第一章 绪论

1.1 研究意义

已有的研究结果表明，华北地区内部的差异性水平运动较弱，但本区发生的大地震记录则表明，在形变量较小的地区，同样会积累能够发生大震的应变能(许才军等,2002)。从中国大陆整体活动构造格局来看，华北地区的形变一方面受到印度板块沿东北向推挤中国大陆的影响，也与大陆东部太平洋板块向西俯冲到欧亚板块有关，同时也有自身内在的区域演化特征。从发震构造来看，华北地区具有典型的板块内部地震构造特征。在全球角度看，华北地区地震构造与美国中部的新马德里地震构造区具有可对比性：都位于板块内部，形变量相对较小，形变积累较慢，但是发生地震的震级很高，造成的破坏很严重。

1.2 国内外研究现状

要获得精确的 GPS 连续观测站地壳运动速度场，至少需要两个主要的步骤：GPS 数据解算和时间序列特征分析。所谓 GPS 数据解算是指，将 GPS 接收机接收到的连续信号处理成为 GPS 测站坐标时间序列。目前，主要有三种高精度 GPS 数据解算软件，分别是GAMIT/GLOBK、Bernese 和 GIPSY，三种处理软件的数据解算虽然存在一定的差异，但是总体的流程是一致的。第二步，时间序列特征分析是指针对 GPS 站点坐标时间序列的特征分析。时间序列特征分析过程简单说来就是对站点坐标时间序列的模型化拟合过程(Nilolaidis,2002; Williams,2003b)：选择一个合适的拟合回归模型(拟合函数模型)，配合以适当的噪声数学模型(拟合随机模型)，进行最小二乘平差计算,最后得到相应的拟合参数。无论是拟合函数模型的设置(如参数个数的设置，季节项的设置，突跳项的设置)，还是拟合随机模型的选择(主要由噪声特性来决定)都有着极重要的意义，如何选择一个合适的函数模型以及适当的随机模型是数据处理过程中的重中之重。

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第二章 华北地区 GPS 数据解算

2.1 Bernese 软件简介

Bernese 软件(Dach,2007)软件同时还能处理 GLONASS、SLR 数据，现在的最新版本是 5.2。相比较同类型的 GAMIT 或 GIPSY 软件，Bernese 软件为商业性软件，购买时提供相应的源代码，并且具有软件结构化强、代码清晰、说明文档详尽等多项优点，特别适用于用户的二次扩展以及科研工作者的二次开发。下面简单介绍 Bernese 软件程序结构及主要功能。

主要包括编辑和浏览二进制数据文件、以及残差的显示。还包括文件格式从二进制到文本格式的转换的一系列工具。第二部分Bernese菜单程序，该部分程序用来控制程序的执行以及储备程序所用的文档，管理所有的处理程序、数据文件和程序输出。菜单程序在使用者和 Bernese 处理程序间提供了一个方便的互动接口。Bernese5.0 以后的版本，采用 QT 编程语言实现了全新的窗口式操作界面，在视觉和功能上都是以往版本所不能比拟的。第三部分是 Bernese 批处理引擎(Bernese Processing Engine，BPE)，Bernese 的批处理引擎是一个功能强大的自动化处理工具。主要包括批处理控制文件、执行数据处理的脚本以及提供参数设置的输入文件。该部分在处理大量数据时有着十分重要的作用，我们将在下一节详细介绍。

2.2 Bernese 软件 GPS 数据解算流程

首先，利用 GPSEST 程序计算基线浮动解，并在此基础上，基于最小二乘估计准则，采用 QIF(Quias_Ionosphere Free)方式，忽略基线之间的相关性，逐条确定基线中的相位模糊度；接着，顾及基线之间的相关性，根据相位双差观测方程，利用 GPSEST 程序计算获得GPS 测站的坐标自由解；最后，选择合适的框架系(ITRF 框架或局部框架)，利用 ADDNEQ2程序将处理网“依附”至特定框架系中，获得处理网中 GPS 测站的坐标约束解。

