0 引言

和林格尔地处华北断块区阴山-燕山断褶带和鄂尔多斯断块拗陷、山西断块隆起的交汇处，位于近EW向展布的阴山-燕山山前构造带上。该构造带是华北地区一条重要的地壳构造脆弱带，喜马拉雅运动以来活动明显，发生多次强震，形成阴山地震带(徐杰等，1978)。自1970年以来，阴山地震带及周边强震活跃，共发生6级以上地震6次(图 1)。

然而自2005年2月27日内蒙古五原M_L4.1地震后，阴山地震带出现了M_L4.0以上地震持续平静的现象。2020年3月30日，内蒙古和林格尔发生M_L4.5地震，打破了这一平静现象，显示出区域地震活动状态发生了变化。因而，研究此次和林格尔地震序列的发震构造，对区域应力状态和地震危险性分析有重要作用。

地震目录及震相报告的完整性和准确性直接影响地震序列发震构分析结果的科学性和可信性(Woessner et al，2005；冯建刚等，2012；谭毅培等，2014)。和林格尔M_L4.5地震前后发生了多次前震和余震。短时间内同一地点发生大量地震，不同地震事件的记录波形相互叠加影响，同时和林格尔所在的内蒙古中部地区地震台站较为稀疏(刘芳等，2013a、2013b、2014)，仅依靠人工识别地震容易造成地震目录出现一定数量的遗漏。利用现有观测系统得到更加完整、精确的地震目录和震相资料，需要地震自动识别算法的辅助。

目前已广泛应用于国家和省级地震台网的地震自动识别方法有两类。一是长短时窗比方法，其利用长短时窗能量比(STA/LTA)识别地震事件初至到时(Stevenson，1976；Allen，1978；Baer et al，1987；Earle et al，1994)，并在此基础上从时间域、频率域、偏振分析、高阶统计量、模式识别等方面综合分析判别地震事件(武东坡，2004)。之后一些学者引入震源扫描叠加地震定位方法(SSA)(Kao et al，2004)，提出了基于振幅判据的P波震相识别方法(Zahradník et al，2015)。另一类方法是匹配滤波技术(Matched Filter Technique，MFT)，这种方法基于波形互相关计算检测与模板地震波形相似的地震事件，已经成功应用于非火山地脉动与低频地震研究、中强地震余震序列完整性和分布特征分析等方面的研究(Gibbons et al，2006、2007；Shelly et al，2007；Tang et al，2010；Peng et al，2007、2009；Schaff，2010；Meng et al，2012)。Zhang等(2015a)基于SSA和MFT技术，提出了匹配定位方法(Match & Locate，M&L)，并对2011年东日本M_W9.0地震的前震、朝鲜一次低当量核爆和日本御岳火山喷发前的地震进行了检测(Zhang et al，2015a、2015b、2015c)。M&L方法与上述两类方法相比有3个特点：①可以检测到更小震级的地震和与模板地震距离较远的微震；②能够根据波形互相关时移，直接对检测到的微震和模板地震进行相对定位，从而给出微震的震源位置；③其无需对震相到时进行检测，因而可以适用于由于信噪比较低造成震相到时模糊不清的情况。鉴于内蒙古台网台站较为稀疏，对于小地震很难检测到足够用于精定位的震相到时，因而M&L方法适用于和林格尔M_L4.5地震序列的分析。

本文对和林格尔地震序列进行微震检测，以给出相对完整的地震目录，并对此次地震的发震构造进行分析。所使用的计算方法包括地震双差定位方法(hypoDD)、匹配定位方法(M&L)和计算震源机制的CAP方法，计算方法流程如图 2所示。首先，收集和林格尔M_L4.5地震震中200km以内台站的连续记录波形，以地震目录中M_L2.0以上地震作为模板，使用双差定位方法对模板地震进行重定位，再以模板地震重定位结果为基准，利用M&L方法检测目录中遗漏的地震事件并给出震源位置，并计算M_L4.5地震的震源机制解，最后基于震源机制、地震精定位和断层面拟合结果探讨和林格尔地震序列的发震构造。

