江汉-洞庭盆地位于长江中游，是中南地区面积最大、发育最全的第四纪盆地。江汉-洞庭盆地既是构造盆地，又是沉积盆地，盆区构造复杂多样，主要发育有NNE、NNW、NE和NWW至近EW向4组断裂，中生代和古生代基底被断层切割成断块，形成凹凸交替的构造格局。该区域位于我国二、三级阶梯变化的关键部位，是研究新生代以来东亚大陆东部构造体系转变的关键区域之一^[1]。

江汉-洞庭盆地第四纪活动断裂发育，历史上破坏性地震频发，地震活动较周边地区强烈，且地震与具有明显垂直差异运动的第四纪活动构造密切相关^[2]。本文收集江汉-洞庭盆地近年来的地震波形等有关数据资料，通过分析盆区地震时空分布特点、地震精定位和应力场特征，探讨盆地现今地震活动性及其与构造断裂和区域应力场的内在联系，以期为江汉-洞庭盆地及其周缘地壳形变的动力学机制、孕震机理和未来地震趋势分析等研究提供基础。

1 资料选取

收集江汉-洞庭盆地及其周缘(111°~115.4°E, 28°~31.8° N, 以下简称研究区)有历史记载以来至2021-12-31的地震目录和震相报告，剔除经地震现场考察核实后确定为塌陷、疑爆等非构造地震事件数据。在采用P波初动计算震源机制解时，选取研究区2009-01-01~2021-12-31 M_L≥2.8地震波形资料，为保证P波极性的准确性，舍弃信噪比低的地震事件并重新读取地震波形挑选初动资料^[3-4]。同时，尽量选取初动个数大于8、初动较清晰且初动符号在震源球上分布相对均匀、对震中包围较好的地震^[5]，以保证震源机制结果的可靠性。

2 地震活动时空特征 2.1 地震空间分布特征

有历史记载以来至2021-12，研究区记录到M≥4¾破坏性地震共39次(图 1)，其中M≥5地震25次，M≥6地震2次，最大为1631-08湖南常德M6¾地震。由图 1可知，地震分布与区域断裂构造密切相关，破坏性地震大部分沿江汉-洞庭盆地边界分布，在太阳山、常德-益阳-长沙、崇阳-宁乡、钟祥、麻城-团风和襄樊-广济等断裂及断裂交汇处较为集中，如常德、钟祥、宁乡-益阳、黄冈和麻城等地区地震较为活跃，这些地区也是破坏性地震重复发生的地段。

1970-01~2021-12研究区共发生M_L≥1.0地震2 107次，其中3级以上地震151次，4级以上地震16次，最大为2019-12-26湖北应城M4.9地震。3级以上现代小震主要沿江汉-洞庭盆地边界及其周缘断裂分布在石门、宁乡、当阳、荆门、应城、咸宁等地区，盆地中部地震分布较为零散。总体而言，研究区北部地震活动强于南部，地震在空间上大致呈NW和NE向条带状分布，与研究区构造线基本一致。

2.2 地震时间分布特征

图 2为研究区1300年以来破坏性地震的M-T图及频度图(1300年之前仅有1次破坏性地震记录，即319年江西南昌西北5½级地震)，由图可知，地震在时间上具有明显的周期性。1300年以来，研究区经历2个完整的地震活动周期，第1期为1300~1640年，第2期为1641~1969年，每期持续时间约330 a，其中平静期(1300~1509年和1641~1843年)约占200 a，活跃期(1509~1640年和1843~1969年)约占130 a，平静期内地震发生频次为2~4次，最大震级5级左右，活跃期内地震发生频次为12~19次，最大震级不小于6级。总体而言，第1期地震释放的应变能大于第2期。

自1969年至今，研究区进入第3个活动期，目前仅发生1次破坏性地震，即2019-12湖北应城4.9级地震，根据前2期地震活动特点可知，活跃期前将有一段较长时间的平静期，因此，研究区目前正处于1969年以来第3期地震活动的平静期初始时段，应变能处于积累阶段。

