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1993年2月3日新疆维吾尔自治区和静5.7级地震
新疆维吾尔自治区地震局
蒋靖祥 王海涛 曲延军
摘要 |
前言 | 测震台网及基本参数 |
地震地质背景 | 烈度分布及震害 |
地震序列 | 震源机制解和主破裂面
观测台网及前兆异常 | 前兆异常特征分析
| 应急响应和抗震设防工作
| 总结与讨论 |
参考文献和参考资料
摘
要
1993年2月3日，在新疆维吾尔自治区和静县发生了MS5.7级地震，宏观震中在县城西约30km处的哈尔莫墩乡，震中烈度Ⅵ度。极震区为近东西向椭圆形。此次地震造成个别房屋倒塌，部分房屋出现不同程度的破坏。地表有十几公里的断续延伸的地裂缝。地震造成房屋倒塌和破坏的直接经济损失为72.7万元。该地震没有直接造成人员死亡,但间接造成人员死亡4人,墙体垮塌砸伤几人。
此次地震为孤立型地震，无前震活动，余震少且衰减快。余震区长轴北西西向。震源机制解中节面Ⅰ走向北西，P轴方位北西西，推测该次地震是在北西西向的水平挤压应力场的作用下产生的右旋走滑型地震。节面Ⅰ是地震主破裂面。
该地震震中附近台站不多，200 km范围内仅有5个地震台，其中有测震与其他前兆观测的综合台2个，测震单项台1个，其他前兆观测单项台2个和1个流动重力测环中的7个测段。地震前共出现8个异常项目，其中地震活动性异常5项，定点前兆异常1项，流动重力1项以及一些宏观异常现象。
新疆地震局于震前曾先后三次分别作出1年、3个月、1个月的预测并填写预报卡片上报国家地震局。
Abstract
An
earthquake of MS 5.7 occurred in Hejing county of Xinjiang Uygur
Autonomous Region on Feb. 3, 1993. The macroscopic epicenter was in
Haermodun village about 30km west to Hejing town and the intensity at the
epicenter was Ⅵ. The meizoseismal area was oval-shaped in the EW
direction. The earthquake caused collapse of a few houses, and damaged
some houses in different degrees. There was a fissure that extended
continually for more than 10 km on the surface. The direct economic loss
caused by house collapse and damage was 727,000 Yuan. No casualty was
caused directly during the earthquake, but 4 people died indirectly and
several people injured because of the wall collapsing.
The
earthquake was an isolated one without foreshocks and with a few
aftershocks that quickly attenuated. The major axis of aftershock area is
in the NWW direction. The node I of its focal mechanism solution strike in
the NW direction, and azimuth of the P axis is in the NWW direction. It is
suggested that the event is of right-lateral strike slip type with the
horizontal compressive stress field in the NNW direction, and the node I
is the main rupture surface.
There
are a few stations near the epicenter. There are only 5 observation
stations within 200km from the epicenter, 2 stations of comprehensive
observations with seismometric and precursory observations, 1 station with
seismometric observation, 2 precursory observation stations with single
observation item, and 7 sections from 1 loop of mobile gravity
observation. Before the earthquake, there were 8 anomaly items, with 5
seismicity anomalies, 1 precursor monitoring anomaly at an observation
station, 1 anomaly of mobile gravity observation and some macroscopic
anomalies.
At
the Seismological Bureau of Xinjiang, three forecasts for one-year,
three-month and one-month were made before the earthquake, and the
forecast cards were sent to State Seismological Bureau of China.
