2002年12月14日甘肃玉门5.9级地震

甘肃省地震局 刘小凤 肖丽珠 郑卫平

摘 要

2002年12月14日 ，在甘肃玉门发生了 M s 5.9级地震，宏观震中位于玉门市西南 26km 处。微观震中为 39 ° 49 ˊ N，97 ° 20 ˊ E；宏观震中为39 ° 42 ˊ N，97 ° 18 ˊ E。震中烈度为 Ⅶ 度，极震区呈长椭圆形，长轴走向 N65°W，面积 410km 2 。地震发生在祁连山北缘北西向旱峡 -大黄沟断裂带。灾区因地震惊吓间接死亡2人，受伤350人，直接经济损失达 7020.17 万元。

玉门地震属于主震 -余震型，最大余震为 ML4.8 级，余震衰减正常。震源机制解中节面 Ⅰ 走向北北西，主压应力 P轴方位近北东向，推测该次地震是在北北东向的水平挤压应力场的作用下产生的右旋走滑活动,与北北东向区域主压应力方向基本一致。根据区域发震构造走向和极震区分布，认为发震断层面为节面 Ⅰ 。

距震中 200km 范围内共有 7个地震台站，其中综合台1个，测震观测单项台4个，定点前兆观测单项台2个，共有测震、地电、气氡、水氡和地磁5项观测。玉门5.9级地震前共有异常12项，其中地震活动性异常6项，包括前兆地震活动、地震空区、频次、缺震、b值和C值；前兆异常6项，包括地电阻率、水氡和气氡等。以中短期异常为主，临震异常为震前12天在震中以东 130km 处发生的 ML4.5级地震。震中附近 200km 的异常台站、异常台项百分比分别为 10 0%和50% 。此外，本次地震前在 200km 以外的较远地区出现了 2项比较显著的异常，异常出现和持续时间有较好的对应，一并列入。

Abstract

The Yumen earthquake of Ms5.9 occurred on Des.14,2002 in Yumen city of Gansu Province,with instrumental epicenter at 39°49ˊN，97°20ˊE；The macroseimic epicenter was located westsouth of Yumen city 26 kilomite.The meizoseismal area was elliptic with major axis in NW direction and intensity Ⅶ. This earthquake occurred on the Hanxia-dahuanggou fault of NW direction.No casualty was caused directly during the earthquake, 2 persons died indirectly because of the alarmed and panicky,350 persons were injured，the direct economic loss caused by this event reached 70.2017 million Yuan。

The earthquake sequence was of mainshock-aftershock type.Its maximum aftershock is ML4.8 and attenuated quickly.The strike of the nodal plane Ⅰof the focal mechanism solution was 147°,and the direction of the principal axis of compression was 277°.It is suggested that the event is of right-lateral strike slip type with the horizontal compressive stress field in the NNE direction 。 On the basis of the direction of seismogenic structure and the distribution of meizoseismal area，suggested the nodel Ⅰ is the main rupture surface 。

There were 7 seismic stations in the region within 200km from the epicenter.Among them there were 5 station for seismometric observations，3 fixed stations with precursor monitoring observations.Before the Ms5.9 of Yumen,12 anomalies appeared.There were 6 seismometry，such as precursory earthquake、seismic gap、earthquake frequency、earthquake deficiency、b and C value；4 items of precursory anomalies appeared on the fixed observation points，such as anomalies in apparent resistivity、radon in groundwater and escaping radon。Among them the mid-short term anomalies were observed mainly,the imminent earthquake anomalies is ML4.5 of 12 days before earthquake in the east 130km of epicenter。 Within the distance of 200km from the epicenter,the observation stations and items with anomalies accounted for100 % and 50% respectively. As the sametime，It was appeared 2 items important anomalies that had outside the defined distances befor the earthquake,There were relationship between the anomalies duration time and the earthquake.

