那曲臺陣GPS授時狀況分析

鐘衛(wèi)星，張 歡，葉 青

（佘山地震臺，上海 201602）

那曲臺陣GPS授時狀況分析

鐘衛(wèi)星，張 歡，葉 青

（佘山地震臺，上海 201602）

分析那曲臺陣自2007年底建成以來到2014年3月的數(shù)據(jù)，對其數(shù)據(jù)完整率進(jìn)行初步統(tǒng)計，并通過選取記錄到的地震事件的P波到時與理論到時的誤差來判斷那曲臺陣各子臺GPS授時情況。通過分析表明，那曲臺陣的系統(tǒng)數(shù)據(jù)連續(xù)率不到50%，各子臺GPS授時在剛建臺的一年左右時間里穩(wěn)定正確，后續(xù)一段時間偏差比較大，整體數(shù)據(jù)的可用性不高。

臺陣；連續(xù)率；理論到時；GPS授時

0 引言

從模擬地震觀測到數(shù)字觀測，地震事件的標(biāo)識一直是地震觀測中的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)一個地震事件發(fā)生時，模擬觀測時代是通過短波授時和校時為地震事件標(biāo)識時間，而數(shù)字觀測時代則是借助于精度更高的全球定位系統(tǒng)（Global Position System,簡稱GPS）為地震事件標(biāo)識[1]。

中國地震局地球物理研究所與北京市地震局合作于2004年8月在西藏那曲地區(qū)進(jìn)行野外勘選并著手建設(shè)那曲臺陣，該臺陣建立在青藏鐵路沿線海拔4500米處，這一世界上海拔最高的地震臺陣于2007年8月至10月試運(yùn)行并產(chǎn)出數(shù)據(jù)[2]。它是由一個寬頻帶地震計和九個短周期地震計構(gòu)成的同心圓環(huán)小孔徑地震臺陣。臺陣的數(shù)據(jù)匯集中心設(shè)在那曲地震臺，數(shù)據(jù)經(jīng)衛(wèi)星信道實時傳入中國地震臺網(wǎng)中心，并通過2兆專用光纖將匯集中心數(shù)據(jù)實時傳入拉薩數(shù)據(jù)處理中心。

那曲臺陣建成近8年多，數(shù)據(jù)記錄一直以來都存在問題，其中主要是數(shù)據(jù)記錄不全和GPS授時等問題。為了對該臺陣記錄數(shù)據(jù)的可用性有個總體評價，我們利用現(xiàn)有的從建臺以來到2014年3月的數(shù)據(jù)對GPS授時情況進(jìn)行了分析和總結(jié)。任務(wù)來源為地震行業(yè)科研專項經(jīng)費(fèi)項目“中國全球地震臺網(wǎng)建設(shè)預(yù)研”協(xié)作任務(wù)“現(xiàn)有地震臺網(wǎng)對全球地震監(jiān)測能力的分析及接入試驗”。

1 臺陣數(shù)據(jù)連續(xù)率

在觀測單位數(shù)據(jù)匯交后，中國地震科學(xué)臺陣數(shù)據(jù)中心立即進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，對地震波形數(shù)據(jù)的連續(xù)性、元數(shù)據(jù)的正確性和地震臺站運(yùn)行率進(jìn)行統(tǒng)計分析。中國地震局地球物理研究所的田繼楓老師用MATLAB編程對那曲臺陣的數(shù)據(jù)連續(xù)率進(jìn)行了統(tǒng)計分析。從統(tǒng)計結(jié)果來看，各子臺從2007年建臺到2014年3月的數(shù)據(jù)連續(xù)率不夠理想，數(shù)據(jù)完整率不到50%（圖1）。

表1 那曲臺陣各臺站基本情況

圖中綠色代表各子臺數(shù)據(jù)完整，黃色代表各子臺數(shù)據(jù)不完整，紅色代表無數(shù)據(jù)。

2 GPS授時情況

2.1分析方法

利用中國地震臺網(wǎng)中心提供的國家測震臺站的數(shù)據(jù)測定，提供我國國內(nèi)地區(qū)M5.0級以上，邊境地區(qū)M6.0級以上和全球M7.0級以上地震的地震目錄（表2選取的部分地震目錄），計算出到達(dá)那曲臺陣的P波的理論到時，和P波實際到時相比較，來判別GPS授時狀態(tài)。總共從幾百多個地震中篩選了近100個地震，以約15天的步長初步判別GPS授時的狀況，發(fā)現(xiàn)有問題的通過內(nèi)插細(xì)化判定各子臺GPS授時情況。考慮到理論到時和實際到時有一定的誤差，筆者認(rèn)為P波實際到時與與-P波理論到時誤差小于 10秒，并結(jié)合其他子臺是否同步來進(jìn)行綜合判定該子臺授時是否正確。