3 地震精定位

为进一步研究江汉-洞庭盆地及其周缘地震活动性和构造特征，采用精度较高、应用广泛的双差定位法(hypoDD)^[6]对研究区自有数字地震资料以来(2009-01~2021-12)记录到的788个M_L≥0.1地震进行重定位。为保证资料的准确性，剔除偏离时距曲线较大的震相，同时要求参与定位的地震台站不少于3个，最终挑选出748个地震。在重定位时，P波和S波权重分别设置为1.0和0.5，同时设置2轮迭代，每轮迭代4次，并采用LSQR共轭梯度法求解，最终得到604个地震精定位结果，占原始数据的81%。

从图 3(a)~(e)可以看出，精定位后的地震位置更趋合理，地震深度沿经纬度方向的变化更为明显，且展现出离散化特点；图 3(c)、3(e)深度剖面图与图 3(a)中小震群对应较好，呈现垂直条带分布特点，更符合断裂带地震活动规律，体现出断裂带深部特征。从深度分布来看，精定位前后的震中位置具有较大差异，重定位前后的震源深度分别集中在5~9 km(图 3(f))和4~10 km(图 3(g))，且重定位后震源深度近似呈正态分布(图 3(g))，更加符合实际。重定位后所有地震的平均走时均方根残差为0.27 s。

总体而言，精定位后震中在空间上分布更收敛，线性分布更突出，地震活动与构造断裂的相关性更加明显。精定位后超过97%的地震震源深度在15 km以内，说明研究区地震集中在上地壳。研究区西部地震活动明显强于东部，部分地区地震在空间上表现为丛集条带状分布，而其他地区地震则零星分布。地震活动丛集区主要有5个，分别为宁乡、石门、远安-当阳、南漳-荆门和鄂州-黄石地区(对应图 3(a)中AA′、BB′、CC′、DD′、EE′剖面)，这5个地区的地震数目占精定位后地震总数的74%。为进一步研究震源深度、地震活动与深部构造的关系，对这5个丛集区的震源进行剖面投影(图 4)，分析其地震活动及成因。

3.1 宁乡地区地震活动特征及成因

宁乡地区地震活动丛集区位于研究区西南部(图 3(a))，该地区有历史记录以来共发生破坏性地震4次，最大为1631-11湖南宁乡5½级地震，同时这也是距剖面AA′最近的破坏性地震，在剖面南部约4 km处。自1639年宁乡4¾级地震以后，未再有破坏性地震记载，但小震活跃。精定位结果显示，宁乡地区地震活动呈现明显的NE向条带状分布特征，长轴(AA′剖面)约30 km，距东侧的崇阳-宁乡断裂南段约13 km，走向与该断裂大体一致，距北侧的常德-益阳-长沙断裂中南段约15 km(图 4(a))。图 4(b)为地震投影至剖面AA′随震源深度变化情况，可以看出，宁乡地区地震深度集中在5~10 km，北东方向比南西方向地震更密集且强度更大，但震源深度更浅。

2009年有数字记录以来，宁乡地区精定位后地震共127次，占研究区精定位地震总数的21%，其中M_L3.0以上地震3次。该地区地质构造复杂，是研究区小震最活跃的丛集区，地震成因可能与多方面因素的共同作用有关。一方面，宁乡地震丛集区处于常德-益阳-长沙断裂和崇阳-宁乡断裂交汇的三角区内，宁乡地区历史上4次破坏性地震有3次发生在该三角区，说明该部位为应力聚集场所，有利于地震的孕育和发生。另一方面，宁乡地区地震活动可能与煤矿开采有关。煤炭坝煤矿(图 4(a)黑色矩形框范围)1959年开始开采，到2015左右关停。宁乡地区127次精定位地震中有107次发生在2015年之前，年均发生地震18次，最大震级为M_L3.4，地震发生频次与煤矿开采量具有较好的对应关系。由图 4(b)可知，煤矿区范围内的小震位于北东方向，震源深度较浅，也进一步说明矿区范围内的小震活动与煤矿开采有关。2015年及以后精定位地震为20次，年均发生地震3次，最大震级为M_L3.0，由此可见，煤矿关停后宁乡地区地震活动明显降低，但仍有3.0级以上地震发生，说明地震活动不仅与煤矿开采有关，还与构造活动等其他因素有关。此外，宁乡地区地震活动还可能与深部热物质上涌有关。石门南侧的沩山岩体作为深部热物质上涌的有利通道^[7]，并形成宁乡灰汤温泉(距AA′剖面南部约24 km)^[8]。该岩体有利于软流圈热物质上侵，并引起断裂局部活化，加之深部热物质上涌形成的热能附加应力可能改变区域局部应力场，从而导致地震的发生。

