0 引言

鄂尔多斯块体西北缘中小地震活动频发，利用震源机制解对其构造应力场进行深入研究，有助于揭示区域地震发生机理及其成因。近年来，学者们对鄂尔多斯块体周缘新生代断陷盆地动力学演化机制进行了大量研究（徐黎明等，2006；盛书中等，2015），并取得一定成果，但针对该块体西北缘地区应力场特征的研究相对较少。传统研究方法主要依赖于少量地震数据或地质构造信息来推断应力场特征，例如断层滑动分析、古地震研究等（许忠淮等，1983；陈鹏等，2015；林逸等，2018）。然而，这些方法存在一定局限性，对于应力场研究主要依赖于有限的地震或地质构造数据，存在数据量有限、分辨率不足、时效性差等问题，难以全面反映区域应力场的空间变化和复杂性（邓起东等，1999；徐黎明等，2006；郑建常等，2013）。利用大量中小地震震源机制解反演区域应力场的方法，在数据量、精度、自动化程度以及适用性等方面，较传统方法展现出明显优势，尤其适用于中小地震频发且分布广泛地区，能够更加全面、精细地揭示区域应力场特征（田优平等，2020；张帆等，2020）。

为了获取鄂尔多斯块体西北缘精细的应力场特征，本研究利用2008—2021年内蒙古自治区地震台网记录的239个M_L≥2.5地震的数字波形观测数据，采用基于P波初动和振幅比的震源机制解联合求解法（FOCMEC）和阻尼区域应力场反演方法（MSATSI）（Martínez-Garzón et al，2014），获取该地区高分辨率应力场特征。结合区域地质构造背景，探讨鄂尔多斯块体西北缘地区构造应力场的成因机制及其与地震活动的关系，研究结果可为该区域地震危险性评估和未来地震预测提供一定科学依据。

1 区域地质背景

鄂尔多斯块体位于青藏高原东北缘（图 1），是华北克拉通的重要组成部分，其周缘发育一系列新生代断陷盆地，包括银川断陷盆地、河套断陷盆地、山西断陷盆地以及渭河断陷盆地等（Gaudemer et al，1995；Zhang et al，1999；邓起东等，1999）。这些断陷盆地的形成和演化，与印度板块和欧亚板块碰撞后青藏高原物质向外围扩展的远程效应密切相关（王新胜等，2013；滕吉文等，2014；牛琳琳等，2018）。块体整体表现出逆时针旋转的特点，其中：南北边界断裂构造呈EW向分布，整体具有左旋走滑特点；东西边界呈NNE向分布，整体具有右旋走滑的特点（邓起东等，1999；范俊喜等，2003；谢新生，2004）。鄂尔多斯块体作为一个相对稳定的构造单元，其周缘断裂带和断陷盆地记录了新生代以来强烈的构造变形和地震活动（陈小斌等，2005；郭祥云等，2017；李丽等，2022）。

本研究关注的鄂尔多斯块体西北缘地区，西接阿拉善块体，北抵兴安—东盟块体（图 1），南邻青藏高原板块，是鄂尔多斯块体周缘地震活动较为活跃的区域之一。研究区域内主要分布有17条活动断裂，其中8条属于全新世活动断层，另外9条则是晚更新世活动断层。在NW—SE向拉张力作用下，多为NE走向的正断层或正走滑断层（高孟潭，2016）。此外，研究区域存在一些规模较小的逆断层或逆走滑断层（高孟潭，2016；张帆等，2020）。鄂尔多斯块体西北缘地区地震活动在一定程度上受上述断裂带影响，呈现出一定时空分布特征。近年来，该区域发生一系列地震，如2012年宁夏银川M_S 4.5、2015年阿拉善左旗M_S 5.8、2017年宁夏固原M_S 4.6、2023年甘肃白银M_S 4.9地震等。因此，深入探讨鄂尔多斯块体西北缘及周边区域震源机制解的空间差异性及其反映的构造应力特征，将有助于揭示该区域地震活动的发生机制，为未来地震活动分析提供参考依据。

