大别造山带隶属中央造山系东段，是扬子板块和华北板块之间的碰撞造山带^[1]。大别造山带具有复杂的造山演化历史^[2]，其现今构造格框主要由印支期板块碰撞所奠定。大别山北麓的霍山断裂及其周边活动性较强。据姚大全等^[3]对霍山地区地质调查与研究发现，晚第四纪以来该研究区构造变形现象很丰富。自1970年有微震记录以来，该地区记录到的小震和微震频繁，且该地区的弱震活动对华东地区中强震具有较好的指示意义^[4]。

大别山东部被郯庐断裂带苏皖段截切(图 1)，淮河以北的郯庐断裂带苏鲁段(嘉山以北)晚第四纪以来普遍活动，曾发生多次强烈地震，其中包括1668年的郯城地震。而近几十年来郯庐断裂带苏皖段及其周边地区的地震活动性一直较为平静，迄今为止没有发现晚第四纪以来活动的直接证据。刘备等^[5]发现郯庐断裂带安徽段活动断层对第四系的切割现象，认为郯庐断裂带苏皖段最新活动时代为中更新世，也有学者发现大别造山带冻结上太湖江塘处郯庐活断层切割中更新世沉积。从地质研究角度来看，郯庐断裂带苏皖段自晚第四纪-全新世没有直接活动证据。

地壳运动和变形是各种地球动力学过程在地表的综合显现^[6]。本文选取了1980年、2005年和2015年3期精密水准观测资料，对观测数据进行整体计算，获得了大别山地区较长时间尺度的现今地壳垂直运动速率场，探讨分析大别山地区地壳垂直形变特征，为大别山地区区域变形动力学研究和地震长期危险性判定提供一定的基础资料。

1 数据处理

动态平差模型中，假定一个水准点的运动速率是恒定的^[7]，设为Λ_i，选定某个中心时刻t₀ (可任意假设)，该点的高程为H_i⁰，那么任意时刻t的高程H_i^t为：

$ H_{_i}^{^t} = H_{_i}^{^0} + {\mathit{\Lambda }_i}(t-{t_0}) $

则t时刻相邻水准点i、j的高差为：

$ \begin{array}{c} h_{_{ij}}^{^t} = H_{_j}^{^t}-H_{_i}^{^t} = \\ (H_{_j}^{^0}-H_{_i}^{^0}) + ({\mathit{\Lambda }_j}-{\mathit{\Lambda }_i})(t - {t_0}) \end{array} $

写成观测方程的形式为：

$ \begin{array}{c} h_{_{ij}}^{^t} + \varepsilon _{_{ij}}^{^t} = H_{_j}^{^t}-H_{_i}^{^t} = \\ (H_{_j}^{^0}-H_{_i}^{^0}) + ({\mathit{\Lambda }_j}-{\mathit{\Lambda }_i})(t - {t_0}) \end{array} $

设权P_ij为每测段距离S(km)的倒数，ε_ij^t为t时刻观测高差h_ij^t的改正数，H_i⁰、H_j⁰、Λ_i、Λ_j分别为i、j点高程参数和运动速率参数。

矩阵形式为：

$ \mathit{\boldsymbol{\varepsilon }} = \mathit{\boldsymbol{AX}} + \mathit{\boldsymbol{L}} $

式中，L为所有观测路线的观测高差h_ij^t构成的观测值列向量；X为全部待求未知数构成的列向量，一部分是全部待求点在时刻t₀的高程参数向量，即由H_i^t构成的列向量，另一部分是各点运动速率Λ_i构成的列向量。

平差准则为：

$ {\mathit{\boldsymbol{\varepsilon }}^{\rm{T}}}\mathit{\boldsymbol{P\varepsilon }} = {\rm{min}} $

这样就归结为间接平差问题。

水准测量是一种相对测量，仅根据观测高差并不能估计出各水准点的高程和运动速率，必须选定一个高程基准和速率基准。设定某一点的高程和运动速率均为0并作为高程基准和速率基准(或是所有水准点垂直运动速率的平均值为0)，从而建立约束方程：

$ \mathit{\boldsymbol{GX}} = 0 $

最后，与ε = AX + L联立解方程。

2 大别山长时间尺度垂直形变场分析 2.1 大别山垂直形变场

根据水准观测资料和线性动态平差模型计算地壳垂直运动速度场，需要给定起算点(基准点)。为有效减小水准观测传递误差对形变速率结果的影响，本研究选用叶六点作为区域垂直形变速度场计算研究的起算点，对形变异常区域进行重点分析。

