地震计位置校正

张 磊，张新东，谭 青，白 燕

(河北省地震局邯郸中心台，河北 邯郸 056001)

地震计位置校正

张 磊，张新东，谭 青，白 燕

(河北省地震局邯郸中心台，河北 邯郸 056001)

地震计与授时和定位用的GPS天线的分离，造成地震计位置的误差，这种现象在地震计置于山洞的地震台中是普遍存在的，对于井下地震计来说，在高度上也有300 m左右的误差。结合邯郸台网的具体情况，分析了台站地震计位置普遍存在误差的现象，给出一种简单的校正方法，并对涉县台地震计位置进行校正，最后讨论地震计位置的偏差对地震定位的影响。

地震计；GPS；位置校正

0 引言

地震数据的处理依赖地震计位置和授时系统。目前GPS测量位置的误差量级在米级，时间误差在毫秒量级。地面台站的地震计都是放在房屋或山洞中(有的山洞深达百米)，而授时和定位的GPS天线都架设在房屋顶上或电线杆上，以方便接收卫星信号；井下地震计一般放在深200～300 m井下，GPS放在井口房的屋顶。这样地震计、数据采集器、GPS(俗称蘑菇头)是有一定距离的。数据采集器测定的是GPS(蘑菇头)的位置和时间，而我们需要的是地震计的位置和地震波到达地震计的时间。地震行业标准DB/T 16-2006《地震台站建设规范 测震台站》规定[1]：地震计墩面中心经纬度测量精度为不大于0.1″(约3 m)，海拔高程测量误差不大于0.5 m。如果地震计与GPS的距离在数10 m以上，则可能对地震精定位产生影响，应该对地震计位置进行校正。

1 邯郸台网各台站地震计位置误差现象

邯郸台网共有6个地面基岩台和2个井下台，其中涉县台和永年台的地震计放在60～90 m深的山洞中，采集器在洞口房内，GPS在洞口房的屋顶上，即涉县台和永年台的地震计与GPS的位置有60～90 m水平误差；2个井下地震计分别在308 m和310 m的井下，采集器在井口房内，GPS在井口房的屋顶上，这样2个井下地震计与GPS的位置也有300 m的垂直误差。其它4个台站地震计在摆房内的基岩上，采集器在摆房内，GPS在摆房的屋顶上，地震计与GPS的水平误差在2 m之内；高度误差在4 m之内，都在GPS测量误差范围内。

2 一种地震计位置的校正的简单方法

对于井下地震计来说，一般GPS都在井口房的屋顶上，地震计与GPS的水平误差在2 m之内，只要减去井深即校正了地震计的位置。

对于地震计在山洞中的台站，可以用指南针或寻北仪，拉线，放大样的方法来校正地震计的位置，具体做法如下：在外面开阔地选择1个点，用GPS测定此点位置，然后以此点为起点，向地震计所在位置拉线，每一个拐弯处把线固定，量出每段线的长度，利用指南针或寻北仪测出每一段线与正北的夹角并换算出相邻两条线的夹角，用CAD软件在计算机上标注各条线段，最终将GPS测点和地震计的位置连接起来，并读出GPS测点和地震计连线的长度和与正北的夹角，即可得出地震计位置校正值。

3 涉县台地震计位置校正

涉县地震台有一个120 m深的形变观测山洞，地震计放在山洞中间的观测室内，GPS在洞口房的屋顶上，为形变观测保温的需要，山洞拐了很多弯，安装了多道门，从GPS观测点开始走线，每一个拐弯处都用钢钉将线固定，一直拉到地震计的位置。测量每一段的实际长度，及相邻两线的夹角，用CAD软件根据测量结果在计算机上做出从GPS观测点开始到地震计的实际走线图(放大样)。最后连接GPS和地震计并测量其长度及与正北的夹角即可得到地震计校正值(图1)。

图1 GPS到地震计的拉线图(蓝色粗线)

从图1中得到，GPS测点到地震计的距离是76.1 m，与正北的夹角是81°(偏西)。

我们对测量误差进行估算和分析，每段长度的测量误差在1 cm之内，因此每段长度测量误差可以忽略不计。用寻北仪测量角度误差为0.01°，误差也是可以忽略的。在涉县台，用罗盘测量角度，其测量角度误差一般在1°之内。下面具有分析用罗盘测量，角度误差对观测值的影响。