前
言
1993年2月3日00时05分,
在新疆维吾尔自治区和静县境内发生了MS5.7级地震，震中烈度为Ⅵ度。经济损失达70余万元。地震时和静县、和硕县、博湖县、大山口水电站、库尔勒市等震感强烈，较远的乌鲁木齐市、石河子市、吐鲁番市和新源、库车、轮台、尉犁、托克逊等县市均有震感。
5.7级地震区属于南天山地震带东段，该区以5～6级地震活动为主。震中西侧40km，1927年9月23日曾发生
级地震［１］。这次地震的极震区未见地震断层，以往的地质资料也未提及在极震区有近东西向断层分布，尹光华[2]根据东西向展布的地裂缝和震中位置、余震分布，认为震源深处可能存在一条近东西向的隐伏断层，它可能是这次地震的发震构造。
此次地震前新疆地震局根据钻孔应变、流动重力、空区、b值、缺震等，曾先后3次分别作出1年、3个月、1个月的预测，预测震级为5.5～6.5级，地区为库尔勒西北。
测震台网及基本参数
和静MS5.7级地震震中周围200km范围内有库尔勒、后峡、石场3个测震台（图1），监测能力为
ML≥2.5。本次地震的基本参数列于表1。
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图1 MS5.7级地震前震中附近测震台站分布图
Fig.1
Distribution of seismometric stations around the epicenter
before the MS 5.7 earthquake
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表1
地震基本参数
Table
1 Basic parameters of the earthquake
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编号
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发震日期
|
发震时刻
|
震中位置
|
震级
|
震源深
度/km
|
震中地名
|
结果
来源
|
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年
月
日
|
时
分
秒
|
φΝ
|
λΕ
|
MS
|
MB
|
|
1
|
1993
02 03
|
00
05 14
|
42°16′
|
86°06′
|
5.7
|
|
27
|
和静
|
[3]
|
|
2
|
1993
02 02
1993
02 03
|
16
05 12
00
|
42.13°
|
86.26°
|
5.1
|
5.4
|
16
|
新疆自治区南部
|
(UTC)
[4]
(BTC)
|
|
3
|
1993
02 03
|
00
05 12
|
42.1°
|
86.3°
|
|
|
16
|
新疆和静
|
[5]
|
|
4
|
1993
02 03
|
00
05 10
|
42.21°
|
86.13°
|
5.0
|
|
10
|
|
ISC
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地震地质背景
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1993年2月3日和静MS5.7级地震发生在塔里木板块北缘活动带麦丹塔乌―克孜尔塔格晚古生代陆缘地块的东部，北部紧挨塔里木板块与伊犁微板块的缝合带［6］。在1°×1°布格重力异常图上为围绕南天山主峰重力异常梯度带，重力异常梯度为0.46×10－5m/s2km，布格重力异常为-200×10－5m/s2［7］。地壳厚度约53km［8］。1955～1988年大地水准测量表明，区域处于隆起状态，隆起速率为+1～+2mm/a［9］。
震中及其周围地区的主要断裂［10］及历史地震分布［3，11］见图2。该区位于天山构造带东段，分布有多条断裂，其走向为北西西向，它们均为活动断裂。博罗霍洛断裂切穿岩石圈。喀什河断裂、包尔图-黑尖山断裂和北轮台断裂均切入地壳。北轮台、辛格尔断裂是塔里木盆地和天山的分界断裂，长度300余km。离震中较近的开都河断裂是一条全新世活断裂，1927年9月23日
级地震就发生在这条断裂上。震区的和静南隐伏断裂，近东西向展布，长约35km,
东西两端都被第四系覆盖，调查发现平行的三排雁列陡坎，总体走向北东东，坎面北倾，东端高达10m，向西逐渐降低，推测是和静断层的西延部分。
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图2 和静MS5.7级地震震中附近地区主要断裂及历史地震震中分布图
断裂名称：①
和静南断裂；②开都河断裂；③霍拉山断裂；④北轮台壳断裂；
⑤ 兴地断裂；⑥辛格尔断裂；⑦包尔图-黑尖山壳断裂；
⑧喀什河壳断裂；⑨博罗霍洛超岩石圈断裂
Fig.2 Major
faults and epicentral distribution of historical
earthquakes around Hejing earthquake area
