0 引言

据中国地震台网中心正式测定，北京时间2021年10月15日5时10分内蒙古自治区赤峰市阿鲁科尔沁旗(44.20°N，120.24°E)发生4.7级地震，震源深度15km。该地震震源区历史上较为平静，本次地震是继2003年8月16日阿鲁科尔沁旗5.9级地震后，该区发生的又一次中等以上地震，两次地震震中相距58km。许多学者对2003年阿鲁科尔沁旗5.9级地震的区域地质构造、发震断裂、震前异常等特征进行了研究。高孟潭等(2005)根据震源机制解、余震分布和震害分布特征，分析了震源区物理力学性质，并推断该地震发生在一个近EW走向的南倾断层上；刘芳等(2004)基于精定位研究得出余震序列发展成NWW向展布，结合震源机制解推测发震断裂为NW向断层。多项研究显示，在震源区存在一条NW向断裂，名为水泉子沟断裂(车时等，2014)或水泉子沟—天山口断裂(杜龙等，2009)。

发震构造的判定一直是地震研究的一个重要课题，基于震源区已有地质构造研究，通过对主震震源机制解和震源破裂面特征以及余震分布优势方向，可判定主震可能的发震构造(李金等，2021；龙锋等，2021)，同时也会结合地震烈度等震线展布形态(易桂喜等，2019；姚远等，2016)以及区域构造应力场研究结果(孙昭杰等，2018；徐杰等，2001)进行判定。通过模板匹配方法对台网目录遗漏事件进行检测，增加精定位的余震数量，对余震分布优势方向的确定以及发震构造判定起到了很大作用(谭毅培等，2014；张晖等，2021)。本文查阅大量震源区地质构造资料，通过与2003年阿鲁科尔沁旗5.9级地震的震源机制解资料相比较，结合阿鲁科尔沁旗4.7级地震余震分布判定其发震构造；并使用CAP方法反演2012年以来震源区周边M_S≥3.0地震的震源机制解，对该区构造应力场特征进行了分析。

1 地质构造背景及历史地震

本次阿鲁科尔沁旗4.7级地震发生在大兴安岭隆起和松辽盆地交汇地区，震中附近共发育三组断裂，分别为NE向、EW向和NW向断裂。NE向断裂主要分布在大兴安岭隆起带，是隆起带主体构造线的一部分，有大兴安岭主脊断裂、甘珠尔庙—乌兰浩特断裂和嫩江断裂等；EW向断裂主要展布在松辽盆地及边缘，长度较大，有西拉木伦河断裂、川井—赤峰断裂、养畜牧河断裂和西辽河断裂等；NW向断裂最少，长度最短，卫星照片解译显示有线性构造，沿河谷发育(车时等，2014)，通过野外地质地貌调查，发现了NW向断裂即水泉子沟—天山口断裂，该断裂为一条中新更世活动断裂，断层活动以正断层为主，兼有少量左旋走滑分量，倾向SSW—SW，倾角51°~70°，长约53km(杜龙等，2009)。阿鲁科尔沁旗4.7级地震位于水泉子沟—天山口断裂NE向约30km处(图 1、表 1)。

1900年以来该区共发生5次5级以上地震，其中距离阿鲁科尔沁旗4.7级地震最近为2003年阿鲁科尔沁旗5.9级地震，震中相距58km，后者位于水泉子沟—天山口断裂西南侧约20km处。2003年阿鲁科尔沁旗5.9级地震受控于NW向断裂(车时等，2014；杜龙等，2009)，2004年东乌珠穆沁旗5.9级地震受控于NE向断裂(车时等，2014)，1940年库伦6.0级、1942年通辽6.0级、2013年科尔沁左翼后旗5.3级地震均受控于近ES向断裂(德力格尔等，1989；蒋海昆等，2019)。

2 震源机制解计算

本文利用内蒙古地震台测震台网提供的阿鲁科尔沁旗区域台网时间波形记录，采用CAP方法(Zhu et al，1996)反演震源机制解，使用震中距小于300km且信噪比较高的台站记录数据，符合条件的台站共10个，台站分布见图 2。其中9个台站属于内蒙古台网，1个台站属于河北台网。研究用到的10个台站分布在阿鲁科尔沁旗4.7级地震周围，分布较为均匀。根据crust1.0^①地壳速度模型(图 3)，震源区地壳厚度为34.67km，地壳厚度被分为4层。

