象表明板塊推擠使這些區域應變量積累沒有得到及時釋放，換而言之，2022年2月至本次7.8 級地震前，震中及周邊廣大區域積累了巨大的應變量。

圖5 地殼運動速度與異常疊加平面投影圖Fig.5 Map of planar projection of crustal velocities and anomalies superimposed

以GPS 地殼運動速度場資料（圖4a）和熱紅外異常疊加平面投影圖（圖5）為基礎，從動力學角度分析本次地震發展過程。東安納托利亞斷裂主體走向為西南—東北走向（黃色虛線），B區地殼運動速度方向大致為西北方向（藍色箭頭），A、C區地殼運動速度方向為正北方向（藍色箭頭）。以東安納托利亞斷裂主體方向作為水平方向，對A、B、C區域GPS 速度場參數作水平分量分析，可得到B區域速度場水平分量方向為西南方向（黃色箭頭），A、C區域速度場水平分量方向為東北方向（黃色箭頭），兩個方向相反，因此從動力學角度也清晰地證明了該斷裂為左旋走滑斷裂。將B、C區域相連，可以發現2 次7.8 級地震發生在連線與斷裂交匯處附近。

按A、B、C、D、O5 個區域異常時間發展分析，突破東安納托利亞斷裂西南段附近區域閉鎖狀態到完成此次地震至少可分為4 個階段：第1 階段，A區域2022年2月初出現的熱紅外上升異常，出現第1 次向北加速推擠；第2 階段，B區域2022年4月底5月初出現上升異常，表明該時間段板塊推擠使斷裂西南段方向北側震中以西區域增加了強大的應變積累；第3 階段，C區域2022年8月中旬出現上升異常，表明在斷裂南側震中以東側區域的應變積累速度加快，但這3 次應變積累能量均未能打破斷裂附近區域的閉鎖狀態；第4 階段，2023年1月A、B、C、D區域同時出現異常，B、C區域再次加強了2 個方向相反的應變積累，2 個應變力的相互作用，使東安納托利亞斷裂兩側產生走滑地震的可能性大增。作者不掌握D區域GPS 地殼運動速度場資料，由于B、D區域同時出現升溫異常且均位于東安納托利亞斷裂北側，他們同時受相同方向推擠力影響的可能性較高。假設推測成立，D區域2023年1月產生的應變積累沿斷裂水平方向的分量方向大概率與B區域水平分量方向相同，即D區域應力水平分量方向也為西南方向。在D區域應變力助攻下，疊加累積的B、D區域強大應變力與C區域相向運動的強大應變力共同作用，終于完成了該區域閉鎖阻力的突破，最終在B、C區域連線與東安納托利亞斷裂交匯處附近發生7.8 級地震。如果D區域應力水平分量方向為東北方向，則B與D區域的拉張態勢將沖抵或減弱B區域的左旋走滑的剪切力，勢必對推動此次7.8 級地震的發生起消極作用。因此，處于歐亞板塊的D區域的應變量積累對本次7.8 級地震發生作出了積極貢獻的可能性更大。

2 震前TEC 異常研究

2.1 TEC 數據源選取

TEC 數據是指距離地面40～1 000 km的空氣中平均電子濃度。2016年2月，武漢大學衛星導航定位技術研究中心（Wuhan University，WHU）正式成為新的國際GNSS服務組織（International GNSS Services，IGS）電離層聯合分析中心（Ionosphere Associate Analysis Center，IAAC）[14]，本文TEC 數據來自該中心。可從ftp://ftp.gipp.org.cn/product/ionex/下載相關數據。數據時間范圍為1998年8月17日—2023年2月28日，數據格式為JPLG 的全球格網數據。數據空間分辨率為 5°（經度）×2.5°（緯度），時間分辨率為2 h。數據區域（-87.5°N～87.5°N，-180°E～180°E），全球共5 183 個網格。網格數據缺點之一是可能分割空間異常，可能將一個異常區分割為多個異常區，從而降低異常強度。本數據除了存在以上可能外，還有一個缺點是空間分辨率過低，一個網格空間面積為12.5 平方度，在低緯度區域一個網格實際空間面積大于10 萬km2。單個網格的大空間可能對研究網格數據帶來相關負面影響，因為當實際異常發生區域較小時，其異常值可能被攤薄到整個網格，從而降低異常指數強度，因此本數據更適合用于大空間異常分析。一般情況下，只有強地震才可能產生大空間異常，換而言之，本數據更適合用于研究震級較大的地震。