前 言

据甘肃省地震台网测定， 2002 年 12 月 14 日 21 时 27 分 ，在甘肃省玉门市境内发生了 M s 5.9 级地震，微观震中为 39 ° 49 ˊ N ， 97 ° 20 ˊ E ，宏观震中位于玉门市窟窿山 - 赤金峡一带，在微观震中南西 12km 处的祁连山内，震中烈度 Ⅶ 度， 震源深度为 22km ，玉门市处在 Ⅵ 度区内。

这次地震发生在甘肃省 2002年河西西部注意监视区以西 30km 处。地震之前于 2002年9月3日 在震中以北 53km 处发生了 1次M L 4.2级地震， 12月2日 在玉门以东发生了酒泉 M L 4.5级地震，距离震中 130km ，这次地震发生后的临时会商会上提出，在河西地区中强地震发生前通常存在中等地震活动，酒泉 M L 4.5级地震发生后应注意向西南方向迁移的可能。

地震发生后甘肃省地震局立即组织分析预报中心人员密切监视震情发展，做好震后趋势判定工作。同时组织地震应急人员连夜赶赴地震灾区，会同当地政府和地震部门组建了地震现场应急指挥部，分组进行地震现场震害考察、抗震救灾和震害评估等，取得了良好的社会和经济效益。

地震现场工作组编写了地震考察报告，本文是在上述工作基础上，对震前和震后资料进行了整理、审核，并进行了系统研究。

测震台网及地震基本参数

玉门 5.9 级地震发生在祁连山西段，震中周围 200km 范围内有 5 个测震台 （ 图 1） ，即肃南、高台、安西、青头山、俞井子、金佛寺台。 台网监测能力较弱，在震中 100km 范围内有测震台站 2个， 均位于东面，台站分布不均匀。 101 ～ 200km范围内有测震台站3个，其中安西台为数字化台站，其它台为模拟台站。在震中附近地区 M L 2.0级以上地震不会漏记，基本上可监测到震中 200km 范围内 M L 2.5级以上地震。

根据甘肃省地震台网和中国地震局测定结果， 5.9级地震的基本参数见表1

。

图 1 玉门 5.9 级地震前震中附近地震台站分布图

Fig.1 Distribution of seismic stations surrounding the epicenter area before the M s 5.9 Yumen earthquake

表 1 地震基本参数

Table 1 Basic parameters of the M S 5.9 Yumen earthquake

地震地质背景

图 2 玉门附近地质构造及历史地震震中分布图

. 全新世断裂； 2. 晚更新世断裂； 3. 地震破裂带； 4. 走滑断裂； 5. 逆断裂

① 阿尔金断裂；② 昌马断裂；③ 党河南山断裂；④ 疏勒南山断裂；⑤ 托勒山北缘断裂；

⑥ 佛洞庙—红崖子断裂；⑦ 嘉峪关断裂；⑧ 木里—江仓断裂；⑨ 榆木山北缘断裂；

⑩ 榆木山东缘断裂； 龙首山北缘断裂； 旱峡 - 大黄沟断裂； 玉门断裂； 新民堡断裂

Fig2 Map of geological structure and distribution of historical earthquakes around Yumen

本次地震所在的玉门地区位于青藏高原北缘祁连山西段，为 NE 向的阿尔金断裂带和ＮＮＷ向祁连山断裂带的交汇部位，震中附近断裂极为发育，构造形迹复杂。区内有阿尔金断裂东段、昌马断裂、玉门断裂 [2] 、新民堡断裂等全新世活动断裂和旱峡 - 大黄沟断裂等晚更新世活动断裂（图 2 ）。祁连山北缘断裂带是一条ＮＷＷ走向的巨型活动断裂带，断裂沿祁连山北缘展布，由旱峡 - 大黄沟断裂、玉门断裂、嘉峪关断裂、佛洞庙 - 红崖子断裂、榆木山北缘断裂、榆木山东缘断裂等组成，全长近千公里 [3] 。在该断裂上曾发生过 180 年高台 71/2 、 1609 年红崖堡 71/4 级等大地震。其最西段的旱峡 - 大黄沟断裂向西与阿尔金断裂的东段相交，向东止于佛洞庙以南。总体呈ＮＷＷ向，全长约 160km 。本次地震破坏范围和极震区的展布均与旱峡 - 大黄沟断裂相吻合，宏观震中位于断裂中段南盘约 9km 处，仪器震中正好在断层线附近（图 2 ）。美国台网确定的震源深度为 33km ，表示地壳内发生的地震，但深度无法确定。本次地震没有形成地震地表破裂带，根据宏观震中位置及烈度分布，确定发震断层为祁连山北缘断裂旱峡 - 大黄沟断裂段与玉门断裂共同作用的结果。