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地震区属于新疆南天山地震带东段，该区以5～6级地震活动为主。MS5.7级地震西侧约40km处，曾发生区域最大地震，即1927年9月23日
级地震，该次地震造成大量山石滚落，崩落滚石面积达（40×20）m2［1］。
1993年2月3日和静5.7级地震发生在焉耆盆地西北角部位。地震时形成[2]三段裂缝带：西段哈尔莫墩乡农技站地裂缝，断续长达100多米，为锯齿状张裂缝，少数与之近垂直的北西向裂缝有左旋扭动迹象。中段在哈尔莫墩乡以西约4km处，在柏油路上出现直线状扭动裂缝，断续长达1km，裂缝带内直径10cm
左右的白杨树干扭裂，在乡汉族中学有几棵。东段在和静县前山养殖场，1栋跨洪积扇前沿沿陡坎修筑的鸡舍内水泥地面裂缝，长约60多米，与院内地裂缝总长约250m。三段断续展布的地裂缝共达十几公里，总体延伸方向为近东西向。前山养殖场地裂缝沿巴仑台河洪、冲积扇前沿近东西向陡坎展布，陡坎长达30km，高1～5m，可能是隐伏活动断裂在地表的反映。从地裂缝沿陡坎展布，可认为和静南隐伏断裂是1993年2月3日和静5.7级地震的发震构造。
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烈度分布及震害
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据实地考察资料［2］，MS
5.7级地震宏观震中在和静县西约30km的哈尔莫敦乡，极震区的几何中心为42°18′N,86°03′E，震中烈度Ⅵ度。地震在和静、焉耆、和硕、博湖、大山口水电站、察汗乌苏坝址和库尔勒等地造成了不同程度的破坏。震感强烈，地声很大。房屋破坏情况是：毁坏1间15m2、严重破坏10间210m2、中等破坏147
间5739m2、轻微破坏13800m2，外加大山口坝基加固，地震造成直接经济损失人民币72.7万元，墙体垮塌砸伤几人。震时因直接惊吓或因惊吓引发疾病死亡4人。
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图3 和静MS5.7级地震等震线图
Fig.3
Isoseismal map of the MS 5.7 Hejing earthquake
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极震区（Ⅵ度）：为长轴东西向展布的椭圆，长轴32km，短轴14km，面积352km2，长短轴之比为2.3。区内出现数组地裂缝，展布方向为北东、北东东和近东西向，宽1～3
cm。地裂缝切过建筑物、停车场、公路，树木被扭裂，有的则开裂。在一大队小学院内出现方形塌陷，周围裂缝宽2～3cm，地面上下错动1cm，面积300m2。土木结构房屋（I类建筑）个别倒塌，部分墙体、房顶裂缝，墙皮脱落，门梁弯曲，玻璃震碎。个别烟囱掉头或局部跨塌，少数房墙外闪，遭到严重破坏，部分房梁下坐，商店货架上的货物部分震落。大山口水电站因有开都河断层穿过，破坏较大，为Ⅴ度区中的Ⅵ度异常点；右坝肩重力墩东侧基岩陡崖、加固混凝土与岩体之间、基岩与混凝土护坡接合缝出现裂缝。副坝引水涵洞裂缝加宽，码头3组东西走向的裂缝，宽10cm，深度30～50cm。山区山石滚落，出现滑塌。
Ⅴ度区：长轴走向北西（图3），长148
km,短轴102km,面积11504km2。区内个别土木结构（Ⅰ类房屋）严重破坏，墙体坍塌。部分房屋裂缝，或旧缝加宽。砖木结构建筑出现一定程度破坏，墙皮拱起、脱落，墙体外闪，轻微裂缝，地砖拱起。震时人普遍有强烈震感，持续时间长，屋内家具摇晃，掉落尘土，多数人从房中跑出。公路裂缝加宽、桥头有横切柏油路面裂缝，桥涵上部路面下陷2cm。
Ⅳ度区：主要表现为震感，范围大，乌鲁木齐、石河子、吐鲁番、新源、库车、轮台、尉犁、托克逊等市县及库米什兵站均强烈有感。
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地震序列
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根据新疆地震台网测定,
5.7级地震前没有明显的前震活动。 5.7级地震后，2月3日到4月30日记录到MS≥1.8级地震6次，最大余震震级为MS
2.6，与主震震级相差3.1级。
主震释放的能量占序列总能量的99.99％，据此判断此次地震为孤立型地震。图4给出了余震序列的空间分布。余震主要分布在长13km,宽11km的范围内，呈北西西向展布。表2给出余震序列。
表2 和静5.7级地震序列目录（MS≥1.8）
Table 2 Catalogue
of the MS5.7 Hejing earthquake sequence（MS≥1.8）
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编号
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发震日期
|
发震时刻
|
震
中
位
置
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震级/
MS
|
