吴忠、灵武位于银川地堑的南端顶角区内。区内地势平坦，第四纪沉积广布。在震区外围，东有灵武东山西麓断裂，为一走向南北、倾向西的正断层，该断裂构成盆地东界。震区南侧，牛首山北麓断裂构成了银川地堑第三纪沉积边界，该断裂走向北西，倾向南西，具逆冲―左旋性质，它错断了下更新世砾石层（垂直断距为40ｍ）；在牛首山北麓断裂以北５ｋｍ，经卫星影像增强处理的结果表明，由第三纪构成的台地前缘有一北西向隐伏断裂存在；此外，在灵武东山北段，还有一组北北东向断层，它们切割了第三系，且在地貌上有清晰的显示。外围地质调查资料表明，本区有三组不同方向的活断层同时并存。

    在震区内，人工地震测深资料亦证实，在第四纪沉积物之下也存在上述三组断裂。尤其在梧桐树一带，有两条北东向隐伏断裂，其位置与本次地震的Ⅶ度区位置吻合。对外围的北北东向断层的研究证明，它们呈顺时针方向扭动。关于灵武地区的地质构造可参见本书“1971年6月28日宁夏回族自治区吴忠5.1级地震”的图１。

    该区历史上中强地震比较活跃，弱震活动也较频繁。在历史上曾发生过８次５－６级的地震（图1）。

图1　吴忠、灵武地区历史地震震中分布图(M_S≥5.0)

Fig.1 Epicentral distribution of historical earthquakes in Wuzhong and Lingwu

    灵武5.3级地震的宏观震中位于灵武县新华桥乡以北，具体位置为北纬38°05＇,东经106°14＇，与用仪器测定的震中位置仅相差2.3ｋｍ。有感范围北达内蒙临河，南至宁夏固原以南，西至内蒙阿拉善左旗，东达宁夏盐池附近，南北长580ｋｍ，东西宽190ｋｍ，面积约110000ｋｍ^２。

    灵武地区的广大农村以砖基土坯房为主，属Ⅱ类建筑；牲口圈、厕所以土坯垒砌，属Ⅰ类建筑；县市所在地及学校、医院等公共设施为Ⅲ类建筑。这次地震的烈度分布情况如图2。

图2　灵武5.3级地震等震线图^［１］

fig.2  Isoseismal map of the M5.3 Lingwu earthquake

    震中烈度为Ⅶ度弱，该区北起梧桐乡的杨洪桥,南至新华桥乡的河忠村，呈一走向为北２０°东，长６.５ｋｍ的狭长区域。Ⅶ度弱区内的杨洪桥小学，两排砖木结构教室的墙体、墙角出现多条裂缝，最宽者可达２ｃｍ，有的从墙基向上裂通；三角梁被拔出少许。另外，还出现最宽处为数毫米，走向为北２０°―３０°东，呈雁行状排列的地裂缝，其力学性质为顺时针扭动。

    在河忠村，土坯房普遍开裂，最宽达２ｃｍ，并有Ⅰ类建筑倒塌现象。

    Ⅵ度区北起梧桐树，南至西渠村，东起东塔村，西至叶盛乡，呈长轴长为２２ｋｍ，短轴长为１５ｋｍ的椭圆形，长轴走向为北４５°西，面积约２５３ｋｍ^２。

    Ⅴ度区范围较大，南界位于青铜峡镇、吴忠―惠安堡一线，北至贺兰县以北４ｋｍ处，呈一南大北小的葫芦形，南北长约８８ｋｍ，东西最宽处为３５ｋｍ，面积约1700ｋｍ^２，长轴走向为北１５０°西。

    距震中２００ｋｍ范围内，共有８个测震台站，多数从１９６５年前后开始观测。本地区自１９６６年以来基本可以监测到Ｍｓ≥２．０级地震。

    灵武―吴忠地区弱震活动比较频繁。自１９７７年以来，每年可记到M_S≥２．０级地震４－９次，但１９８３年未记到１次。１９８４年元月开始，弱震活动出现增强趋势，至１１月２３日５．３级地震发生前，本地区共记到２８次地震，其中M_S＜１级的９次，Ｍｓ≥１级19次。震前地震的ｂ值为０．４６（图3）。表２给出了1984年元月至主震前的Ｍｓ≥２．０级地震目录。从表２可见，自1984年８月至主震发生前，区内M_S≥２．０级地震的时间间隔越来越短，震级越来越大，清楚地展示出主震前小震活动的增强。主震前，该区内Ｍ_Ｌ≥２.０级地震震中主要沿北北西向的苦水河断裂呈条带状分布，条带长宽之长度比为４∶１，(N_外＋1)／(N_内＋1)＝1／4.3^［２］（图4）。

    主震之前5.6s，震中区内发生一次Ｍ_S＝4.3级前震。主震发生后，余震比较频繁（图６）。余震序列的应变释放曲线到１９８５年３月基本转平(图７)。到１９８５年３月底止，宁夏区域台网共记到余震１８６次，其中Ｍ_S＜１级的１１９次，Ｍ_S≥1级的６７次，最大余震为Ｍ_S＝３.９级。余震大部分集中发生在震后２７天内，此期间的余震次数(１３２)占余震总次数的71％。余震序列的ｂ值为0.67（图８）,ｐ值为1.0。从到１９８５年３月底止的资料可以看出，Ｍ_Ｌ≥2.0级的余震集中分布在主震周围５ｋｍ范围内^［２］（图９），晚期强余震离主震震中稍远。

    该地震序列目录（Ｍ_S≥３．０）见表３。

图3　灵武5.3级地震前b值曲线 (1984.1.1--11.23, M_S≥0.5)