2 数据及研究方法 2.1 数据选取

鄂尔多斯块体西北缘地震活动主要分布于阿拉善地块、鄂尔多斯地块和燕山地块的交会地带；周边台站均匀分布，可以较好地包围这些地震（图 2）。本研究搜集并计算2008—2021年研究区239条M_L≥2.5地震震源机制解（图 2）。其中，135条震源机制解来自李娟等（2020）的研究，其余104条震源机制解采用CAP方法（对于M_L≥3.5地震）和FOCMEC方法（对于M_L＜3.5地震）计算所得。

2.2 研究方法

本研究主要采用FOCMEC方法解析区域内M_L＜3.5地震的震源机制。FOCMEC方法，全称“Focal Mechanism”（震源机制）解析方法，通过分析地震波的特征来确定断层滑动类型和方向。与仅依赖P波初动方向的传统方法不同，该方法综合利用P波、SV波和SH波的初动方向以及SV/P、SH/P或SV/SH振幅比数据进行计算。这种多源数据融合的计算方式能够更充分地约束震源机制解，有效降低解的非唯一性，从而提高结果的可靠性（Martínez-Garzón et al，2014）。通过对比理论计算和实际观测所得P波、SV波、SH波初动方向和振幅比，基于FOCMEC方法选取矛盾最小的解，进一步提升反演结果的可靠性。

基于可靠的震源机制解，采用MSATSI算法反演研究区域应力场。该算法假设应力场在一定空间范围内具有均匀性，且断层滑动方向与剪切应力方向一致。其将震源机制解分配到空间网格中，并利用阻尼最小二乘法反演每个网格点的应力张量。相比传统方法，如使用断层产状统计、SATSI算法、法向应力反演法（FSI）等（Gephart et al，1984；Michael，1984；Hardebeck et al，2006），MSATSI算法能够在拟合数据过程中避免过度平滑，从而获得更可靠、分辨率更高的结果（丰成君等，2022）。

MSATSI算法能计算出最大主应力轴（σ₁）、中间主应力轴（σ₂）、最小主应力轴（σ₃）的走向和倾伏角及应力强度因子R，其中应力强度因子R = (σ₂ - σ₁)/(σ₃ - σ₁)。当R趋近于0.5时，3个主应力方向可被清楚区分；当R趋近于0或1时，只能确定应力状态在某个平面内，无法区分其属性为压缩性还是拉伸性。一般情况下，R＞0.5表示压缩应力状态占主导，R＜0.5表示拉伸应力状态占主导（Guiraud et al，1989）。通过对R值的计算，可揭示应力状态的部分性质和特点。

3 结果分析

震源机制解对于理解区域构造变形和应力场特征具有重要意义。通过分析震源机制，可以揭示地震断层的滑动性质、区域应力场的方向，以及应力积累与释放的过程，从而有助于判断地震的成因及其活动模式（武敏捷等，2011；屠泓为等，2012；万永革等，2023）。由基于震源机制解结果绘制的震源机制球分布图（图 2）可知，研究区震源类型以走滑型为主，兼有一定比例的逆冲型和正断型。为了更好地刻画研究区内震源机制的多样性和复杂性，本研究采用Kagan（2005）基于Kaverina等（1996）投影方法的分类方案。该分类方法通过在弧形三角形中对震源机制进行投影分类，能够细致地区分震源机制的不同类型，并在弧形三角形中显示其具体分布（图 3）。利用该分类法将震源机制分为正断型（N）、正—走滑型（N-SS）、走滑—正断型（SS-N）、走滑型（SS）、走滑—逆冲型（SS-R）、逆冲—走滑型（R-SS）和逆冲型（R）7个类别。震源机制解在弧形三角形中的分布，以圆点表示，并根据上述分类方案进行划分。结果显示，研究区域的震源机制以走滑类型为主，少量正断层和逆冲断层机制的存在，揭示区域应力场具有一定复杂性（图 3）。