震源深
度/km
|
震中地名
|
结果来源
|
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年
月
日
|
时
分
秒
|
φΝ
|
λΕ
|
|
1
2
3
4
5
6
7
|
1993
02 03
1993
02 03
1993
02 03
1993
02 03
1993
02 03
1993
02 04
1993
03 01
|
00
05 14
00
33 22
00
51 59
06
22 07
14
29 29
10
54 53
03
56 56
|
42°16′
42°17′
42°16′
42°18′
42°18′
42°17′
42°15′
|
86°06′
86°07′
86°06′
86°07′
86°08′
86°12′
86°15′
|
5.7
2.0
2.0
2.0
2.2
2.6
2.5
|
33
19
28
13
21
25
22
|
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新疆地震目录库
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图4 和静MS5.7级地震及其余震震中分布图
Fig.4
Epicentral distribution of the MS 5.7 Heijing
earthquake suquence
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利用库尔勒台记录的单台地震序列1）并参考后峡单台报告2）分析，2月3日至4月30日，共记录到余震74次，其中ML
1.0～1.9级36次, 2.0～2.9级24次, 3.0～ 3.9级3次。图5是和静地震的M-t图。余震次数不多而且地震频次衰减很快，主要集中在震后7天内，发震当天记录到余震36次，次日7次，至7天时共56次，之后迅速衰减到4月30日基本结束。
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图5 和静5.7级地震序列M-t图
Fig.5 M-t
Diagram of the MS 5.7 Hejing earthquake sequence
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利用主震后2月3日到4月30日库尔勒单台记录的余震资料，起算震级ML=1.6，震级分档0.2，得到余震序列的b值为0.86（图6）。其他序列参数因资料限制未予计算。
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图6
和静5.7级地震序列b值曲线图
Fig. 6 b
�Cvalue curve of the MS 5.7 Hejing earthquake sequence
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震源机制解和主破裂面
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据新疆区域台网P波初动符号资料，用上半球投影求这次地震的震源机制解，结果见表3和图7。矛盾符号比为0.21。由表3和图7结果可以看出，节面Ⅰ走向149°，倾角80°，右旋走滑，P轴方位282°，仰角3°，接近水平。
据现场考察结果，区域构造走向北西西，等震线长轴走向北西，另外余震分布也为北西方向的椭圆形。分析认为北西走向的节面Ⅰ可能为此次地震的主破裂面。该震为北西西向的水平挤压应力场的作用产生的右旋走滑型地震。
表3
震源机制解
Table 3 Focal
mechanism solution
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编号
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节面Ⅰ
|
节面II
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P轴
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T轴
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B轴
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X轴
|
Y轴
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走向
|
倾向
|
倾角
|
走向
|
倾向
|
倾角
|
方位
|
仰角
|
方位
|
仰角
|
方位
|
仰角
|
方位
|
仰角
|
方位
|
仰角
|
|
1
|
149
|
NE
|
80
|
56
|
NW
|
|
282
|
3
|
13
|
17
|
183
|
72
|
330
|
6
|
62
|
6