1 微震检测

使用双差定位方法hypoDD(Waldhauser et al，2000)对台网目录中给出的10个M_L2.0以上地震进行重定位。定位使用震中距200km内9个台站的震相到时数据(图 3中绿色和蓝色台站)，震相到时经过波形互相关震相检测技术(谭毅培等，2014)校正，滤波频段为2~8Hz，相对到时误差在1个采样点以内，共检测到震相138条。精定位计算的初始位置设为内蒙古地震台网给出的M_L4.5主震震源位置。反演计算采用SVD方法，参考韩晓明等(2018)给出的P波速度精细结构，设定的P波速度结构如表 1所示，v_P/v_S波速比设为1.73。

重定位获得了10个M_L2.0以上地震的震源位置。hypoDD程序给出的反演误差水平向约为15m，垂直向约为65m。鉴于经过波形互相关震相检测的相对到时误差在0.01s以内，其造成定位结果误差在100m以内。综合震相数据和反演计算造成的误差，相对定位结果中震中位置误差在100m以内，深度误差约为150m左右。

以重定位后的M_L2.0以上地震作为模板，采用M&L方法(Zhang et al，2015a)进行地震检测和定位。所使用台站为记录地震信噪比较高的震中距100km内的5个台站(图 3中绿色台站)。首先使用Taup软件(Crotwell et al，1999)计算直达S波的理论到时和水平、垂直慢度，使用自相关方法重新拾取震相到时。截取模板地震S波到时前1s至后3s波形，在连续波形上进行滑动窗互相关计算。以模板事件震源位置为中心做格点搜索，对检测到的地震事件进行定位。震中搜索范围为±0.1°，深度为±3km，搜索步长为0.01°和1km。将每个台站各分量的滑动相关序列所对应的时间减去其模板所对应的S波走时，再减去该网格点位置与模板位置到每一个台站的到时差进行位置校正，最后将所有台站分量的滑动互相关系数进行叠加并计算平均值，得到该网格点的叠加滑动互相关系数；将三分量的互相关系数取平均，用计算得到的绝对偏差中值(Median Absolute Deviation，MAD)来搜索地震，利用互相关系数和n倍的MAD作为判别地震的阈值(Peng et al，2009；Shelly et al，2007)。

基于多组参数组合，对3月30日的连续记录波形进行检测，从而测试不同参数设置的检测效果。测试结果显示，采用平均互相关系数大于0.2、同时大于11倍MAD的阈值参数(下文简写为0.2/11)检测效果较好。如表 2所示，当设置更低阈值时(0.2/10)，检测到的地震事件数量增加，且能够检测到台网目录给出的3月30日全部25个地震，但有一部分新检测到的事件在距离震中最近的HLG和QSH台无法人工确认，即其误检测的比例较高。另一方面，当阈值提高时(0.3/11和0.2/12)，无法检测到台网目录给出的全部地震。因此选择0.2/11作为检测阈值的参数，可以得到相对较好的微震检测结果。

经过匹配定位计算，在3月30日至4月30日时间段内，共检测定位地震事件61个。内蒙古测震台网人工识别和林格尔余震共46个，其中可定位地震21个，不可定位的单台地震事件25个。检测到的地震事件约为台网目录的1.3倍，可定位地震约为台网目录的2.9倍。对比46个地震台网目录给出的震级和微震检测计算所得震级，对新检测到的地震震级进行校正。当震级大于M_L1.5时，检测震级与目录震级基本一致，无需校正，而震级小于M_L1.5时，检测震级系统性偏离目录震级，如图 4(a)所示。采用谭毅培等(2015)使用的方法对小于M_L1.5的地震进行震级校正，求得震级校正线性变换方程为y=0.3634x+0.8029。经过震级校正后的震级对比如图 4(b)所示，检测震级与目录震级的拟合直线方程为y=x，表明微震检测所得震级在校正后与目录给出震级在统计上是一致的。