为进一步研究鄂尔多斯块体西北缘的应力场特征，对震源机制的P轴和T轴走向及其倾角进行统计分析，并绘制P、T轴参数频次分布图，结果见图 4。其中：P轴方位主要呈EW方向分布，倾角集中分布在0°—70°范围内；T轴方位主要呈NWW向分布，倾角集中分布在0°—80°范围内。此与李娟等（2020）的计算结果相似，P、T轴的总体变化幅度较小。

应力参数空间分布图（伍尔夫投影）可以更直观地展示反演格点的应力轴走向、倾伏角及区域内最大、最小和中间主应力轴的方向分布。为进一步揭示鄂尔多斯块体西北缘地区应力场的空间分布特征以及其与区域构造之间的关系，本研究采用伍尔夫投影的应力参数分析方法，反演不同格点的P、T轴应力参数空间分布。结果显示，鄂尔多斯块体西北缘的主应力方向变化与应力状态的空间分布整体上具有一定一致性，研究区平均应力场最大主应力方向以SW为主，最小主应力方向以NW为主，中间主应力近垂直（图 5）。

R值能反映一定应力拉伸、压缩的特点，通过对研究区域进行精细网格划分和应力场反演，所获取R值的变化可以揭示区域内部应力局部伸展压缩情况（Guiraud et al，1989）。基于此，将研究区域划分为1°×1°的网格，进行应力场反演，获得26个格点的应力参数（图 6）。为简化分析，关注偏应力张量，利用主应力方向和R值表征应力状态。R值反映了中等主应力的相对大小，取值范围为0—1，其中R＞0.5表示压缩应力状态占主导，R＜0.5表示拉伸应力状态占主导。该区域R值主要分布在0—0.6，最优值为0.3（图 7），表明研究区整体以拉伸应力状态为主导，进一步支持了区域内应力状态的整体特点。

为进一步探究鄂尔多斯块体西北缘地区拉伸压缩应力状态的空间差异，对该区域不同格点R值分布进行分析，结果显示，研究区域的NE—SW侧R值较低，NW—SE侧R值较高（图 8），说明NE—SW向与NW—SE向2个区域的应力受力局部有一定差异性。NE—SW向区域中间以拉伸应力状态为主导，而NW—SE向则表现为压缩，与NE—SW向地区断陷盆地的分布和NW—SE向狼山、贺兰山等挤压构造的分布有良好的对应关系。

4 结论与认识

本研究基于鄂尔多斯块体西北缘地区的震源机制解和应力场反演结果，结合区域构造背景，获得以下结论和认识：

（1）地震活动与构造的关系：研究区地震活动集中分布在NE—NEE向新生代走滑断裂带上，如海原—六盘山断裂带、六盘山西缘断裂带和青铜峡—固原断裂带等。这些断裂带是区域应力集中释放地带，其活动性控制着区域地震活动的空间分布特征。

（2）应力场与构造演化的关系：研究区NE—SW侧R值较低，而NW—SE侧R值较高，与该区域内走滑拉分形成的断陷盆地及山脉分布相对应。

（3）区域应力场特征及成因：研究区平均应力场呈最大主应力NE向、最小主应力NW向、中间主应力近垂直的特征。这种应力状态表明，该区域整体受到NE—SW向的挤压作用和NW—SE向的拉张作用。结合区域构造背景分析，应力场格局主要受控于以下因素：①印度板块持续向北碰撞欧亚板块，对研究区产生NE—SW向的挤压应力；②青藏高原物质向东挤出，对研究区东部边界产生顺时针剪切作用，进而影响区域应力场格局。

鄂尔多斯块体西北缘地区的构造演化受到多个构造事件的影响，包括印度板块与欧亚板块的碰撞、太平洋板块的俯冲消减，以及青藏地块和燕山地块的相互作用。这些作用交织在一起，形成复杂的地壳结构、断裂分布和构造应力场，进而影响地震活动的发生和分布。