烈度分布及震害

本次地震宏观震中位于祁连山北麓，玉门市西旱峡煤矿 - 妖魔山一带 (39 ° 42 ˊ Ｎ ,97 ° 18 ˊ Ｅ ) ，震区涉及玉门市全境和肃北蒙古族自治县的鱼儿红乡（图 3 ）。根据现场地震科学考察组、震害评估组及有关专家共同调查评定，绘制出了本次地震的等震线图 3) 。

图 3 玉门 5.9 级地震等震线图

•  阿尔金断裂；② 金塔南山断裂；③ 嘉峪关断裂；④ 新民堡断裂；

⑤ 玉门断裂；⑥ 佛洞庙—红崖子断裂；⑦昌马断裂

Fig3 Isoseismal map of the M s 5.9 Yumen earthquake

（ 1 ）Ⅶ度区：极震区呈长椭圆形，长轴走向Ｎ 65 °Ｗ，长 23 ｋｍ，短轴长 13 ｋｍ，面积约 410 ｋｍ 2 。包括鱼儿红乡和旱峡煤矿等地。主要震害表现为砖木平房屋顶烟囱大部分倾倒，屋檐瓦掉落，砖墙开裂，土坯墙严重开裂，山石滚落，基岩崩塌，多处边坡失稳，回填地基出现裂缝等。

（ 2 ）Ⅵ度区：面积 2890 ｋｍ 2 ，包括玉门市和赤金镇及其所属部分村镇。玉门市区震害以建筑物和构筑物开裂为主，主要表现为居民住宅楼、办公楼和工业厂房产生剪切裂缝、斜裂缝和“Ｘ”型裂缝，山墙和承重墙开裂，楼盖有水平移动等；农村震害表现为搁檩山墙与檩接触部位多开裂，严重者檩掉入山墙裂缝中，土坯墙普遍开裂，棚圈、围墙部分倒塌和部分机井因错位变形而报废等。

（ 3 ）Ⅴ度区：包括玉门镇、玉门东、昌马乡和新民堡等地，震害相对较轻。农村平房破坏多以土坯墙连接处开裂和门窗周围墙体开裂为主，乡镇建筑物破坏主要表现为部分砖混结构楼房和平房墙体开裂现象。破坏严重者多与地基下沉及建筑物本身质量有关。

本次地震发生在祁连山内，由于震中位于活动断裂南盘中高山基岩区，其南主要为祁连山中高山基岩区，烈度衰减较快，其北为山前冲洪积平原区，烈度衰减较慢，所以本次地震的等震线图南侧比较紧密，北侧比较疏松。居民点多处于戈壁砾石层或履盖较薄的基岩上，地基条件较好，且震区为甘肃省重点工业区，经济较发达，工业和民用建（构）筑物质量较好，极震区居民点少，所以灾害程度较轻，破坏类型以开裂为主。 本次地震受灾面积 8910km 2 ，受灾总户数 17175户，受灾人口65500人。

地震序列

玉门 5.9级地震序列类型属于主震-余震型，主震前从2002年9月至主震发生前在震源附近发生了25次地震，其中M L ≥3.0级4次，较大地震为9月2日M L 4.2和12月2日M L 4.5，与主震距离分别为53km和130km。这些地震主要发生在酒西盆地及肃北一带，空间分布比较分散。