表2 地震目錄

2.2GPS授時分類

通過查驗建臺到2014年3月的數(shù)據(jù)，GPS授時情況大概分為以下三種情況：

（1）授時準(zhǔn)確：各子臺數(shù)據(jù)完整，P震相實際到時與理論到時吻合，各子臺一致。

以2007年10月24日印尼蘇門答臘M7.0地震為例，P震相理論到時為21: 09: 55（世界時），各子臺的P震相實際到時為21: 09: 53，與理論到時相差2秒左右（圖2）。

（2）各子臺有偏差：各子臺數(shù)據(jù)缺失，P波震相實際到時與理論到時有偏差，各子臺不一致。

以2010年05月28日瓦努阿圖M7.0地震為例，P波震相理論到時為17: 27: 16，其中只有NA3、NB1、NB3、NB5四個子臺有數(shù)據(jù)，除了NB5 子臺P震相實際到時與理論到時吻合相差2秒，其他三個子臺分別相差33秒、181秒、39秒，說明這三個子臺的GPS授時有偏差（圖3）。

（3）授時不準(zhǔn)確：在理論到時到達(dá)的3個小時時間范圍內(nèi)，找不到P震相，無地震事件（圖4）。

2.3各子臺GPS授時統(tǒng)計

由圖5、圖6可清楚的看出那曲臺陣2007年10月至2014年3月GPS的授時狀態(tài)的偏差程度。 其中，2008年5月除NB3子臺有一段時間偏差和缺數(shù)外各子臺的GPS授時是準(zhǔn)確的。2008年7月至2008年12月期間NA0、NA1、NA3、NB1子臺授時準(zhǔn)確。2009年1月后，除NA0到2010年5月授時準(zhǔn)確外，那曲臺陣各子臺的GPS授時基本上是不準(zhǔn)確的。

3 結(jié)論

以上研究表明，那曲臺陣數(shù)據(jù)授時準(zhǔn)確時段為2007年10月至2008年12月。2009年后續(xù)的一段時間時常出現(xiàn)斷記，整個臺陣的數(shù)據(jù)丟失非常嚴(yán)重，GPS授時除個別子臺時好時壞外，絕大部分時間授時不準(zhǔn)確的。分析原因這是由于那曲臺陣處于高海拔高寒地區(qū)，受制于氣候條件惡劣，系統(tǒng)出現(xiàn)故障維護(hù)不方便而導(dǎo)致的。

[1]劉桂生，羅新恒，張國育. TDE-324C地震數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計[J]. 地震地磁觀測與研究，2003，24（2）：10-17.

[2]郝春月, 鄭重. 信號相關(guān)性方法在西藏那曲臺陣設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 中國地震，2006，22（1）：34-42.

THE ANALYSIS OF NAQU ARRAY GPS TIMING

ZHONG Wei-xing，ZHANG Huan，YE Qing

（Sheshan Seismic Station，Shanghai 201602，China）

ract: This article has conduct a rough evaluation on the continuity of the data collected from Naqu Array from December, 2007 to March, 2014 and analyzes the GPS timing of Naqu Array by comparing the deviation between the arrival time of P wave and the theoretical arrival time of P wave of the recorded earthquake. According to the analysis, the continuity ratio of Naqu array is less than 50%. In addition, the GPS timing of each sub-station was stable and correct during the first year after its establishment, however, the deviation become larger in the following year. Consequently, the data is not reliable for research.

ds: array; continuity; theoretical arrival time; GPS timing

P315.61

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.04.011

1674-8565（2016）04-0065-05

2016-07-19

2016-08-29

鐘衛(wèi)星（1973-），男，上海市人，2006年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)計算機(jī)，本科（函授），工程師，現(xiàn)主要從事臺站地震監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析工作。E-mail: zhongldz@163.com