地震地质背景

本次地震发生在多地震的永门古（永昌－－门源－－古浪）地区，该区位于青藏高原东北，处于区域地貌、重力和地壳厚度梯级带孤形大拐弯的部位。区内发育北西西(北西)向，北北西向，北东向，北北东向和近南北向五组断裂（图１）。其中，以北西西向的北祁连断裂带为主干断裂，在大地构造上按黄汲清的划分属祁连褶皱系中北祁连褶皱带与走廊过渡带两个二级单元的边界断层带。它不仅在中生代以来控制了两个构造单元的地质作用，并成为青藏高原的北部边界和著名的巨大地震带之一。

    这次地震发生于九条岭－哈溪的中小“地震巢”之内。自１９７０年到１９８３年，该区（北纬３６°３０＇－３８°２０＇，东经９９°３０＇－１０３°３０＇）发生３级以上地震５１次，其中４级以上地震５次。本次地震是近二十多年以来的最大地震。 

    由图１可见，在北东向和北西向断裂切割的菱形小块体内还发育有近南北向的断裂。而本次地震的微观震中位于北东向（西营河东）、北西向（金塔河西）和近南北向（旦马－西营）断裂的交汇部位。作为主干断裂的北祁连断裂带的现今活动和次一级的北东向最新断裂的活动使上述菱形小块体应力局部集中，这可能是本次地震的地震地质背景。

烈 度 分 布

经考察，本次地震的宏观震中位于甘肃省武威、天祝、肃南三县交界的旦马、西营一带，即北纬３７°５０＇，东经１０２°１６＇，与微观震中相差约１０ｋｍ，震中烈度为Ⅵ度。Ⅵ度区位于旦马乡，形状近似椭圆，长轴方向为北７６°东，长２２．５ｋｍ，短轴长１１ｋｍ，面积约１８０ｋｍ^２。Ⅵ度区内，地震时人站立不稳，多数人仑惶外逃；区内房屋多属简单木架土墙房，普遍出现裂缝,个别房屋的墙体裂缝较宽(达２－３ｃｍ),极个别不稳墙体倒塌；地裂缝比较发育。      Ⅴ度区包括红星、西营、新华、祁连、皇城等乡。Ⅴ度区与极震区的长轴方向基本一致，长约７６ｋｍ,短轴长约４２ｋｍ，面积约２２００ｋｍ^２（图２）。Ⅴ度区内，地震时人的感觉强烈，尚在睡觉的人普遍从梦中惊醒；区内个别房屋出现小裂缝，门窗响动，屋顶掉土；家中不稳物件翻倒或掉下。 

    武威５．３级地震的有感范围东至兰州、银川；西抵张掖、临泽、高台；南达西宁、乐都；北到金川、民勤等地，约３０万ｋｍ^２。

地 震 序 列

（一）前震：

主震前４天，即１月２日分别发生两次地震，其参数见表２。 

    第一次地震发生在主震西南约３０ｋｍ处，第二次地震发生在主震南约１０ｋｍ处。另外，在主震当天的０６时分别发生两次０．４，０．７级小震。 

（二）余震序列：

    本次地震的余震资料以武威地区传输台网的地震目录为主,M_S≥2.0级以上地震以常规台网为主。 

表２  武威５．３级地震前震目录

Table 2  Catalogue of pre-earthquakes of the M 5.3 Wuwei earthquake
　

关于本次地震序列的一些特征分述如下：

    １．这次地震为主震余震型。主震释放能量占序列释放总能量的９９．５％，余震序列ｂ值为０．８±０．０３（图３），相关系数ｒ＝０．９７７。自１月６日０７时３４分主震发生至２月６日共记到余震７２６次，其中Ｍｓ≥３．０级２次；２．０─２．９级１２次；可定出震中的地震２０４次。武威５．３级地震序列目录见表３。 

图８  武威５．３级地震震源机制解^２）

Fig.8  Focal mechanism solution of the M 5.3 Wuwei earthquake

表５ 震�源�机�制�解

Table 5  Focal mechanism solution
　

地震台网及前兆异常

     武威５．３级地震发生在我省前兆台网较稀的地区，在距震中２００ｋｍ范围内有观测台站１５个，其中测震１４个，前兆观测手段６台项（图９）。对质量较好的群测点的水位、地温等只作参考未统计在内。 

图９  武威５．３级地震前台站分布图 Fig.9  Distribution of seismic station before the M 5.3 Wuwei

       earthquake

     对上述范围内的前兆观测手段，我们主要列出了震前有异常反应以及震后通过总结认为是异常反应的观测手段，对有争议的异常亦作出说明，略超过２００ｋｍ范围且有前兆异常反应的观测手段也进行了整理。异常情况详见表６。

   由１９７９－１９８３年Ｍ_S≥２.３级地震的Ｍ－ｔ图（图10）可见,从１９８２年９月至１９８３年１２月出现缺震现象（无Ｍ_S＞２．６级地震）。1980－1983年Ｍ_S≥２．６级地震围成北西向椭圆状空区（图１１），其长轴长５３ｋｍ，短轴长２３ｋｍ，空区内无２.６级以上地震发生。图１２为武威、山丹地区的应变释放曲线,从图中可以看出，１９８３年１─７月应变释放曲线斜率较小，８月开始加速，从加速到发震这个阶段小震的积累应变值相当于一个Ｍ_S５．５级左右的地震。 