Fig.3  b-value curve before the Ｍ5.3 Lingwu earthquake

图4　1984年灵武主震前小震震中分布图^２）

Fig.4  Epicentral distribution of minor of minor earthquakes

       before the 1984 Lingwu mainshock

表 2    1984年5.3级地震前的地震目录（M_S≥2.0）

Table 2  Catalogue of earthquakes before the Ｍ5.3 Lingwu earthquake（M_S≥2.0）

图5　灵武5.3级地震序列M--t图(M_S≥1.5)

Fig.5  M-t diagram of the Ｍ5.3 Lingwu earthquake sequence

图6　灵武5.3级地震序列应变释放曲线

Fig.6  Strain release curve of the Ｍ5.3 Lingwu earthquake

       sequence

图7　灵武5.3级地震序列b值曲线(1984.11.23--1985.3)

Fig.7  b-value curve the Ｍ5.3 Lingwu earthquake sequence

图8　灵武5.3级地震余震震中分布图^２）(1984.11.23--1985.3)

Fig.8  Epicentral distribution of aftershocks of the Ｍ5.3 Lingwu        earthquake

表3  灵武5.3级地震序列目录 (M_S≥3.0)

Table 2  Catalogue of the M5.3 Lingwu earthquake sequence(M_S≥3.0)

注：编号3的地震震级为中国地震台临时报告^3）所定，宁夏台网定其为Ｍ_S2.5级。

    该地震序列的最大地震震级与次大地震震级相差１级，主震能量占全序列总能量的94.9％，前震占３．９％，余震占１．２％。该地震序列属主―余震型。

    由于主震前５．６s发生的前震为Ｍ_S４．３级，致使主震的初动符号无法判定。４．３级前震与主震位置仅相差２．３ｋｍ。本次地震序列特征为主―余震型。对于此种类型的地震，其前震和早期强余震的断层面解与主震的断层面解基本相同。利用３８个地方台站的Ｐ波初动符号求４．３级前震的震源机制解^２）；利用１３个台站的Ｐ波初动符号求２月１８日的３．９级余震的震源机制解。震源机制解的结果如表４和图9。它们的矛盾符号比分别为７.９％和１５.４％。 

表 ４   灵武5.3 级地震的前震和最大余震震源机制解

Table 3  Focal machaism solution of foreshocks and maximum

 aftershock of the M5.3 Lingwu earthquake

图9　灵武5.3级地震的前震和最大余震的震源机制解

Fig.9  Focal machaism solution of foreshocks and maximum aftershock of the M5.3                 Lingwu earthquake

        (a)　4.3级前震震源机制解^［２］; (b)　3.9级最大余震震源机制解

    由表４可以看出，这两个地震的震源机制解结果十分接近，可以将它们看作就是主震的震源机制解。前已述及，在主震震源区有一条走向为北北东、呈顺时针扭动的隐伏断裂通过;在震中区出现旋性为顺时针扭动而走向为北20°－30°东的地裂缝；Ⅶ度弱区走向为北２０°东；该地震的前震和最大余震的节面Ⅰ的走向皆为北北东，且呈顺时针扭动。据此推测，节面Ⅰ可能是本次地震的主破裂面 ，发震构造就是震中区附近的北北东走向的隐伏断裂。

    灵武５.３级地震前，在距震中200ｋｍ范围内有各类台站(点)１５个，其中测震台８个，其它Ⅰ、Ⅱ类前兆观测项目１６台项（其中地下水６项，地电３项，水氡２项，定点重力、倾斜、地应力、地磁、短水准各一项）。台站分布情况见图10。

图10  灵武5.3级地震前台站分布图

Fig.10  Distribution of seismic stations before the Ｍ5.3 Lingwu

        earthquake

    此外，宁夏地震局自１９７８年以来，每半年在灵武―吴忠地区及其周围进行一次流动重力测量，至地震前已积累了１２期复测资料。

    该次地震前，地震活动图象的异常显示比较明显，流动重力、短水准、视电阻率、重力也有一定的异常显示，其详细情况见图11－20和表5、6。

表５  异常情况登记表

Table 4 Abnormal situation

图11　灵武5.3级地震前异常分布图

fig.11 Distribution of anomalies before the Ｍ5.3 Lingwu

       earthquake

图12　灵武--吴忠地震应变释放曲线^３）

fig.12  Strain release curve of the Lingwu-Wuzhong earthquake

图13　灵武--吴忠地区N--t图 (M_S≥2.0)

fig.13  N-t diagram in Lingwu-Wuzhong area

         范围：北纬37°30′--38°20′，东经106°--107°

图14　灵武--吴忠地区M--t图 (M_S≥2.0)

Fig.14  M-t diagram in Lingwu-Wuzhong area

         范围：北纬37°30′--38°20′，东经106°--107°

图15　灵武--吴忠地区历年震中分布图^6）

Fig.15  Epicentral distribution of earthquakes over the years in         Lingwu-Wuzhong area

图16　流动重力段差随时间变化^6）

Fig.16  section difference of mobile gravity observation varying         with time

图17　宁夏北部重力测网与构造分布图^7）

Fig.17  Structure distribution of gravity measurement nest in the         north of Ningxia

图18　红果子短水准高差年变曲线(据许文俊)

Fig.18  Yearly variation curve for altitude difference of short rang leveling in Hongguozi

图19　小口子重力日均值变化曲线^7）

Fig.19 Variation curve for daily mean value of gravity in

       Xiaokouzi

图20　银川台视电阻率日均值变化曲线^2）

Fig.20  Variation curve for daily mean value of apparent

        resistivity at Yinchuan station

表６ 小口子重力日均值1984 年 与 1982、1985年月相关系数^7）

Table 6 Correlation coefficient for daily mean value of gravity at Xiaokouzi in 1982,1984 and 1985