① https://igppweb.ucsd.edu/~gabi/crust1.html#download

根据CAP波形拟合结果显示，各台面波段拟合效果较好，观测波形与理论波形的拟合程度基本均在80%以上，体波段拟合效果相对较差，可能由所使用的模型与实际速度结构存在差异所致。结果显示，阿鲁科尔沁旗4.7级地震节面Ⅰ走向47°、倾角71°、滑动角-139°；节面Ⅱ走向301°、倾角52°、滑动角-25°。震源机制解类型以走滑为主，兼具正断性质(图 4)。

为对比本次地震与2003年阿鲁科尔沁旗5.9级地震的震源机制解，收集了三个机构对后者震源机制解的计算结果(表 2、图 5)。USGS和GCMT两个机构给出的2003年阿鲁科尔沁旗5.9级地震震源机制解结果一致，与车时等(2014)给出的结果较为相似，但略有差别。使用FMcenter程序(万永革，2019)计算中心解，结果显示，本次地震与2003年5.9级地震震源机制类型一致，均为走滑兼具正断性质；两次地震的压应力轴和张应力轴走向较为一致；两节面走向较为一致，均为NE向及NW向。总体来看，两次地震的震源机制解结果较为一致，说明两次地震受到的区域构造应力作用较为一致。

② USGS(美国地质勘探局)：https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usp000c534/moment-tensor GCMT(全球质心矩张量)：http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html

③ 中心解：使用FMcenter程序计算(万永革，2019)

3 余震序列

截至2021年12月31日，内蒙古测震台网共记录到可定位阿鲁科尔沁旗4.7级地震序列M_L≥1.0地震21次，其中，M_L1.0~1.9地震2次，M_L2.0~2.9地震14次，M_L3.0~3.9地震4次，M_L5.0~5.9地震1次，为M_L5.1(M_S4.7)主震(图 6)。本次地震无前震，最大余震为震后23min发生的M_L3.5(M_S2.9)地震，震级差ΔM_S为1.8。根据地震序列类型分类标准(蒋海昆等，2006)，阿鲁科尔沁旗4.7级地震序列属于主震-余震型。

本次地震序列发生在大兴安岭隆起区与松辽盆地交汇部位，阿鲁科尔沁旗4.7级地震以北为大兴安岭隆起区，本次地震以南为松辽盆地。从余震空间分布(图 6(c))中可以看出，余震呈NW向展布，长约7km。主震发生后，余震更易在结构不稳定区域发生，阿鲁科尔沁旗4.7级地震的余震主要位于主震NW侧，向大兴安岭隆起区所在方向延伸，未向松辽盆地方向发育，表明相比松辽盆地，大兴安岭隆起区地下结构破碎，结构相对不稳定。

余震沿NW向展布，与主震震源机制解节面Ⅱ走向一致。因此，本文推测节面Ⅱ为实际破裂面，即本次地震可能受到一条走向为NW向、倾向为NE—SW、倾角为52°的左旋走滑兼具正断性质的断层控制。

4 区域构造应力场反演

为了解震源区及周边震源机制解类型，从而反演震源区构造应力场，本文利用CAP反演方法获取了2012年以来震源区及其附近区域的22个M_L≥3.5地震可靠的震源机制解和矩震级，结果见图 7和表 3。

④ 数据源自GCMT：http://www.globalcmt.org/CMTsearch.html

根据震源机制解类型的空间分布特征(图 7)可知，本次阿鲁科尔沁旗4.7级地震震源区及周边区域震源机制类型主要有三种：克什克腾旗周边主要以逆冲型为主，敖汉旗周边主要以正断型为主，科尔沁左翼后旗至阿鲁科尔沁旗一带以走滑型为主。西乌珠穆沁旗附近震源机制解结果较少，类型没有明显特征。造成震源机制解类型有明显分区特征的原因，可能是受控于不同性质的断层所致。考虑到研究区震源机制解类型分区明确，且不同类型的震源机制解所受应力环境可能有所不同，采用1°×1°网格搜索法(Wan et al，2016)对通辽至阿鲁科尔沁旗一带走滑型地震进行相对精细的应力场反演，可以得到更为精确的应力场环境结果。反演时，由于不同震级地震对应力场反演的影响不同，对3.5~3.9级地震赋权重1.0，对4.0~4.5级地震赋权重1.2，对4.6~4.9级地震赋权重1.4，对5.0级以上震级赋权重1.6。通过程序计算得到最优解和应力场的不确定范围见表 3，压缩轴最优解走向70.02°，走向NEE向，倾角59.86°；中间轴应力走向256°，倾角30°；拉张轴走向164.5°，走向NNW，倾角2.6°；应力形因子R为0.7(图 8、表 4)。