表６  异常情况登记表

Table 6  Abnormal situations

　

图１０  武威、山丹地区的地震Ｍ－ｔ图 Fig.10  M-t diagram of earthquakes in Wuwei and SHandan          资料选取范围:北纬37°－38°，东经101°－103°

图１１  武威、山丹地区地震震中分布图（１９８０－１９８３，Ｍ_S≥２．６） Fif.11 Epicentral distribution of earthquakes in Wuwei and Shandan         areas

     按调制小震法^［１］，取朔日和望日前后各４天，凡发生在这两个时段内的小震，称为调制小震，其它时段发生的小震称为非调制小震。在正常情况下，落在朔望两个时段的小震与在一个月内的小震数目之比为一常数概率，当调制比超过自然概率时，就可认为固体潮外因对该区起调制作用，震源及其附近地区的应力水平已很高，处于临震阶段^［１］。根据１９８２－１９８３年武威、山丹地区小震活动资料，用调制小震法作其空间分布[图１３(ａ)]。从图中可以看出，武威－九条岭地区和山丹－永昌地区是小震活动密集的地区。特别是调制小震出现条带分布，并超出小震调制比正常概率０．２７。在图中Ａ带和Ｂ带与空段Ｃ交界的部位，调制小震表现特别密集，空段长约４０ｋｍ左右。由图１３(ｂ)可以看出，武威５．３级地震前８个月，调制小震有较明显增加，其异常时间为半年。

图１２  武威、山丹地区的应变释放曲线 Fig.12  Strain felease curve of earthquake in Wuwei and Shandan         areas          资料选取范围:北纬37°－38°，东经101°－103°  　

图13　山丹－武威地区1982─1983年小震震中分布图（ａ）和小震调制比（ｂ） Fig.13  Epicentral distribution(a) and modulation ratio(b) of minor         shocks in 1982-1983 at Shandan-Wuwwei area

    从1983年2月下旬起，武威－九条岭地区的波速比出现异常（图14）,供参考。刘家峡地应力从1983年6月中旬开始改变正常年变规律,出现趋势性下降异常（图15）。

    需要说明的是，刘家峡地应力出现的异常在震前被认为反映东部地区震情，震后才认识到可能与武威地震有关。

图14　武威5.3级地震前后武威－九条岭地区波速比变化曲线 Fig.14  Variation curve of velocity ratio in Wuwei-Jiutiaoling area         before and after the M 5.3 Wuwei earthquake  

图15  刘家峡（Ｋ812）孔附加应力（ａ）及其月均值（ｂ）曲线 Fig.15  Curve for additional stress(a) and its monthly mean value(b)         in Liujiaxia borehle(K812)

兰州五泉山水氡从１９８３年１１月改变年变规律，出现下降异常，１２月底降到最低值，变化幅度为１０％。震后，氡值回升到正常值。震前，在趋势下降的背景上于１１月２９日出现幅度为１４．０％的负突跳（见图１６）。

    自１９８３年１１月初武威视电阻率出现趋势性下降，１２月初下降到最低值后回升，１２月中旬恢复到基值，震前一天出现临震突跳，变化幅度达６．６％（图１７），但由于武威地电台附近有自来水厂，经常有抽水干扰因素，因此对此异常存在争议。

图１６  兰州五泉山水氡日变曲线 Fig.16 Curve for daily variation of radon content in water at        Wuquanshan,Lanzhou

图１７  武威台视电阻率逐日变化曲线 Fig.17  Variation curve for apparent resistivity in Wuwei station        day by day

    武威传输台网记录到武威５．３级地震的前震波形与余震波形有着明显的不同，前震波形类似于实验室岩石微破裂时裂缝扩展的波形。如果这种地震波与一般地震波不同，那么这种特殊的波形有可能作为有价值的临震前兆信息。甘肃台网６个地应力台站的观测仪器，在武威５．３级地震前都出现长达数天的“仪器异常”，其表现为：观测时指针抖动不止，测值变化幅度很大，不易观测。比如，武都台竟达１Ｐa 以上的测值突变。这种异常现象在以往中强地震和７．０级以上大震前也出现过，可将其作为临震指标用于地震预报。假如“观测时出现指针抖动”，则半个月甚至近一、二天内可能发生地震。对此，有必要展开深入研究。

    这次地震的宏观异常数量少，但分布广，东起古城，西到皇城，北至西营水库，南达天祝县的祁连区，其范围大体与Ｖ度区一致。宏观异常一般出现在震前两三天，主要有数量不多的蛇出洞，猪跳圈，狗狂叫，鸡上房，马不吃草和人感头昏等。西营乡一口压水井，１９８３年打成后一直能维持生活用水，但１月２日后井中压不出水来。

    另外，震区附近有些群测点的水氡和地温等在震前出现异常和突跳变化。比如，永昌县地震办公室的５ｍ深地温观测，自１９８３年１２月１４日开始，从１２．８℃逐日下降，１月１日下降到最低值７．０℃，随后开始回升，３日迅速回升到１１℃，６日发生地震，震后地温保持在１１℃左右，如图１８所示。

图１８  永昌县地办地温日均值 Fig.18  Curve for daily mean value of ground temperature at Saeismic

        Office Youngchang county

图１９  武威５．３级地震异常综合示意图

Fig.19  Synthetic sketch for anomalies of the M 5.3 Wuwei earthquake