2.2 TEC 地震異常原理和數據處理過程

地震前兆異常的發展應該存在一個循序漸進由量變到質變的過程，該類異常的可靠性應高于個別偶發性顯著異常。本文嘗試探索一種發現由量變到質變TEC 異常發展過程的方法，通過收集TEC 微小異常，然后進行統計分析，判斷是否存在趨勢性異常。

TEC 異常分析的原理方法較為簡單，主要是通過提取變化率異常事件并將事件年均線化后，分析判斷事件年均線是否存在趨勢性異常。將異常事件數量年均線化的目的，一是為了消除季節變化對異常事件數量波動變化的影響，二是個別不明異常事件對年均線趨勢的影響微小。連續的異常在年均線中相應時間段可以較為清晰地反映出來，從而達到發現TEC 地震前兆的目的。具體公式如下：

相應公式及TEC 數據處理過程解釋如下：①計算出單個網格TEC 數據的兩小時變化率Rt（公式6），N為TEC 電子濃度；② 以任意網格為中心，計算出7×7 空間范圍內49 個網格的數據變化率并進行邏輯對比分析，當中心網格變化率最大（公式7）或最小（公式8）時，則記錄為一次微觀異常事件，否則為0；③將一天單個網格內所有微觀異常事件相加得到Entd，再累加過去364 天微觀異常事件總量（公式9），得到網格異常事件滑動年均線Ad；④ 判斷年均線趨勢變化是否存在異常。選定研究數據時間段內，當前年均線值Ad與歷史平均年值邏輯對比，當Ad小于，計算出年均線值減少倍數Bd（公式10），當Ad大于，計算出年均線值增加倍數Bd（公式11）。

趨勢異常判斷標準：將異常變化倍數Bd值大于1 倍時認為是活躍性增強趨勢異常；小于-1 倍時為活躍性減弱趨勢異常。對全球5 183（73×71）個網格的TEC 數據重復以上的處理過程并將處理后產生的數據存入數據庫。完成以上數據處理過程，意味著對全空域全時域TEC 數據進行了異常事件提取和異常分析。

2.3 土耳其7.8 級地震TEC 異常分析

2.3.1 TEC 空間異常分析

本研究發現，TEC 的異常發展過程是較為漫長的，從1年到10年不等，為全面了解震前更大區域TEC 空間異常變化過程，本文選取時間范圍為2022年1月1日—2023年2月5日，空間范圍為（15°N～55°N，20°E～55°E）區域作為研究對象，以步長3 個月繪制連續異常平面圖（圖6）。

圖6 TEC 異常平面圖Fig.6 TEC anomaly ichnography

連續平面圖顯示：2022年上半年變化較為緩慢，2022年7月1日前，整個區域為正常狀態。2022年7月1日后，震中及北部的歐亞板塊相關區域出現較大面積低強度異常，南部阿拉伯板塊出現小規模異常區。進入10月份以后，異常區域面積和異常強度同步增大。至發震前，絕大部分區域異常值低于-1，進入異常狀態。震中及北部相關區域最先進入異常狀態且異常水平持續加大，說明該區域應變量積累進一步加深，閉鎖狀態進一步加強。2月6日2 次7.8 級地震正好發生在異常低值核心區稍偏北區域，異常空間與震中位置幾乎完美重合！

2.3.2 TEC 時間異常分析

為全面了解震中及附近區域TEC 震前活動狀態，除提取震中區域年均線外，還提取包括震中東南西北方向共6 個網格點的異常事件年均線，每個網格點距離代表震中區域的O點5°。各網格點具體坐標如下：O點（37.5°N，35°E）、N點（42.5°N，35°E）、W點（37.5°N，30°E）、E點（37.5°N，40°E）、S1點（32.5°N，35°E）、S2（22.5°N，50°E）。相關趨勢圖如圖7 所示。

圖7 各網格點年均時間曲線趨勢示意圖Fig.7 Map of the trend diagram of average annual time curve of each grid point

TEC 均線趨勢曲線說明：異常值為一個相對比值，單位為倍。例如縱軸最高值3.5，表示最高值比最低值大3.5 倍。圖7 曲線數據起始時間為2010年1月1日，結束時間為2023年3月7日。從O、N、W、E、S1、S26 條網格曲線可直觀看出，震前6 個網格點區域TEC 活躍性水平均處于12年來的最低位。2019年初—2020年中，震中東西及北部區域活躍性有所上升，2020年中旬TEC 活躍性水平為最高，相對地震前高約2～3 倍，隨后活躍性開始逐漸下降，下降時長約1年半左右，本次7.8 級地震前的活動水平降至12年以來的最低點，地震發生后仍處于下降狀態。而震中南部區域S1和S2兩個區域，TEC 活躍性上升趨勢直至2022年停止，然后開始下降直至發生7.8 級地震。2010—2020年間雖然也存在一定幅度起伏波動，但遠低于震前下降水平，在此期間也未曾發生7.0 級以上地震。本次7.8 級地震前TEC 異常事件年均線低值異常在時間上與本次地震關聯度較高。