图 5给出了台网可定位地震、台网单台地震事件和匹配定位方法检测到的地震的累计频次对比。图中台网可定位地震在M_L1.0以下几乎不再增加，表明台网可对M_L1.0以上地震进行定位，而M_L1.0以下地震则无法识别多个台的震相，只能给出单台地震事件。匹配定位检测的地震在M_L0~1.0区间内线性增加，显示匹配定位方法可对较小的地震进行定位。经过匹配定位计算的地震目录，虽然检测到台网遗漏地震数量不多，但可以给出较多地震的震中位置，从而丰富了地震目录中的震源参数信息。

图 6展示了检测到的1次目录遗漏的M_L1.0地震的记录波形。模板为3月30日M_L2.3地震，平均相关系数为0.2295，约为MAD的14.3倍。距离震中最近的HLG台和QSH台可人工观测到地震信号，但其他台站无法观测到清晰的震相，造成人工识别无法定位地震。

2 断层面拟合

根据主震震源机制计算结果和基于匹配定位计算得到的地震序列定位结果，采用断层面拟合方法定量估计断层面几何形态。

利用CAP方法(Zhao et al，1994；Zhu et al，1996)计算M_L4.5地震的震源机制解。计算中使用了震中距在400km以内的8个台站的波形数据，体波滤波频段为0.05~0.2Hz，面波滤波频段为0.05~0.1Hz，所使用速度结构见表 1。计算结果为：震源机制解节面I走向80°、倾角44°、滑动角-60°，节面Ⅱ走向221°、倾角53°、滑动角-116°，矩震级为M_W3.9，如图 7所示。

匹配定位计算给出的地震序列定位结果如图 8所示。结果显示地震震中呈现出NE向线性分布特征(图 8(a))，与M_L4.5地震震源机制解NE向节面走向接近。将震源投影到NE走向40°和NW走向130°的2条剖面上，在NE向剖面AA′上地震分布散乱，而在NW向剖面BB′上地震分布较为集中，显示出发震断层为NW倾向。

为了进一步定量估计断层面的几何参数，利用匹配定位计算给出的地震序列定位结果，采用万永革等(2008)给出的稳健估计方法，对和林格尔M_L4.5地震断层面参数进行了拟合。计算结果如图 9所示，断层的走向为230°，标准差为1.3°；倾角为81°，标准差为1.4°，倾向为NW向。震源机制结果中节面Ⅱ走向与断层面拟合结果相近，倾向均为NW向，而其倾角小于断层面拟合结果。综合断层面拟合结果和震源机制解，推测和林格尔M_L4.5地震序列发震构造为NE走向、NW倾向的断层。

3 发震构造讨论

根据上述计算结果对和林格尔M_L4.5地震的发震构造进行分析。匹配定位和断层面拟合结果显示震中呈现NE向线性分布特征，其发震构造为NE走向、NW倾向的断层。震源机制解中NE向节面为发震构造，滑动角为-116°，其错动性质以拉张为主，兼有少量走滑分量。综合本文计算结果，和林格尔M_L4.5地震的发震构造为NE走向张性断裂。

徐杰等(1978)、孙加林等(1990)对和林格尔地区的地震地质特征做了详细总结(图 10)。和林格尔地区NE、NW和NNE向3组断裂十分发育，NE向断裂是区内的主要构造，被NW向断裂和NNE向断裂所切，是较古老的断裂带，其至少切割到地壳玄武岩层，是规模较大的地壳断裂或深大断裂；NW向断裂规模不大，一般走向N30°~50°W，倾向不一，倾角为60°~85°，多处见左旋错动的派生性构造；NNE向断裂走向N20°~30°E，倾向NW，倾角为50°~80°，其中出现右旋剪切错动的派生构造。从本文的和林格尔M_L4.5地震序列计算结果看，其发震构造与区域内NE向断裂几何形态基本一致。M_L4.5地震震中位置位于岱海-黄旗海盆地南缘断裂附近(图 10)，且地质调查显示岱海断陷带NE向断裂属于活断层(毕珉烽，2012)，因而推测M_L4.5地震序列发震构造为NE走向的岱海-黄旗海盆地南缘断裂。

