全球定位系统(GPS)观测可提供高精度、大范围和准实时的地壳运动定量数据，已广泛应用于地壳水平运动研究^{[1, 2]}等领域。通过长期观测并采用精密的数据处理策略，利用GPS技术也能监测陆地垂直运动^[3]。连续运行参考站网络(Continuously Operating Reference Stations,CORS)是一种重要的地理空间信息基础设施，它能够提供长期、连续、稳定的GPS观测数据。安徽省卫星定位综合服务系统(AHCORS)于2011年建成，包含均匀分布全省的50余个参考站，为研究安徽省现今三维运动状态积累了大量基础数据。

安徽省地处华北、扬子断块和秦岭大别断褶区3个大地构造单元的接壤地带，郯庐断裂带斜穿而过，长江、淮河横贯其中，是一个地质构造比较复杂的地区，地质灾害较为严重。尤其是郯庐断裂带的活动与淮北平原的地面沉降引人关注，不少学者已对此展开了研究^{[4, 5, 6, 7, 8, 9]}。本文获取了AHCORS参考站的三维速度场，更为精确、完整地描述和分析了安徽省地壳水平运动状态，并第一次定量地给出了由GPS技术揭示的淮北平原地面沉降状况。

本文采用了AHCORS 50个参考站2011年11月~2013年9月每隔7天一组的观测数据进行处理。此外，为了获得AHCORS参考站在全球框架下的速度场，本文还解算了全球73个国际全球卫星导航定位系统服务(International GNSS Service,IGS)站的历史同期观测数据。

采用GAMIT/GLOBK(Ver.10.5)软件^[10]进行数据处理，主要分为三步。

(1)利用GAMIT获得AHCORS参考站和国内及周边IGS站的单日松弛解。处理策略主要包括：①同时解算卫星轨道和测站坐标；②使用双差观测值，并根据验后相位残差重新定权；③使用igs08.atx绝对天线相位中心改正模型^[11]；④对流层延迟改正选用维也纳映射函数(Vienna Mapping Function 1,VMF1)^[12]，每2 h估计1个天顶湿延迟参数，每天估计两对水平梯度参数；⑤顾及二、三阶电离层延迟的影响，垂直总电子含量(Vertical Total Electron Content,VTEC)值来自于欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)，地磁场模型采用第11代国际地磁参考场(International Geomagnetic Reference Field 11,IGRF11)^[13]；⑥顾及固体潮、极潮、海潮的影响，海潮改正采用有限元解2004(Finite Element Solutions 2004,FES2004)格网模型^[14]；⑦使用IGS精密星历和地球自转参数，并给予适当约束。

(2)按照与步骤(1)相同的策略解算全球73个IGS站，获得单日松弛解。

(3)利用GLOBK综合各网单日松弛解，并以IGS站在国际地球参考框架2008(International Terrestrial Reference Frame 2008,ITRF2008)下的坐标和速度为基准，估算AHCORS参考站的速度。

表 1给出了ITRF2008框架下AHCORS参考站的三维速度估值和中误差统计。表 1表明，AHCORS参考站在ITRF2008框架下N、E方向速度的精度较高，平均值为0.2 mm/a，明显优于U方向。但GPS测站运动存在有色噪声，采用有色噪声假设得到的速度不确定度可达到白噪声假设的4~5倍^[15]。因此，本文采用白噪声假设得到的速度不确定度可能过于乐观。参考站平均水平运动速率为34.44 mm/a，方向为E18.01°S，与文献[1]一致。

任何运动都是相对的，描述地壳运动必须借助确定的参考基准。不同参考基准下的速度具有不同含义，能够突出不同的运动特征。ITRF框架下的速度是相对于整个地球的水平板块运动无净旋转条件而言的。它可以分为三部分^{[1, 16]}，分别研究区域内部相对运动，研究区域整体相对于欧亚板块的刚性运动以及欧亚板块相对于ITRF框架的刚性运动。相对于欧亚板块的速度场扣除了欧亚板块相对于ITRF框架的刚性运动。区域整体无净旋转速度场进一步扣除了研究区域整体相对于欧亚板块的刚性运动，仅包含区域内部的相对运动。

为分析AHCORS参考站相对于欧亚板块的运动状态，采用ITRF2008板块运动模型^[17]，对ITRF2008框架下的速度进行转换。结果表明，AHCORS参考站相对于欧亚板块的平均运动速率为6.13 mm/a，方向为E7.31°S，与文献[1]一致。这反映出安徽省整体上具有在统一的大陆动力学环境下连续变形的特性。

为进一步分析AHCORS参考站的水平差异性运动，求取了参考站在AHCORS整体无净旋转基准下的速度场，如图 1所示。本文中，误差椭圆代表 95%置信度。具体步骤为：基于AHCORS参考站在ITRF2008框架下的实测速度，采用最小二乘法估计参考站整体相对于ITRF2008框架的欧拉矢量，然后将实测速度与欧拉矢量模型反算速度作差即可。

从图 1可以看出，淮河是安徽省一条明显的水平速度分界线。淮河以南的大部分参考站水平相对运动速度很小。淮河以北除萧砀地区外的参考站，均存在1~4 mm/a的相对运动。淮北平原断裂构造发育，新构造和地震活动频繁，固镇地区(BBGZ)于1979年发生5.0级地震^[4]。位于淮河构造变形带和郯庐断裂带中段(潍坊-嘉山)与南段(嘉山-广济)过渡区域的嘉山(CZMG)、五河(BBWH)、泗县(SZSX)、灵璧(SZLB)和固镇(BBGZ)等站表现出左旋运动特征，与文献[5]一致。郯庐断裂带南段大部分参考站速度很小，仅合肥(CHJU)和舒城(LASC)存在约1 mm/a的压性运动。总体来说，在安徽境内，郯庐断裂带仅嘉山地区较为活跃，嘉山以南则相对较弱。这证实了郯庐断裂带第四纪活动具有分段特征，且中、南段运动特征差异明显^{[5, 6]}的推论。因此，郯庐断裂带中、南段过渡区域的地壳活动应予以特别关注。