从2个极端情况考虑，一是假设每一段实际走向比测量走向顺时针旋转1度(图2)。

图2 GPS到地震计的顺时针最大误差拉线图(蓝色粗线)

从图2中得到，GPS测点到地震计的距离是76.2 m，与正北的夹角是76°(偏西)，

另一假设是每一段实际走向比测量走向逆时针旋转1度(图3)。从图3中得到，GPS测点到地震计的距离是76.0 m，与正北的夹角是89°度(偏西)

图3 GPS到地震计的逆时针最大误差拉线图(蓝色粗线)

2种方法得到的GPS到地震计的距离基本一样，角度都相差5°，这样用余弦定理可计算出地震计的最大偏差为6.7 m。所以本次测量误差不影响GPS定位精度，可忽略。

本文通过涉县台地震计位置校正提供一个台站GPS与地震计位置差异的具体例子。然而上述求取距离和角度的方法，缺乏一定的科技含量，但简单实用，上述2个参数完全可以通过山洞建设图纸得到。

4 讨论

精确定位的地震活动图像蕴涵了重要的构造信息，是开展一切地震学研究，包括认识地震构造和成因的基础。如何提高地震定位精度，一直是地震学的重要研究方向之一。目前，国外的定位研究精度已经可达毫秒级，定位误差可控制在10 m的量级。近年来，国内外许多研究人员开始地震精确定位的研究，其地震平面定位精度也可达到几十米，深度可达到几百米[2-3]。

地震定位的精确程度取决于地震计的位置精度、授时精度、速度模型、计算方法等多方面因素，其中地震计的位置精度和授时精度是最基本的因素，对地震定位的精度在千米量级上来说，地震计位置精度误差在百米量级上(地震波走时约0.02 s)，也就是说在目前我国台网的定位水平和定位精度下，这种GPS与地震仪之间的距离(一般小于100 m)对地震的三要素测定的影响可以忽略(涉县台地震计与GPS的76 m误差和井下地震计近300 m的误差是可以接受的)。我国数字地震记录的波形采样率一般设定为100 Hz[4]，即波形到时可以精确到0.01 s，而百米量级的地震计误差就可能造成0.02 s的到时误差，而对于地震精确定位，如Waldhauser等[3]运用双差定位对加州北海沃德断层1984—1998年发生的地震定位，其平面定位精度可达到几十米，深度可达到几百米。那么，地震计位置精度误差在百米量级上，即涉县台地震计与GPS的76 m误差及井下地震计近300 m的垂直误差就难以接受。

地震计和GPS分离的现象在我国的山洞里安装地震计的台站和井下地震台站是普遍存在的，对于涉县台GPS和地震计水平分离达到近百米的台站和井下地震计高度相差300 m，给出校正值是必要的。

[1]中国地震局. DB/T 16—2006 地震台站建设规范：测震台站.

[2]Waldhauser F and Ellsworth W L．A double-difference earthquake location algorithm: method and application to the Northern Hayward Fault, California [J]. Bul1. Seism. Soc. Am., 2000, 90(6): 1353-1368.

[3]杨智娴，陈运泰，郑月军，等. 双差地震定位法在我国中西部地区地震精确定位中的应用[J]. 中国科学:地球科学, 2003，33(S1)：139-136.

[4]中国地震局.《中国数字测震台网技术规范》[M].北京：地震出版社，2005.

Seismometer Position Correction

ZHANG Lei, ZHANG Xin-dong, TAN Qing, BAI Yan

(Handan Central Seismostation, Hebei Handan 056001, China)

The separation of seismometer and GPS antenna for timing and positioning leads to position error of seismometer, which is a very widespread phenomenon in the seismic station with seismometers located in caves. For underground seismometers, there is also 300 meters error in height. In this paper, the widespread phenomenon of seismometer location errors is analyzed under the condition of Handan networks and a simple correction method is presented, using this method, the seismometer at Shexian seismic station is corrected. Finally, the influence of position error of seismometer to earthquake location is discussed.

seismometer, GPS, position correction

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.04.012

2014-02-18

河北省地震星火科技项目“利用爆破和近震来校正井下短周期地震计方位角”(项目编号：2013-3-10)

张磊(1982—)，男，工程师，主要从事地震监测工作.E-mail:115414551@qq.com

P315.61

A

1003-1375(2014)04-0057-03