3.2 石门地区地震活动特征及成因

石门地区地震活动丛集区位于江汉-洞庭盆地西边界，主要分布在澧水断裂以西地区(图 3(a)、图 4(c))。该地区有历史记录以来共发生破坏性地震7次，多位于石门东南部的太阳山断裂带附近，该部位亦是江汉-洞庭盆地及其周缘破坏性地震发生最多的区域，1631年湖南常德6¾级地震就发生于此处。此次地震不仅是研究区最大的地震，也是华南内陆历史上较大的地震之一。1717年湖南临澧西5 1/4级地震是离剖面BB′最近的破坏性地震，位于剖面南部约6 km处。1906年常德5级地震以后，石门地区未再发生破坏性地震。从图 4(c)精定位结果可以看出，石门地区地震活动主要呈NE向条带状分布，长轴(BB′剖面)约70 km，与其东部的澧水断裂相交，距其西侧的慈利-张家界断裂最北端约3 km。由图 4(d)可知，从南西往北东方向，震源深度呈现逐渐变浅趋势，南西段地震深度在1~23 km范围内均匀分布，而北东段地震深度则集中分布在4~12 km。

石门地区精定位后地震共66次，占精定位地震总数的11%，最大震级为M_L3.2，这也是石门地区2009年以来唯一一次3级以上地震。石门地区矿产资源丰富，此前有学者认为石门地区地震可能与附近石膏矿开采活动有关^[9]。由图 4(d)可知，BB′剖面南西段大部分震源深度大于5 km，石膏矿位于南西段附近，若石门地区密集的小震活动与该矿有关，震源深度应更浅，因此采矿并不是引起石门地震活动的主要因素。石门地区位于武陵-雪峰山断块隆起区、湘西-鄂西断块隆升区及江汉-洞庭湖裂陷区3个不同构造区的交界带，构造区垂直差异运动导致小震集中，且应力轴在该区发生明显偏转^[9]，说明该地区构造复杂、地壳不稳定，小震丛集活动是正常构造运动释放应力的信号之一。由图 4(c)、4(d)可知，石门小震分布在NE向慈利-张家界断裂和NEE向澧水断裂交界的拐角处，地震主要呈NE向条带状分布，与慈利-张家界断裂的走向基本相同，加之该NE向条带又是高、低速体的交界区^[10]，因此推测在慈利和石门地区之间(慈利-张家界断裂最北端沿NE向延伸的位置)存在一条倾向NW的隐伏断裂，石门地区的丛集地震或许与该隐伏断裂的活动有关。

3.3 远安-当阳地区地震活动特征及成因

远安-当阳地震丛集区位于研究区西北部(图 3(a))，该区有历史记录以来共发生破坏性地震2次。1969年湖北保康4.8级地震后，该区未再发生破坏性地震。精定位结果显示，远安-当阳地区地震活动呈NW向条带状分布，长轴(CC′剖面)约125 km，距西侧的雾渡河断裂最南端约7 km，且与该断裂走向大体一致，反映出地震活动沿构造分布的特点；距东侧的远安断裂带最南端约2 km，从北西往南东方向，呈现出与远安断裂带逐渐相交的趋势(图 4(e))。由图 4(f)可知，该地区震源深度集中分布在4~11 km，其余深度地震在剖面北西段零星分布，地震主要集中在CC′剖面南东段和北西段，但中段(沿剖面40~70 km之间)地震缺失。