2.3.3 TEC 異常與7.8 級地震關系分析

地殼運動時的板塊推擠或拉張時會發生小規模巖石破裂或發生微震，以上事件發生過程中可能會產生壓電效應，不同的地質條件產生的壓電效應最終對電離層的影響不同，從而引發對應區域TEC 變化率或上升或下降，最終可能形成一次變化率異常事件。

從E、W、N、S1、S2、O6 條年均線時間趨勢曲線可清晰發現，震前年均線值處于顯著下降狀態。更長時間尺度連續空間異常平面也顯示：震前半年震中附近區域異常低，小于-1，意味著前期高點活躍性水平大于當時的2 倍。2022年7月以后，相關區域異常值繼續下降，小于-1 的異常區域繼續擴大，截至震前一天，異常值最大下降至-3.2，絕大部分研究區域異常值小于-1：說明整個研究區域大范圍處于日益增強的強閉鎖狀態，其中震中附近區域為異常核心區域，2022年下半年以來，其強度始終高于其他區域。這種強閉鎖狀態使巖石層處于更加夯實狀態，擠壓空間進一步縮小，碎片化巖石破裂事件大幅減少致TEC 變化率事件減少及事件年均值快速下降。當地下巖石空間擠壓至臨界狀態，外部板塊推擠的應力積累還在不斷上升時，大面積的巖石錯位破裂是唯一選擇，大面積的巖石破裂意味著大地震，于是7.8 級地震就發生了。

3 熱紅外與TEC 異常時空聯系及物理機理分析

綜合上文分析可得到如下結論：熱紅外和TEC異常現象均為板塊間推擠力互相作用的結果，但在本次土耳其地震前的表現形式恰好相反，熱紅外異常以顯性形式存在，可以從監測中直接發現，而TEC 異常則是隱性的，該結論是通過分析間接得出的，但他們存在著密切時空聯系，兩者相互呼應。主要表現為兩者異常均發生于地震前，時間上熱紅外異常重疊于TEC 異常，空間上也高度重疊，尤其2 種異常的核心區域高度重疊。震中及附近區域熱紅外與TEC 異常是本次地震前的核心異常區，如圖8黃色圈區域。

圖8 熱紅外與TEC 空間異常對比圖Fig.8 Map of spatial anomaly comparison between thermal infrared and TEC

板塊間推擠力的輸出形式應為不穩定彈性形式，而不是恒定的。在彈性推力加速致使相應區域產生壓縮形變時會產生熱紅外現象，這種現象在板塊運動時可能隨時發生，其發生的概率相對較高，在震前可能多次發生。當大面積區域長期受外部力量的推擠可使該區域處于強閉鎖狀態，后續不間斷的外力推擠使閉鎖水平進一步增強，使得整個區域內部巖石更加緊密夯實，巖石被擠壓空間減小，產生小規模破裂事件或微震事件進一步減少，故TEC 微觀異常事件相應減少，這種現象是應變力長期積累的結果，它表示閉鎖狀態變化趨勢是逐漸加強的，在積應力沒有釋放的狀態下不會改變其趨勢，因此也不會有較大波動，這一點與熱紅外異常存在較大區別。

本文認為區域閉鎖可分為3 種狀態：①一般性閉鎖，整個區域有較大的調整擠壓空間，這種狀態下，熱紅外異常較少，可能發生地震但發生破壞性地震概率較小；② 中度閉鎖，可擠壓空間減少，在板塊推擠作用下可能會產生熱紅外現象，但不會存在高強度TEC 異常，存在發生破壞性地震可能；③高強度閉鎖，區域可擠壓空間極少，存在發生強震的背景，熱紅外和TEC 同時出現的可能性較大。

在本次7.8 級地震前，震區及周邊出現TEC 異常趨勢后至震前8 個月時間段內，震中及東南西北方向相關區域在陸續出現了多次熱紅外異常。這意味著在歐亞板塊、非洲板塊、阿拉伯板塊交匯區的廣大區域出現和積累了錯綜復雜的推擠力，最后東安納托利亞斷層兩側區域形成為大面積強閉鎖區，強閉鎖區在多次強大的不平衡加速推擠力沖擊下，在相對脆弱的東安納托利亞斷層西南段附近區域，不堪重負的巖石層出現大規模破裂，即發生本次地震釋放長期積累的巨大應變力，同時對該區域的地殼運動進行解鎖。