图 1 AHCORS参考站在整体无净旋转基准下的水平速度场 Fig. 1 Horizontal Velocity Field of AHCORS Relative to No-net-rotation of the Whole AHCORS

图选项

图 2展示了AHCORS参考站的垂直速度场及其等值线。图 2表明，安徽省陆地垂直运动的总体态势为南升北降，淮河是升降运动的分界线。淮河以南表现出隆升趋势，参考站垂直运动速度的平均值为2.72 mm/a。其中，江淮丘陵和黄山地区的参考站隆升较为明显，约为2~5 mm/a，而位于大别山区和沿江平原的参考站则较弱。淮北平原的大部分参考站表现出沉降趋势，平均沉降速度为2.98 mm/a,其西北部地区沉降速率较大，平均值为6.03 mm/a，最大值出现在宿州砀山(SZDS)，达到13.50 mm/a。

图 2 AHCORS参考站垂直速度场和等值线 Fig. 2 Vertical Velocity Field and Its Contours of AHCORS

图选项

文献[7, 8]采用水准测量的方法研究了安徽省陆地垂直运动，研究得出的整体升降趋势与本文基本一致，数值也较为接近，但局部地区存在差异。在淮北平原西北部，本文获得的沉降速率比文献[7, 8]大2~6 mm/a；在江淮丘陵，本文获得的隆升速率与文献[7]一致，与文献[8]相反。这些差异可能是多方面原因造成的。技术上，本文采用GPS技术，而文献[7, 8]采用的是水准测量方法，易受误差积累的影响。空间上，AHCORS参考站分布均匀，而文献[7, 8]的水准点沿国家一、二等水准路线布设，分布不均，难以全面地反映安徽省陆地垂直运动的细节信息。时间上，本文的研究时段为2011~2013年，文献[7, 8]的研究时段分别为20世纪50~80年代和1951~1999年，而淮北平原20世纪80年代中后期才开始发生较为严重的地面沉降。此外，文献[9]发现江淮丘陵存在着伴随郯庐断裂带的张压交替运动而产生的周期性升降运动，这也可能是本文与文献[8]得到的该地区升降趋势相反的原因之一。但这种周期性升降运动是否存在还有待更长时间的观测来证实。

本文得到的AHCORS参考站沉降速率见表 2。结合表 2和图 2来看，除安庆潜山(AQQS)外，所有沉降的参考站都位于淮北平原。沉降速率较大的参考站主要分布在阜阳、亳州、宿州砀山和蚌埠固镇等地。

淮北平原主要由淮河和黄河冲积物组成，松散层厚度可达数百m。该区人口占全省的43%，但水资源仅占全省的约20%，城乡工农业生产和生活用水主要来自于地下水^[18]。由于过度抽取地下水，淮北平原发生了明显的地面沉降。淮北平原西部的阜阳和亳州的孔隙承压水处于同一承压水盆地中，由于开采强度大、补给条件差，承压水水位持续下降，造成粘土层压密释水，从而引发严重的地面沉降^[19]。淮北平原最北端的宿州砀山水文地质条件与平原西部类似，浅层地下水开采率超过50%^{[18, 19]}，也形成了超采漏斗，产生了地面沉降。蚌埠固镇矿产资源丰富，矿产资源过量开采可能是引发该地区地面沉降的重要因素。而且，该地区地壳活动较强，不排除构造因素造成沉降。

值得注意的是，安庆望江站(AQWJ)的上升速率达到8.22±0.72 mm/a。该站地处宿松-枞阳断裂东南侧，在新构造上属于长江下游安庆弱上升区^[20]，近期曾发生2005年九江Ms5.7和2011年安庆Ms4.8等多次4级以上地震^[21]。但周边测站却没有明显的上升趋势，因此怀疑该站的上升可能与该站当地地壳异常活动有关。

本文采用GAMIT/GLOBK软件处理了AHCORS参考站2011~2013年的数据以及全球73个IGS站的历史同期数据，确定了AHCORS参考站在ITRF2008框架、相对于欧亚板块和研究区域整体无净旋转基准下的三种水平速度场及垂直速度场，并进行了分析。结果表明，AHCORS参考站在ITRF2008框架下的平均水平运动速率为34.44 mm/a，方向为E18.01°S；在ITRF2008板块运动模型下，相对于欧亚板块的平均水平运动速率为6.13 mm/a，方向为E7.31°S；在AHCORS整体无净旋转基准下，淮北平原的参考站存在1~4 mm/a的相对运动。郯庐断裂带中、南段运动特征差异明显，在嘉山至泗县一带表现为左旋运动，在嘉山以南运动较弱。在垂直方向上，AHCORS参考站以淮河为界，表现出南升北降的态势。淮河以南平均隆升速率为2.72 mm/a。其中，江淮丘陵地区隆升明显，约为2~5 mm/a。淮北平原平均沉降速率为2.98 mm/a，其西北部地面沉降较为严重，平均沉降速率达到6.03 mm/a。这主要是由于过量抽取地下水和开发矿产等人为因素引发的。