玉门 5.9级地震余震序列比较发育，截止 2003年3月31日 共发生 0.1级以上余震149次，其中M L 4.0～4.9级2次；3.0～3.9级14次；2.0～2.9级52次；1.0～1.9级41次；最大为 12月14日 Ms4.3，与主震震级差1.6，震级率减正常。表2给出了M L ≥3.0级前震和余震序列目录。

表 2 玉门 5.9 级地震序列目录（ M L ≥ 3.0 ）

Table 2 The catalogue of the M s 5.9 Yumen earthquake sequence （ M L ≥ 3.0 ）

图 4 玉门5.9级地震序列分布图（ M L ≥ 1.0 ； 2002 年 9 月～ 2003 年 3 月 ）

Fig.4 Distribution of the Ms5.9 earthquake sequences

图 4给出了玉门5.9地震序列分布，图中实心圆为前震分布，空心圆为主震和余震分布。由图可见余震基本集中在主震周围20～30km范围内，呈近北北东方向。从2003年2月底开始，余震开始向外扩散，直至3月以后余震呈完全分散状，表明序列基本结束。余震空间展布与北西向发震构造方向不一致，从区域构造上可以看出，本区处在北东向阿尔金断裂与北西向祁连山构造带交汇部位，在北东-北北东向区域应力场作用下，沿祁连山西段形成向北的挤压逆冲推覆构造，自南向北存在多组断裂，北部推覆体前缘出露地表的为玉门断裂。因此，余震的空间分布一方面反映了多组断面共同参与了活动，另一方面可能与断裂破裂机制有关，这是一个需要进一步深入分析的问题。

取 M L 1.7以上的余震序列资料，用最小二乘法计算该序列b值为0.69，h值为1.4，主震释放能量占整个地震序列能量的96.5%；由此判定该地震序列类型为“主-余震”型；图5为序列b值曲线；序列b、h值均正常。

图 5 玉门 5.9 级地震余震序列 b 值曲线

Fig.5 b-vaule diagrams of the Ms5.9 earthquake sequences

图 6 ，图 7 （ a ）、 (b) 、 (c) 分别为序列 h 值、频度、蠕变释放曲线和 M-t 图，从中可看出余震主要集中在主震发生后的当月，即 14 ～ 30日半个月内， 这半个月发生的余震次数占整个序列余震次数的 70% ；之后衰减很快；应变能也迅速释放，基本由主震一次释放，之后应变能释放趋于平缓，整个序列衰减正常。

图 6 玉门 5.9 级地震余震序列 h 值曲线

Fig.6 h-vaule diagrams of the Ms5.9 earthquake sequences

图 7 玉门 5.9 级地震序列（ M L ≥ 1.0）

(a) 、频度， (b) 、蠕变曲线， (c) 、 M-t 图

Fig.7 Earthquake frequency,strain release and M-t diagram for the Ms5.9 earthquake sequences

震源机制解及地震主破裂面

应用 P 波初动符号图解断层面法，收集了甘肃省及邻近的青海省和宁夏回族自治区地震台网记录的初动共 31 个，做出的震源机制解如表 3 ，矛盾符号比为 0.097 。

本次地震震源机制解反映出地震破裂方式为逆走滑型（表 3、图8）, 其中节面 Ⅰ 走向为 147 °，与旱峡—大黄沟断裂在该处的走向相近。震源机制解给出的Ｐ轴方向为 277 °，与发震断裂构成 20 °～ 40 °的反时针夹角， 这表明本区断裂活动是在 NE ~ SW向的近水平挤压应力作用下产生应力集中而导致地震的发生，与青藏高原东北缘地区NE ~ SW至NEE ~ SWW向区域构造应力场方向是一致的 。 在该方向应力场的作用下，断裂应表现为左旋逆走滑性质。 Ｐ轴仰角为 27 °，这也说明地震破裂具水平运动性质。余震分布大多数位于旱峡 - 大黄沟断裂附近 ( 图 4) ，且多位于断裂以南，呈 NE 向带状分布，余震条带走向与断裂走向垂直。宏观震中位置及烈度分布、震源机制解和余震分布特征反映出了震源构造的性质。因此，我们确定本次地震的发震构造为祁连北缘活动断裂带的次级断裂旱峡 - 大黄沟断裂。震源机制解的节面 Ⅰ 为发震断层面。