远安-当阳地区精定位后地震共98次，占研究区精定位地震总数的16%，其中M_L3.0以上地震6次，最大震级为M_L3.4。该区域构造复杂，小震较为活跃，大多沿雾渡河断裂和远安断裂带展布，地震与这2条断裂的构造活动密切相关。构造岩显微分析表明，雾渡河断裂在晚更新世有低频度活动，人工地震探测结果显示其东段切至中地壳上部^[11]，这与图 4(f)中CC′剖面南东段震源深度多分布在中上地壳一致。远安断裂带位于黄陵背斜以东，属第四纪活动构造，1351年在该断裂带南段以西约5 km处发生4¾级地震。殷娜等^[12]认为远安断裂带虽然自第四纪晚期开始活动逐步减弱，但仍具有发生中强地震的潜力。自第四纪以来，远安断裂带南段发生自西向东的倾侧运动，引起升降运动转折线与应力集中带向东移，使得南段地震多发生在远安断裂带东侧^[13]。由图 4(e)可知，CC′剖面南东段地震多发生在远安断裂带以东，这也印证了该观点。

远安-当阳地区航磁结果显示，该区处于航磁负异常区，位于磁异常陡变的线性梯度带，易于能量积累，从而可能导致该区地震的发生^[14]。此外，李蓉川^[15]认为当阳一带地震活动与葛洲坝蓄水有关。当阳盆地位于葛洲坝以东约30 km的黄陵断块东部顶角区，自葛洲坝蓄水以来，当阳盆地地震活动相对活跃，与水位升降变化具有较好的对应关系。由图 4(e)、4(f)可知，当阳一带的震源深度相对较浅，符合水库诱发地震的特点。今后随着葛洲坝库水位的周期性变化，当阳一带可能发生2~3级地震。

3.4 南漳-荆门地区地震活动特征及成因

南漳-荆门地震丛集区位于江汉-洞庭盆地西北角及其周缘(图 3(a))，该区曾发生5次破坏性地震，其中4次发生在钟祥地区，是江汉-洞庭盆地中强地震发生较多的区域之一。钟祥地区4次地震中有3次属于原地复发且距离钟祥断裂带东侧不足0.5 km、距离DD′剖面东侧约38 km，最大地震为1407年和1469年5½级地震。1620年以后，该区未再发生破坏性地震。由图 4(g)可知，南漳-荆门地震活动带长轴(DD′剖面)约160 km，总体呈NW向条带状分布，与钟祥断裂带走向基本一致，北西段大体与南漳断裂带重合，南东段最南端距南漳断裂带东侧约15 km、距钟祥断裂带西侧约32 km。由图 4(h)可知，南漳-荆门一带地震深度主要为5~11 km，呈倒三角分布，中段震源深度相对更深，集中在4~11 km，而北西段和南东段震源深度则主要为5~8 km，从北西往南东方向震源深度呈现出由浅变深再变浅的特点。此外，南东段地震强度相对更大。

南漳-荆门地区精定位后地震共77次，占研究区精定位地震总数的13%，其中M_L3.0以上地震9次，最大震级为M_L4.0。南漳断裂带和钟祥断裂带第四纪地貌特征突出，活动性明显，对南漳-荆门地区地震具有控制作用。蔡永建等^[16]分析认为，钟祥4次5级以上破坏性地震受控于胡集-沙洋断裂，同时在一定程度上对其西侧南漳断裂带的活动性及微小地震活动产生影响。赵凌云等^[17]发现荆门附近快剪切波偏振方向与断裂走向一致，说明该区地震活动可能受断裂构造和局部应力环境的双重制约。刘锁旺等^[18]研究认为，荆门-钟祥地区是江汉-洞庭盆地未来地震危险区，可能发生5~6级地震，将造成Ⅵ~Ⅷ度破坏。由图 4(g)可知，南漳-荆门地区是2009年以来5个丛集区中3级以上地震频度和强度最大的地区，值得关注。