4 結論

土耳其處于阿拉伯板塊、非洲板塊和歐亞板塊3 大板塊的交匯區，板塊的相互作用形成復雜活躍的地震多發背景。2月6日土耳其7.8 級地震是在此大背景下發生的，該地震是一個跨越斷層及板塊的典型的板塊運動地震。震前相關區域的熱紅外現象表明受到不同方向的加速推擠力導致巖石擠壓變形、發熱。整個區域大部分區域遭強力擠壓進一步加深了閉鎖狀態。在地下巖石被擠壓至深度夯實狀態時，巖石小規模破裂現象減少，TEC 異常值開始下降，在此狀態下，外部的推擠仍持續作用，板塊間擠壓加載繼續加大。在廣大區域均沒有被壓縮空間的狀態下，相對脆弱處巖石層大規模破裂成為唯一選擇，于是東安托利亞斷層西南段發生7.8 級大地震。本文的熱紅外異常分析方法可較好地發現在強閉鎖狀態下的板塊間的加速推擠現象，TEC 異常分析方法可進一步分析區域強閉鎖是否接近臨界狀態。換而言之，熱紅外年均線差值振幅增強比方法及TEC年均線趨勢分析方法可較好地提取到強震前地下巖石層異常。

5 討論

本文利用熱紅外和TEC 兩種地球物理觀測數據結合相關區域GPS 速度場等資料對土耳其7.8 級地震進行了探索性分析研究。在兩種數據中均提取到震前異常且兩種異常在時間和空間上存在交集，從板塊運動學角度對以上異常現象也進行了解釋說明和假設推測。但這些解釋說明和假設推測遠不能道清其中的復雜性，一些不明現象還需進一步深入探討研究：

（1）研究區C區域（圖3）在本次7.8 級地震前1年內出現了顯著異常，2019年6月也曾出現過熱紅外高值異常，且在異常后7 個月B區域附近發生了6.8 級地震（38.35°N，39.12°E），上述異常與地震存在時空關聯為歷史事實，土耳其7.8 級地震前異常再次出現，從側面說明本文分析方法發現此次土耳其7.8 級地震前異常不是一次巧合，該方法提取震前熱紅外異常具有一定的可靠性。D區域分別在2018年11月和2023年1月出現過熱紅外異常，第一個異常存在時間較短，其異常比值1.8 稍高于設定的異常預警閥值1.618，但異常后一年內在附近區域未發生5 級以上地震，因此熱紅外異常預警閾值與對應震級關系仍需進一步研究和改進。

（2）2月6日土耳其2 次7.8 級地震前，熱紅外和TEC 異常不僅跨越了大斷層，同時還跨越了板塊，B、C、D3 個主要異常區分別分布在非洲板塊、阿拉伯板塊和歐亞板塊。這種跨越板塊和大斷層同時出現異常現象，是否可視為板塊間推擠加速和大地震前兆依據，需深入研究。

（3）7.8 級地震前，震中周圍及更遠多個區域于2022年12月31 前后幾乎同步出現熱紅外異常，北部異常距離震中約600 km，東南異常距震中約1 000 km，說明了震前熱紅外時空異常的復雜性，導致即使發現異常預測震中位置也非常困難，熱紅外異常時空特征與地震三要素預測關系還需深入研究。

（4）作者研究歷史震例發現，除本次震例外，2004年12月26日印度洋9.1 級大地震和2011年3月11日日本東海9.1 級大地震（震級參數來自于USGS官網），這3 次地震有共同特征：一是震后的破壞力空前，地震導致地面破裂長達數百乃至上千km；二是震中附近多個網格震前TEC 活動水平大幅下降。可否將TEC 活動水平的大幅下降和面積因素作為預判未來發生大地震的預測依據之一，還需進一步總結案例和深入研究。

（5）本文認為，利用熱紅外和TEC 異常預測地震，還需考慮地震地質背景，按照權重和可靠性從高到低排列：第一，區域的地質背景應視為主要背景，如是否為活動斷裂帶、歷史上地震多發區；第二，研究區域是否存在TEC 趨勢異常，本方法得到的震前異常發展過程，少則1年，多則近10年，可視為中長期背景異常，是次要背景；第三，熱紅外異常如建立在以上背景之上，可視為中短臨異常。研究地震前兆時遵循以上順序，也許可減少強震預測的虛報誤報概率。

致謝

中國地震局地震預測研究所張永仙研究員及地震研究所（武漢）李勝樂研究員前期的幫助對本文的形成起了較大的推動作用，中國地震局第二監測中心季靈運研究員為本研究提供了GPS 速度場資料和相關指導，在此一并表示感謝。