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图7 和静MS5.7级地震震源机制解
Fig.7 Focal
mechanism solution for the MS 5.7 Hejing earthquake
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观测台网及前兆异常
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图1和图8是5.7
级地震震中附近地区的测震台站和其它定点前兆台站分布图。地震发生在测震台网和前兆台网的偏南部。在200km范围内有测震台3个，定点前兆观测台站4个，包括测震、地倾斜、钻孔应变、地电、短水准、水位6个观测项目，有流动重力7个测点。测震学以震中为圆心选取半径200km的区域，用28种方法处理资料，发现异常5项5条。定点前兆观测的4台7台项中，仅出现钻孔应变1项3条异常。流动重力7个测段上观测到1项异常。测震和其他前兆共计8项10条异常，包括在和静县县城区等地，震前出现了一些宏观前兆异常现象（表4及图9～13）。
取MS≥2.6的地震进行活动性分析，1989年1月～1990年12月地震随机分布（图9左上图），为正常的空间图像。1991年2月～1992年10月出现地震空区（图9右上图），为异常空间图像。震后的1993年3月～1994年2月的地震震中分布（图9右下图）空区消失，恢复正常图像。R-t图（图9右下图）也清楚地表明了时空异常特点。测震学中Rm、N、b的计算震级下限是
MS≥2.0，12个月累积，2个月滑动。由图10可见，在1991年6月6日和静5.2级地震前，出现缺4级以下地震、小震调制比超0.27、频次少、b值低的异常特点。此次和静5.7级地震前亦出现了同样的异常特点，而且这次的异常幅度比上次大。
乌鲁木齐西南流动重力测环中有7个测段在研究区内，利用段差分析（后点减前点）识别异常，若相临两次测量的段差大于30×10－8m/s2以上，便判定为异常。1992年10月的测量结果显示，No.19～20、No.03～04段段差与1992年4月测量的段差相比分别相差49×10－8m/s2和
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图8
震中附近前兆台站和流动重力测线分布图
Fig.8
Distribution of precursory stations around the epicenter
and measuring line of mobile gravity
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图9
和静地区地震震中分布图
Fig.9
Epicentral distribution of earthquakes in Hejing area
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63×10－8m/s2，异常可认定（图11）。库尔勒钻孔压容应变，1992年1月正式观测，可以记录到清晰的应变固体潮，资料可靠。由日均值图（图12）可见，NW向元件的正常动态是比较平稳的缓慢下降。一般地，日变化量（1～4）×10－8。
1992年7月底，压应变（下降）速率加快，幅度加大，日变化量平均14×10-8，是正常量的约5倍。到11月12日，应变异常
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图10
和静地震前后地震学参数时间进程曲线
（MS≥2.0，12个月累积、2个月滑动）
（a）缺震；（b）小震调制比；（c）月频次；（d）b值
Fig.10
Variations of seismicity parameters before and after
the Hejing earthquake
（MS≥2.0，12 months accumulation，2 months step）
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图11
和静地震前后流动重力测值曲线
Fig.11 Curves
of mobile gravity before and after the
Hejing earthquake
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幅度为1.7×10-5，超出异常判据1×10-6。11月13日在压性应变异常的背景上出现张性应变阶跃，到11月28日，张应变幅度为8×10-6。这种在压性异常背景上的张性应变阶跃的出现，即应变性质的改变，表明震源区有应变预释放显示，具有短期前兆意义。之后再度下压，直至震后3天，压应变最大幅度为2
.4×10-5。
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图12
和静地震前后库尔勒台钻孔应变日均值曲线
Fig.12
Curves for daily mean value of borehole strain at Kuerle