3.5 鄂州-黄石地区地震活动特征及成因

鄂州-黄石地区地震活动丛集区位于江汉-洞庭盆地东北缘(图 3(a))，该地区有历史记录以来共发生破坏性地震5次，最大为1634年湖北罗田5½级地震，该地震位于EE′剖面东侧约62 km处；距剖面EE′最近的一次破坏性地震为1897年湖北阳新5级地震，位于剖面西侧约8 km；湖北黄冈1633年4¾级和1640年5级地震为鄂州-黄石地区重复发生的2次中强地震，分别位于剖面东侧约18 km、11 km。1897年以后，该地区未再发生破坏性地震。由图 4(i)可知，鄂州-黄石地区地震活动大体呈现NW向条带状分布特征，长轴(EE′剖面)约120 km，北西段与麻城-团风断裂相交，距东侧的襄樊-广济断裂约10 km，且走向与该断裂大体一致。由图 4(j)可知，鄂州-黄石地区震源深度主要集中在4~10 km，北西方向比南东方向地震更密集、强度更大，且震源深度相对更深。

鄂州-黄石地区精定位后地震共80次，占研究区精定位地震总数的13%，其中M_L3.0以上地震2次，最大震级为M_L3.0。由图 4(i)可知，地震大多位于襄樊-广济断裂东段和麻城-团风断裂南段交汇的三角区内，EE′剖面东侧地震基本沿襄樊-广济断裂东段呈现明显的北西向条带状分布特征，历史上多次破坏性地震发生在襄樊-广济断裂东段沿线，说明地震活动与构造断裂在空间上存在关联，由此可见，剖面EE′东侧地震活动主要受控于襄樊-广济断裂东段。胡庆等^[19]认为襄樊-广济断裂东段(黄州段)最新活动时代为中更新世，东段地震活动强度明显高于其他区段(图 3(a))，未来最大发震能力为6级。刘昌茂^[20]认为鄂东南地区地震活动与该区继承性活动断裂有关，并推测黄冈-鄂州可能是未来的地震危险区。

EE′剖面西侧地震大部分位于大冶市，可能与采矿活动有关。大冶金山店铁矿区(图 4(i)黑色矩形框范围)距大冶市西北约16 km，建于1958年。李峰等^[21]研究认为，该矿区地震活动成因属采矿诱发地震(矿震)。由图 4(i)、4(j)可知，大冶一带的地震活动大部分位于矿区及其附近，震级均在M_L2.5以下，震源深度多分布在3~7 km，地震发生时间基本在2010~2012年间(规模开采期)，查看地震记录发现，波形大都表现为初动不清、面波发育、衰减较快等特征，符合矿震特点。

此外，剖面EE′南端西侧有十几次小震，分布在阳新和瑞昌交界地带，经查为2011-09-10瑞昌-阳新M4.6地震的余震。该地震发震构造为郯庐断裂往南隐伏的瑞昌-武穴断裂，其所在的长江中下游断块东部未来10 a左右存在发生6级强震的可能^[22]。

4 构造应力场分析

采用P波初动极性方法^[23]计算研究区2009~2021年M_L≥2.8地震的震源机制解，结果表明，震源机制解类型主要为逆断型，节面走向与区域主断裂方向大致相同。根据震源机制解有关参数绘制P、T轴方位空间分布(图 5)，可以看出，研究区P轴优势方位为近EW向，倾伏角近水平；T轴无统一优势方向，方位以近SN向(研究区南部的长沙-益阳、东部的咸宁-武汉、北部的孝感等地区)和NE向(研究区西北部的宜昌、荆门、潜江一带)为主，倾伏角偏高。说明江汉-洞庭盆地及其周边地区以近东西向的挤压应力、近南北向和北东向的拉张应力为主，这与刘锁旺等^[18]的结论基本一致。研究区南部长沙-益阳一带的应力场特征与文献^[24]结论大致相同。