以叶六点(六安附近)为基准点，对大别山水准资料进行整体平差(整体平差精度为每km中误差0.22 mm)，得到各水准点相对叶六基准点的长期垂直形变速率(图 2，红色表示下沉，蓝色表示隆升)。从图 2可以看出：

1) 相对于叶六基准点，大别山北部的淮河平原呈现下沉趋势，下沉速率在1 mm/a左右，皖北地区为下沉量最大区。胡巍巍等^[8]研究发现，近几年淮河地区地下水开发利用量较大，地下水用水量占总用水量的比例逐年提高；邓坤等^[9]研究发现，淮河地区是安徽主要城镇及工业聚集区域，生活用水与工业用水需求较大, 以开采中深层、深层地下水为主，致使上覆浅层地下水位下降。据此判断，淮河平原呈下沉趋势的原因可能是该地区不科学的开发地下水所致。

2) 大别山东西两侧垂直运动速率差异性明显，西侧平均隆升速率0.4 mm/a，东侧平均隆升速率大约0.1 mm/a，上升最快的地区在麻城附近，隆升速率最大为0.8 mm/a。研究表明，大别山以罗田与岳西为核心发育穹隆构造，穹隆构造主要是因为大别山造山带在早白垩世出现造山后伸展活动形成^[10]。向必伟等^[11]通过对北大别山造山后穹隆构造的变形模拟发现，大别山穹隆过程中，西部的抬升幅度较东部大，这与本文得到的垂直运动结果也较一致。

3) 郯庐断裂带南段东北侧的长江谷地边缘呈现隆升，平均速率0.5 mm/a，差异性隆升较为明显，在芜湖地区隆升速率较大，最大达1.6 mm/a。楚全芝等^[12]发现，芜湖地区的差异性运动也较为明显。宋方敏等^[13]对长江谷地安庆-马鞍山段的新构造运动进行分析发现，长江谷地及其两侧在新构造时期大部分地区地壳总体以弱隆升运动为主。据此判断，长江谷地的差异性隆升运动是新构造时期的继承性运动，但是谷地内部盆地发育地区还是以继承性的下沉运动为主。

4) 岳西-九江一线呈现下沉趋势，但是下沉幅度较小，下沉速率0.4 mm/a，在九江处下沉速率达到最大。九江位于赣北断块差异活动区的坳陷区，为缓慢下沉活动带^[14]，该处下沉主要是坳陷区的继承性下沉运动。

2.2 跨断层水准剖面

由图 2发现，虽然研究区域主要为继承性的隆升和人为原因导致的下沉，但是郯庐断裂带南段两侧的垂直运动存在一定的差异性。据此选取了3条跨郯庐断裂带水准剖面(图 3)以分析郯庐断裂带两侧相对运动情况，分别为岳西-九江一线(图 4(a))、岳西-安庆一线(图 4(b))、六安-芜湖一线(图 4(c))。

岳西-九江剖面地形与垂直形变速率的相关性为-0.403 5，地形与垂直速率呈现负相关。北侧主要以山地为主，断裂南侧地势较北侧平缓，除垂直速率突跳点外，两侧相对差异运动不明显。

岳西-安庆剖面地形与垂直形变速率的相关性为-0.403 1，地形与垂直速率呈现负相关性。断裂西侧地形以山地为主，东侧为丘陵，但东侧隆升较为明显，东侧速率较西侧速率最大达0.5 mm/a左右。

六安-芜湖剖面地形与垂直形变速率的相关性为0.116 5，地形与垂直形变速率场呈现弱相关性。该剖面地形整体平缓，受突跳点影响断层两侧隆升速率最大相差2 mm/a。

整体分析，3条跨断层剖面的垂直运动速率和地形相关性为负相关和弱相关，东侧与郯庐断裂带西侧的垂直运动存在一定差异性，西侧垂直运动速率较东侧稍大。

3 结语

通过对大别山地区1980年、2005年和2015年3期水准观测资料的平差处理，得到大别山长时间尺度的垂直运动速率场，发现大别山及周边地区局部呈现继承性的隆升运动和地下水过量开采导致的地面下沉，但是区域之间的垂直运动速率差异性较为明显。对此，着重对郯庐断裂带两侧差异性运动进行剖面分析。通过跨郯庐断裂带水准剖面结果发现，郯庐断裂带南段两侧存在较小的垂直差异性运动，东部低地势地区较西部山区垂直运动稍快。从地质角度看，郯庐断裂带南段(嘉山以南)没有发现第四纪以来活动的直接证据，但根据水准剖面得到的结果发现，对两侧所存在的较小的差异性运动作出进一步探讨分析较为困难。