王 俊 繆發(fā)軍 詹小艷 霍祝青 孫業(yè)君 朱 峰 徐 戈

(江蘇省地震局，南京 210014)

核查地震波形數(shù)據(jù)記錄中的時間系統(tǒng)是數(shù)字地震臺網(wǎng)最困難的任務之一，特別是當波形數(shù)據(jù)進行離線保存或使用時，在時空部署上通常具有不確定性。對于層析成像、地震定位、預警等來說，時間系統(tǒng)的精度是極其關鍵的。盡管目前數(shù)字地震臺網(wǎng)中都普遍采用了GPS 或廣播信號來進行授時，但當GPS 重復不斷地連接外部時鐘失敗時，數(shù)據(jù)的記錄時間就只能依賴于內(nèi)部時鐘。通常情況下，內(nèi)部時鐘的校正信息會以日志的形式進行保存，但在沒有GPS 信號期間的精確時間則是無法估計的；或日志信息不隨數(shù)據(jù)一起分發(fā)，那么對于數(shù)據(jù)的使用者來說依然無法控制時間系統(tǒng)的精確度。因此，如何從記錄數(shù)據(jù)中直接計算出地震臺網(wǎng)的時間精度就顯得十分必要。

近年來的研究表明，對地震臺記錄到的背景噪聲進行互相關計算，得到的互相關函數(shù)在一定程度上可以代表兩個地震臺之間真實的格林函數(shù)。較長時間的背景噪聲互相關函數(shù)可以使隨機場中的噪聲源和地殼內(nèi)地震波散射的非均勻性得到足夠的平均，從而保證格林函數(shù)有效性。進一步的理論和實踐研究發(fā)現(xiàn)有3種主要因素會導致走時出現(xiàn)擾動：①介質(zhì)的物理性質(zhì)發(fā)生改變；②臺站對中其中一個存在時間誤差、或其中一個臺站的傳感器相位響應發(fā)生改變；③介質(zhì)中噪聲源的空間分布發(fā)生變化。

在某一給定的路徑和頻帶范圍內(nèi)，背景噪聲互相關函數(shù)中求取的面波走時δt 與“參考走時”之間的偏差，可以用下式來表示：

D（t）是由臺站時鐘誤差（或傳感器的相位響應偏移）引起的時間延遲；φ（t）表示由于介質(zhì)物理性質(zhì)變化引起的時間擾動；ε（t）是由于噪聲源在空間上的分布變化而引起的時間偏移。通過互相關格林函數(shù)的滑動窗函數(shù)疊加技術(shù)，我們可求出D 和φ。

選取了江蘇臺網(wǎng)的連云港（LYG）、徐圩（XW）、灌云（GUY）3 個臺站2011 年的數(shù)據(jù)進行了試驗性計算，將它們兩兩組合成臺站對，即：LYG-XW（31.6 km）、GUY-XW（34.7 km）、GUY-LYG（37.8 km）。取各臺站對全年的格林函數(shù)進行疊加，記為“參考格林函數(shù)”。我們采用了30 天的時間尺度來作為窗函數(shù)的長度，對每一天的互相關函數(shù)進行滑動疊加并進行振幅歸一化后，即得到當天的格林函數(shù)；然后再測量與“參考格林函數(shù)”之間的時間偏差，結(jié)果如圖1 所示。LYG-XW、GUY-XW、GUY-LYG互相關走時相對偏差平均分別為0.6 334 s、3.9 771 s、2.2 887 s，可以看出偏差大的臺站對中均有GUY 臺，偏差最小的是LYG-XW，則說明3 個臺中GUY 臺的時鐘誤差最為嚴重。例如GUY-XW 的結(jié)果顯示2011年的前60 天左右互相關走時相對偏差均在+5 s 左右，這與江蘇臺網(wǎng)1、2 月的地震記錄中的真實情況一致（GUY 臺約有4 s 左右的時鐘誤差），LYG-XW、GUY-XW 在270～320 天之間也出現(xiàn)+6 s 左右的相對偏差，而在此期間的地震記錄中顯示XW 臺有3 s 左右的時鐘誤差。這表明理論計算能較為真實地反映出實際情況，但各臺的絕對時間偏差和相對精度還需要更深入研究。

圖1 2011 年LYG-XW、GUY-XW、GUY-LYG 的互相關格林函數(shù)與“參考格林函數(shù)”之間的時間偏差