5 讨论

江汉-洞庭盆地地震活动较周边地区强烈，地震与区域构造断裂和应力场背景关系密切。从前述分析可知，破坏性地震大多沿盆地及其周缘断裂分布，地震总体上受控于NWW-EW、NW、NE与NNE向4组断裂，其中太阳山断裂带、远安断裂带、南漳断裂带、钟祥断裂带、襄樊-广济断裂东段和麻城-团风断裂、常德-益阳-长沙断裂与崇阳-宁乡断裂及其交汇部位是中强震活动的主要地区，也是研究区破坏性地震重复发生的区域。精定位结果表明，江汉-洞庭盆地现代地震大多沿区域断裂呈条带状丛集分布，地震成因与断裂构造活动息息相关。江汉-洞庭盆地及其周缘整体上受近EW向挤压应力影响，对该区断裂运动具有一定的控制作用。

综上所述，江汉-洞庭盆地及其周缘地震活动受控于区域断裂，而区域断裂又受控于近EW向挤压应力环境，该应力的动力源可能与板块运动有关。江汉-洞庭盆地及其周缘位于中国大陆中部，其近EW向挤压应力场处于华南沿海SE-SEE向和华北NEE-NE向压力场的中间部位，是南北构造应力场转向的特殊过渡区。从本文研究结果来看，印度洋板块与欧亚板块水平碰撞使青藏高原内部形成近SN向受压、近EW向受张的附加应力场，而近EW向的扩张趋势将对本区产生东向推挤，加上菲律宾海板块NWW向和太平洋板块西向俯冲运动，导致本区形成近EW向挤压的应力场格局。在该应力背景下，区域断裂构造易发生垂直差异运动，导致江汉-洞庭盆地及其周缘地震的发生。

6 结语

本文利用江汉-洞庭盆地及其周缘有历史记载以来至2021年的地震资料，研究江汉-洞庭盆地地震时空分布、地震精定位和构造应力场特征，探讨江汉-洞庭盆地地震活动性特点、成因及其与区域断裂、构造应力场的内在联系，得到以下结论：

1) 地震在空间上分布不均，江汉-洞庭盆地边界地震活动强于盆地内部。破坏性地震大多集中在断裂交汇处，如常德、钟祥、宁乡-益阳、黄冈和麻城等，这些地区也是中强地震重复发生的地带。3级以上现代地震主要沿盆地边界及其周缘断裂大致呈NW和NE向条带状分布在石门、宁乡、当阳、荆门、应城、咸宁等地区，盆地内部地震分布相对零散。

2) 地震活动在时间上具有周期性规律，表现为明显的平静期与活跃期相互交替。1300年以来研究区经历2个完整的地震活动周期，目前正处于1969年以来第3期地震活动的平静期初始时段，应变能处于积累阶段。

3) 地震重定位结果表明，精定位后地震深度集中在4~10 km，呈近似正态分布，沿经纬度方向的变化更明显，且呈现离散化特点；震中在空间上分布更收敛，NW和NE向线性分布更突出，地震活动与断裂的相关性更明显；研究区西部地震活动明显强于东部。精定位后地震活动丛集区主要为宁乡、石门、远安-当阳、南漳-荆门和鄂州-黄石等5个地区。

4) 研究区P轴优势方位为近EW向，倾伏角近水平；T轴方位以近SN和NE向为主，倾伏角偏高。江汉-洞庭盆地及其周缘应力场结果表明，在近EW向挤压应力场作用下，区域断裂构造易发生垂直差异运动，从而导致地震的发生。

致谢: 中国地震局地球物理研究所许忠淮研究员提供P波初动方法的计算程序，湖北省地震局地震科学数据共享管理部门提供湖北地区地震监测资料，在此一并表示感谢。