第三章 GPS 坐标时间序列分析及应变计算 .............................23

3.1 GPS 坐标时间序列拟合函数模型 .................................................................23

3.2 GPS 坐标时间序列共模误差滤波 ...................................................23

3.2.1 共模误差...24

第四章 华北地区 GPS 测站坐标时间序列特征.......................................37

4.1 华北地区 GPS 测站坐标时间序列拟合..................................................37

4.1.1 GPS 测站坐标时间序列初始拟合模型.....................................37

4.1.2 GPS 测站坐标时间序列迭代拟合....................................................40

第五章 华北地区 GPS 应变率分析 ......................89

5.1 华北地区地震、地质构造背景...........................89

5.2 华北地区 GPS 测站水平速度场 ........................................90

第五章 华北地区 GPS 应变率分析

5.1 华北地区地震、地质构造背景

山西断陷带是第三纪以来发展起来的断陷带，中段走向北北东，南北两段走向北东至北东东；它是鄂尔多斯块体和太行山块体的分界带，是华北第三地震活跃期的主体区，已发生过一系列 7 级以上大地震，现在主要为中、小地震活动带。宁河-新乡地震构造带由一系列北东和北北东向断裂构成，断续展布，总体呈现近北东向，是现在的活动断裂带，它位于华北平原第三纪裂陷伸展构造区、第四纪拗陷区中，总体走向北东。它是华北第四地震活跃期的主体区，发生过邢台 7.2 级(1966-03-22)、唐山 7.8 级(1976-07-28)等地震。郯庐断裂带总体走向北北东，是冀鲁块体、河淮块体与胶东-苏北块体的分界。在山东地段曾发生过郯城8.5 级(1668-07-25)大震，其北延的渤海地段发生过 7.4 级(1969-07-18)大震等。河套断陷带总体呈近东西向，是阴山块体与鄂尔多斯块体的分界带。该带在历史记载中发生过 7 级(849-10-24)地震，现在是 6 级地震活动带。河套断陷带是阴山-燕山南缘活动带的组成部分。张家口-渤海隐伏构造带走向北西，与阴山-燕山南缘构造带东段复合。是太行山块体、冀鲁块体与燕山块体的分界。渤海 7.4 级(1969-07-18)、唐山 7.8 级(1976-07-28)、三河 8.0 级(1679-09-02)和张北 6.2 级(1998-01-10)地震都位于这条构造带上。

5.2 华北地区 GPS 测站水平速度场

本文选用的数据为华北地区及其周边 1999-2009 年(1999,2001,2004,2007,2008,2009)6 期共 523 个 GPS 流动监测站和 12 个连续站观测数据。利用 GAMIT/GLOBCK 软件进行 GPS数据解算。GPS 观测数据解算选择在 ITRF2005 参考框架下进行，GPS 星历数据采用 IGS 精密星历，采用 GAMIT 软件进行单日解解算获取 GPS 测站的单日松弛解，再利用 GLOBK软件进行整网平差解算，获取最终的 ITRF2005 框架约束解；对 GPS 测站坐标数据进行速度场拟合，得到 ITRF2005 框架下的速度场。结合 ITRF2005 框架下欧亚板块的欧拉极参数，将 ITRF2005 框架下的水平速度场进行坐标转换获得相对于稳定的欧亚板块的水平速度场(金红林等,2012)。

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第六章 总结与展望

基于华北地区 37 个 GPS 测站的坐标时间序列，本文通过反复迭代进行突跳项甄选和粗差探测来不断优化拟合函数模型，并基于简单的白噪声拟合随机模型，拟合并分析了华北地区 37 个 GPS 测站的速度、年周期信号和半年周期信号。拟合速度结果表明，华北地区 GPS测站水平速度场差异性较小，首都圈南部地区由于地下水大量流失导致 15~22mm/a 左右的垂向下沉速度，其他地区的垂向速度均不显著。拟合周期信号结果表明，华北地区 GPS 测站存在显著但振幅较小的年周期和半年周期运动，除少数测站外，大部分测站南北向年周期振幅约为 0.5~2mm，在 2~4 月达到最大，东西向年周期振幅约为 1~3mm，在 5~7 月达到最大，垂向年周期振幅则达到 2~7mm，在 6~8 月达到最大。水平向半年周期振幅小于 1mm，垂向半年周期振幅约为 0.5~2mm。

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参考文献（略）