图 8 玉门 5.9 级地震震源机制解

Fig8 Focal mechanism solution of the M S 5.9 Yumen earthquake

表 3 玉门 5.9 级地震的震源机制解

Table3 Focal mechanism solutions of the M S 5.9 Yumen earthquake

观测台网及前兆异常

根据震源区及附近地区测震和前兆观测台网的分布，地震发生在观测台网的西部，距震中 200km 范围内包含地震台站 5 个，包括测震、地磁、地下流体等三大类观测项目，其中测震台 5 个（图 1 ），定点前兆观测台 3 个（图 9 ）。在震中 100km 范围内包含 3 个地震台站和 2 个前兆观测台，均位于地震东部。在 5 个测震台站中只有嘉峪关 1 个台开展定点前兆观测。

本次地震前共出现了 12 项异常，其中地震学异常 6 项，包括反映区域地震活动水平和空间分布特征的地震空区、前兆地震活动和随时间变化的频度、缺震、 b 值、 C 值等。定点前兆观测项目异常 6 项，主要集中在地电和水氡。异常具体情况见表 4 和图 9-19 。

表 4 异常情况登记表

Table 4 Summary table of precursory anomalies

图 9 玉门5.9级地震前定点前兆 观测 台站分布图

Fig.9 Distribution of the precursory monitoring stations before the Ms5.9 Yumen earthquake

  1 ．地震活动性异常

地震活动性空间扫描范围为 38.5 o～ 40.5No ， 96 o～ 100oE。玉门5.9级地震前在 祁连山西段形成地震空区，从 1997年11月～ 2002年12月1日 ，在祁连山西段的玉门—肃南 M L ≥ 3.0 级地震形成围空状，围空时间长达 5 年，直至 2002 年 12 月 2 日 空区内连续发生了 M L 4.2 、 3.0 级地震（图 10 ），使得该空区内出现填空，并于 12 月 14 日 在空区西部边缘发生了 5.9 级地震，至此空区解体。该空区长轴约 180km ；估算发震震级为 5.9 ± 0.61 ，实际发震震级与估算震级完全吻合。

图 10 祁连山西段 M L ≥ 3.0 级地震空间分布

a 1991 年 1 月～ 1997 年 10 月； b 1997 年 11 月～ 2002 年 12 月 14 日

Fig.10 Distribution of M L ≥ 3.0 events in west of Qilian mountain before the earthquake

震活动性时间扫描范围为 37 o～ 41oN,94o～101oE， 取 M L ≥ 2.0 级地震，采用 1 月时间窗和 1 月步长进行全时空扫描，其中的频度、 b 值、时间集中度 C 值、 缺震曲线等 存在异常。频度曲线显示自 2002 年 7 月出现低频异常， 2002 年 11 月异常结束， 5.9 级地震发生在异常结束后（图 11 ），最低值为 36 ，平均 =50.8 。 b值从 2002 年 8 月 ～ 2002年10月 出现 >2σ的 高值异常，最大值为 1.07 ； 2002 年 11 月 又出现 <2σ的低值异常，最小值为0.53， 5.9 级地震后 b 值继续下降，直至 2003 年 3 月才恢复正常（图 12 ）。时间集中度 C 值 2001 年 7 月出现高值异常， =0.04 ，最大值为 0.1 ， 2001年12月恢复正常 （图 13 ）。 从 2002年7月开始该区 M L ≥3.0级地震活动减弱，超过均方差范围，存在缺震现象， =3.22，最小值为3.61；直至2002年12月5.9级地震后 M L ≥ 3.0 级地震 活动恢复正常（图 14）。