根据万永革(2015)对应力形因子的定义，R值表示3个应力轴值之间的相对大小。当R=0.5时，应力张量的本征值呈等差排列；R值越大，中间应力轴表现为张应力状态越明显；R值越小，中间应力轴表现的压应力状态越明显。本文R为0.7，表明中间应力轴向张应力轴靠近，中间应力轴也具有张应力性质，即研究区不仅受到NNW向张应力的作用，同时也受到近EW向(256°)的张应力作用。结合该地区地质构造条件，研究区位于松辽盆地西边界，受太平洋板块向欧亚陆块俯冲作用，松辽盆地内部岩浆物质上涌，造成新第三纪以来松辽盆地扩张，又受到青藏块体向北运移挤压的联合作用，致使松辽盆地形成以NEE向压应力场、NNW向和近EW向张应力场为主的构造应力环境。本文对构造应力场的研究结果与前人研究成果一致(余中元等，2015；李娟等，2002；石伟等，2008；姚立珣等，1992)，但相比前人研究成果加入了应力形因子的研究，使应力场研究结果更为丰富。

5 讨论与结论

本文通过系统查阅震源区地质构造资料，在距离震中30km处发现一条NW向断裂构造，名为水泉子沟—天山口断裂，是目前发现的离震中位置最近的一条已知断裂，震中距约30km。水泉子沟—天山口断裂为2013年阿鲁科尔沁旗5.9级地震的发震构造，距该5.9级地震震中20km。通过对比震源机制解发现，两次地震震源机制解类型一致，两节面走向较为一致，其节面Ⅱ走向和倾角的角度均为NW向，P轴和T轴走向也较为一致，说明两次地震震源应力环境极为相似。余震序列分布显示，余震呈NW向排列，进一步说明发震断裂可能为NW向。

使用CAP方法获取的2012年以来震源区及其附近区域22个M_L≥3.5地震的震源机制解结果，发现研究区震源机制解结果分布具有明显的空间特征，通辽至阿鲁科尔沁旗一带的地震震源机制解主要为走滑型，敖汉旗的地震震源机制解为正断型，克什克腾旗一带的地震震源机制解主要为逆断型。造成其震源机制解不同类型的原因可能与其受控构造环境有关，克什克腾旗一带地处大兴安岭隆起带南段，构造环境以挤压隆升作用力为主，地震在挤压逆冲环境中形成，因此震源机制解以逆断型为主。敖汉旗和通辽至阿鲁科尔沁旗地处松辽盆地西南边界，构造环境以拉张沉降作用为主，地震在离散型构造环境中形成以正断或走滑型地震，而正断层和走滑型的具体成因可能与发震断层的性质有关。该区应力形因子研究结果也表明，通辽至阿鲁科尔沁旗构造环境主要为张性环境为主，并且受到NNW向拉张和NEE向挤压的联合作用，中间应力场具有拉张性质，走向近EW。

综上所述，2021年10月15日发生的赤峰市阿鲁科尔沁旗4.7级地震是以NNW向拉张为主要作用力的一次走滑型为主、兼具正断层性质的地震，推测其与2013年5.9级地震的发震构造一致，均为水泉子沟—天山口断裂，两次地震可能分别位于断层的两盘，本次地震是该断裂再次活动的结果。

由于两次地震均未产生地表破裂带，发震构造的地表活断层标志不明显，因此在发震断层的确定上造成了一定的困难；震源区位于大兴安岭隆起区与松辽盆地交汇地带，属地震弱活动区，相关地震构造研究较少，为本次地震发震断裂的确定带来一定难度。通过与2003年阿鲁科尔沁旗5.9级地震的震源机制解、余震分布方向，以及构造环境对比研究，推测其可能与已探测的水泉子沟—天山口断裂有关，但也有可能是本次地震附近其他与水泉子沟—天山口断裂产状相似的隐伏断裂活动引起。

致谢: 本研究的地震波形数据来自内蒙古地震台测震台网，应力场反演使用ISFM_Ftest程序(Wan et al，2016；万永革，2015)，震源机制平均解计算使用FMcenter程序(万永革，2019)，在此一并表示感谢。