2020年和林格尔M_L4.5地震与1976年和林格尔M_S6.3地震的发震构造有所不同。1976年和林格尔M_S6.3地震主震极震区烈度为Ⅶ度强(图 10)，Ⅶ度区等震线长轴为NNE向，宏观、微观震中均在该区北端(孙加林等，1990)。根据其烈度等震线分布、余震震源位置分布、主震震源机制等信息，徐杰等(1978)、孙加林等(1990)均认为1976年和林格尔M_S6.3地震发震构造为NNE走向的韭菜庄-好来沟断裂。对比和林格尔M_S6.3地震与M_L4.5地震的震源机制(图 10)，其节面的几何形态存在差异。虽然和林格尔M_S6.3地震与M_L4.5地震的震中位置接近，但2次地震并非发生在同一构造上。和林格尔M_L4.5地震的震源机制计算结果与区域应力场特征相符。根据GPS观测和研究结果显示，鄂尔多斯东北缘盆地下方深部物质的上涌形成的拉张起主导作用，形成了岱海断陷带内沿NE向的张性或张扭性正断层(沈正康等，2003；张静华等，2004)。岱海断陷带综合震源机制解的节面大体上呈NEE向，与本区主要断裂在性质及走向上均一致，反映了岱海断陷带现今应力状态为拉张型(盛书中等，2015)。剪切波偏振分析结果显示和林格尔台(HLG)快波偏振方向为接近NE的优势方向，可能反映了区域主要断裂与构造的影响(张晖等，2020)。根据本文结果，2020年和林格尔M_L4.5地震发震断裂为NE走向张性断裂，与区域主要断裂走向一致，也与区域应力场的拉张型状态一致。

徐杰等(1978)认为和林格尔地区不同方向的3组断裂构造中，在现代NEE向主压应力作用下，NE向断裂本应最容易发生错动，利于应力的积累和释放，但1976年M_S6.3地震发生在NNE向断裂，可能是由于NW向断层对区域地震地质特征的改造，加之岩浆侵入和喷发，使NE向断裂因岩浆焊接作用而形成闭锁。韩晓明等(2018)通过P波速度成像发现和林格尔地区上地壳存在上宽下窄的高速区通道，认为可能是该区在新近纪和第四纪存在大规模火山喷发的地震学证据，从而进一步论证了岩浆作用对本区地震孕震环境的影响。NE向岱海-黄旗海盆地南缘断裂带小震微震活动呈现自西向东活动性由强变弱的现象(毕珉烽，2012)，可能意味着NE向断裂不同段由于岩浆作用造成的闭锁程度不同。地震层析成像结果(韩晓明等，2018)显示，岱海-黄旗海盆地南缘断裂带西南端为高低速过渡区，一般认为该区地壳介质体比较脆弱且非均匀性和物性变化较大，易于吸收并储存应变能而成为地震活动相对强烈的区域(雷建设等，2009)。2020年和林格尔M_L4.5地震发生在NE向断裂带的西南端，显示出西侧较为活跃的地震活动特征仍然具有延续性。

4 结论

本文使用匹配定位方法(M&L)对2020年和林格尔M_L4.5地震序列进行了微震检测和精定位，并计算了该地震的震源机制解。微震检测结果显示，共检测并定位地震事件61个，约为台网目录的1.3倍，可定位地震约为台网目录的2.9倍。地震重定位、断层面拟合和震源机制计算结果显示，和林格尔M_L4.5地震序列发生在NE走向、NW倾向的拉张性断层。结合区域地震地质构造，推测和林格尔M_L4.5地震序列发震构造为NE走向的岱海-黄旗海盆地南缘断裂。

致谢: 中国科学技术大学张淼博士提供了M&L方法计算程序，并对程序的调试运行给予的大力帮助，审稿专家提出宝贵的建设性意见，本文部分图件采用GMT软件包(Wessel et al，1995)绘制，在此一并表示感谢。