station before and after the Hejing earthquake
|
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图13
和静地震前后库尔勒台钻孔应变整点值曲线
Fig.13
Variations of observational value of borehole strain
per hour at Kuerle station before and after the Hejing
earthquake
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此次地震震源较深，震级不大，但震后调查发现［2］震前宏观异常现象明显。震前整个和静地区天气暖和；蚂蚁搬家、鸽子不归巢、狗哀嚎、牛骚动；井水变浑浊；电磁波干扰大；极震区出现地光。和静震区以及库尔勒等市县，震时人们普遍听到地声。震时震感强烈，个别自行车歪倒，人们大多惊逃户外等。
表4
和静5.7级地震异常情况登记表
Table
4 Summary table of precursory anomalies
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前兆异常特征分析
1)
和静5.7级地震前无明显前震活动。地震学主要表现为地震频次低、缺震、
低b值等活动水平低的异常特点。
(2)
地震活动性异常的另一特点是主要为震前8个月到2年的中期异常，而且这些异常均在震前结束。短临异常不发育，仅b值一项在震前3个月出现低值异常。
(3)
离震中50km的库尔勒钻孔压容应变NW向元件记录到的异常具有中期异常、短期异常、临震异常的配套性特点。震后异常很快恢复，因此异常具有完整性。从应变性质上，趋势异常是压性应变异常，于震前83天在压性应变异常背景上出现张性应变异常，这种应变性质的改变可能表征应变预释放，具有短期异常意义。例如乌什台钻孔应变NS向元件由压应变异常变为张应变，103天后发生1987年1月24日乌什6.4级地震。
(4)
库尔勒钻孔应变在5.7级地震前11天出现了典型的临震异常，开始时出现10-6的张性阶跃，之后衰减，在衰减过程中发震。异常出现至发震的时间较短，一般不超过1.5个月。例如1987年1月24日乌什北25km的6.4级地震前12天出现的相似变化形态，1986年5月20日乌什西65km
的阿合奇MS4.9地震前20天出现的相似变化形态，1989年7月21日乌什南49km
的乌什MS5.0地震前42天出现的相似变化形态。
(5)
该次地震的异常不发育，异常比例小，最多不到30％。地震学用28种方法处理资料仅5项异常，异常百分比为18％。震中周围200km内，4个定点前兆观测台7个台项仅1个台项出现异常，异常台项百分比为14％。乌鲁木齐西南流动重力测环有7个测段在研究区，其中只有2段异常，为29％。
(6)
和静5.7级地震震源较深，虽然震级不大，但宏观异常仍比较发育
应急响应和抗震设防工作
新疆地震局于1992年11月7日，根据钻孔应变、流动重力、空区、
b 值、缺震作出趋势预测并填B类卡：“未来1年，南天山东段41.5°～42.5°N，81.5°～85°E，可能发生MS5.5～6.5。”该卡片于1993年1月15日上报国家地震局4）。1993年1月15日，在上述趋势异常的背景下，根据钻孔应变11月出现的短期异常、轮台小震活动增强等作出3个月的短期预测并填A类卡：“1993年1月16日至4月15日，南天山东段－库轮地区41.5°～42.5°N，东经83.5°～85.5°E,可能发生6.0±0.5级地震。”该卡片于1993年1月16日上报国家地震局3）。1993年1月27日，在上述趋势异常和短期异常的背景下，根据钻孔应变1月23～24日出现的大幅度突跳异常、固体潮畸变乃至消失的短临异常作出1个月的短临预测并填A类卡：“1993年1月27日至2月26日，南天山东段轮台附近41.5°～42.5°N，东经83.5°～85.5°E，可能发生MS6.0±0.5级地震。”该卡片于当日上报国家地震局4）。预测三要素与实际地震吻合较好。
地震发生后新疆地震局立即组织分析预报室及有关台站密切监视震情的发展，对震后震情作出明确的判断。另一方面，震后马上派出工作组赶赴灾区，对震灾进行调查评估。
总结与讨论
和静5.7级地震震后余震频次衰减很快，余震震级小，和主震震级相差很大，为孤立型地震。
此次地震前出现的异常项目不多，地震活动性仅5项，表现为8个月至2年的中期异常。因震前地震活动水平较低，故地震活动性异常主要为反映活动平静的异常指标。定点前兆异常项目少，7台项中仅1台项异常。临震异常少。
地震活动性异常多分布在震中西部地区，钻孔应变解算最大主应力方向亦为北西西，这是地震预测中的地点估计偏差的可能原因。
钻孔应变4个受力元件仅1个元件异常明显，这种现象在新疆较多，如1987年1月24日乌什6.4级地震，1993年若羌6.6级地震，1995年5月2日乌苏5.8级地震前的异常等［12］。
和静5.7级地震震中附近地表
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