图 11 祁连山西段地震频度变化曲线

Fig.11 Variation curve of earthquake frequency in west of Qilian mountain

图 12 祁连山西段b值时间扫描

Fig.12 Curve of b-value in west of Qilian mountain

图 13 祁连山西段C值时间扫描

Fig.13 Curve of C-value in west of Qilian mountain

图 14 祁连山西段缺震曲线

Fig.14 Curve of earthquake deficiency in west of Qilian mountain

2 ．定点前兆观测异常

在玉门 5 . 9 级地震震中周围 200km 范围内 6 台项定点前兆观测项目中，包含了电阻率、地磁、水氡和气氡等。 此次地震前，距 震中 200km 范围内 3 个台的 4 个测项出现异常，分别为 404 厂地电 NS 道、嘉峪关地电 NW 道、嘉峪关气氡和酒泉水氡。其中酒泉水氡出现的时间最早，其它测项依次为 404 场地电、嘉峪关地电和气氡。嘉峪关地磁、电阻率 NE 道和 404 厂地电 EW 道震前无明显的异常显示。由于该区的定点前兆观测台站本来就较少，因而出现异常的前兆台站也相对偏少。

404厂地电在2001年肃南5.3级地震后，于2001年12月底至2002年3月下旬，NS道出现一丛高值突跳，在该异常结束9个月后，发生了玉门5.9级地震，异常幅度达65%，异常持续时间约3个月（ 图 15 ） 。 嘉峪关地电 NW道于2002年5月初开始出现破年变的异常，先表现为加速上升，于7月底至9月在高值振荡，10月开始快速回返，至发震前仍在高值异常状态，异常幅度为2%。异常持续时间约6.5个月（ 图 16 ） 。 嘉峪关气氡 于 2002年7月中旬开始出现破年变的高值异常，10月初转折回返，至发震前恢复。最大异常幅度达40Bq/L，异常持续时间约5个月（ 图 17a ）。 酒泉水氡于 2000 年 4 月开始出现低 值异常，至 2002年7月以阶变的形式恢复。在异常期间发生了2000年景泰5.9级、2001年肃南5.3级地震，异常结束4个月后发生了玉门5.9级地震。最大异常幅度为2Bq/L，异常持续时间约27个月（ 图 17b ）。

图 15 404厂地电日均值

Fig.15 Curve of daily mean value of apparent resistivity at 404 factory station

图 16 嘉峪关 地电日均值

Fig.16 Curve of daily mean value of apparent resistivity at Jiayuguan station

图 17 嘉峪关 (a)和 酒泉 (b)水氡日值图

Fig.17 Daily value curve of radon content in groundwater at Jiayuguan(a) and Jiuquan(b) station

值得注意的是，玉门 5.9级地震前超过 200km 范围出现了 2项较显著的异常，分别为山丹地电和刘家峡应力，与震中距离分别为 350km 和 688km 。山丹地电 三个测道同步于 2002 年 7 月至 9 月出现各向异性的 破年变 异常，其中， NS 道呈 高值异常， NW 、 EW 道呈 低值异常，异常特征很明显，以阶变开始异常，也以阶变的形式恢复，最大异常幅度为 1%，异常持续时间约2个月（ 图 18 ）。 刘家峡应力 三个测道同步于 2002 年 1 月至 11 月出现各向异性的异常，其中， NS 道呈 高值的舒张性异常， NW 、 EW 道则呈 低值的受压性异常。该异常很明显，而且异常幅度远大于震中距较近的 2000年景泰5.9级地震，最大异常幅度达 13000uH ，异常持续时间约 11个月（ 图 19 ）。

图 18 山丹 地电日均值

Fig.18 Curve of daily mean value of apparent resistivity at Shandan station

图 19 刘家峡应力 日均值

Fig.19 Curve of daily mean value of electric induction stress at Liujiaxia station

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