人工地震勘探法是当代油气勘探中使用的主要方法，地震勘探系统是分布在野外的大型分布式仪器测量系统。在传统的地震勘探系统中，很少考虑过时钟同步的问题，导致其勘探流程繁琐，效率难以得到进一步提升。本文以地震勘探系统长时间高效持续采集的需求为背景，针对各节点间时钟漂移和通讯延时等问题，开展了地震仪器网络中时钟同步技术的研究工作。首先，分析了现有地震仪器的网络拓扑结构，总结了系统工作流程的不足之处，并结合高效持续采集技术的实现方式，讨论了地震仪系统对时钟同步的具体需求，各节点间的同步误差不应大于30μs。在此基础上，确立了四层同步网络的架构方式，并规划了由三级同步组成的系统总体同步方案。设计并实现了高精度主时钟的校准方案，引入GPS授时模块作为系统的外部时钟基准，详细研究了不同校准方案的局限性，在IXP460平台上实现了采用间接调整法的校准方案。在系统中存在标准主时钟的前提下，设计了主从时钟间的同步算法。针对系统中交叉站间和采集站间的不同网络协议，分别提出了对应的解决方案。在对节点间的通讯延时的组成和不确定性进行分析的基础上，确立了尽量靠近物理层捕获时间戳的原则，并设计了采集站上的时间戳捕获方案。建立了从时钟系统的离散控制模型，利用滑动窗口平滑滤波对同步过程中的随机噪声进行滤除，在此基础上讨论了不同延时和其他同步参数对系统同步性能的影响。设计并实现了采集站从时钟上的同步环节，基于FPGA实现了高精度的可控本地时钟，同时设计实现了硬件逻辑用于准确地捕获同步报文的时间戳。通过设计SOPC片上系统，实现了采集站上的同步算法和同步流程控制。分析了可能影响系统同步精度的因素，提出了相应的解决方案，通过Sync同步码取代同步报文的同步方式可以将同步误差由10~20μs缩小至2μs。搭建了测试系统，在其上验证了时钟同步系统的性能。实验证明主时钟的校准精度达到60ns，对采集站的同步精度达到2μs，能够满足地震仪系统高效采集作业的应用需求。