洞体形变观测资料不但包含地壳应变信息，还包含气象类因素(如气压、降雨、温度、湿度、大风)干扰信息，给地震前兆异常识别带来困难^[1-2]。伸缩仪作为精密测量地壳岩体两点间水平距离相对连续变化的仪器，为研究地震孕育过程提供了重要数据^[3-4]。气压畸变通过与大地耦合所产生的短临动力作用对大地形变的影响，成为地壳表面上最重要的快速加卸载源，可以作为一种短临动力用于对非稳定地体的控震问题进行研究^[5]。张文来等^[2]认为，应变观测值波动与气压变化呈正比，气压变化是伸缩仪日变观测曲线畸变的主要因素之一；卢双苓等^[6]对泰安地震台伸缩仪运行进行分析，结果显示气压对伸缩仪的影响主要以短周期微动态干扰导致固体潮畸变为主。淮北台SS-Y仪受气压的干扰最明显^[7-9]。本文对淮北台伸缩仪的气压因素影响进行分析，建立气压干扰的数学解析式，以期更好地识别地震前兆异常。

1 观测概况

淮北台形变观测山洞位于相山背斜南翼，洞体为奥陶系灰岩，山洞在2005-09完成密封、保温、防水、防潮及供电系统的“十五”优化改造后，于2006-08安装了DSQ型数字水管倾斜仪和SS-Y型铟瓦伸缩仪。2套仪器采取共墩安装方式，布设于密封腔体内，均设有NS、EW 2个分向。SS-Y伸缩仪目前处于稳定运行状态，可清晰地显示地球固体潮曲线，有较好的记震效果(表 1)。

2 SS-Y仪工作原理

伸缩仪测量地壳表面两点间基线长度的相对变化量，即应变量^{[2, 10]}：

(1)

式中，L为原地壳表面两点间的距离，即基线长；L′为变化后地壳表面两点间的距离；ΔL为地面两点的变化量。

3 影响特征分析

整理淮北台数字化SS-Y型伸缩仪和WYY-1型气象三要素辅助观测仪气压数据资料，筛选出气压扰动影响的典型事件。图 1中蓝线为气压分钟观测值曲线。地表气压在数十分钟至几小时发生显著扰动时，对SS-Y仪影响最明显，气压扰动幅度越大，SS-Y仪同步扰动幅度也越大。具体形态可以归结为3类：1)先同步下降(压性变化)后同步上升(张性变化)的单周期扰动；2)先同步上升后同步下降的单周期扰动；3)上述2种变化形态的复合，出现多周期连续扰动，同步上升与同步下降重复或交替出现。气压因素对SS-Y仪的影响特征表明，SS-Y型伸缩仪观测曲线与气压变化同步性较好，呈现出正相关关系，且NS向、EW向变化一致。

4 一元回归分析

由上述气压对SS-Y仪的影响特征可知，气压在短时出现显著大幅扰动时将引起SS-Y仪发生同步扰动，两者形态一致，起始和结束时间一致，线性相关性明显。由此可以建立SS-Y仪观测值与气压观测值之间的一元线性回归方程：

(2)

不考虑气压效应的延时情况下, 图 1中气压与SS-Y仪NS向、EW向的一元线性回归分析结果见表 2。可以看出，不同时间段的各分向相关系数均介于0.66~0.92，即气压与SS-Y仪之间的线性相关性较强。

5 气压效应改正

在SS-Y仪的观测值序列中，存在多种因素的影响信息，将其简化为气压因素和非气压因素(式(3))。当SS-Y仪各分向与气压出现同步扰动时，可认为其观测值主要受气压影响，而非气压因素的影响在此时被湮没，可以忽略。由于具体气压扰动的幅度和历时不同，对SS-Y仪的影响存在一定的差异，但总体上均符合式(2)所表示的一元线性回归结果，故表 2中各系数的均值可以作为总体回归结果(式(4))，进而得到SS-Y仪观测值的一般数学改正方法(式(5))。

(3)

(4)

(5)

式中，y_测为SS-Y仪观测值，P为气压观测值，为非气压因素，a为常数项均值，b为一次项系数均值，ŷ为剔除气压因素的数学改正。

根据式(5)对上述典型气压干扰进行数学改正，结果见图 2, 图中蓝线为改正后分钟值曲线。可以看出，经过数学改正后，典型气压干扰得以修正，同步扰动幅度明显减弱甚至消失，曲线形态显著变化。1)2014-03-18 20：00~03-19 03:00和2016-04-04 07:00~14:00，长达8 h的时间里，在剔除气压因素前SS-Y仪两分向与气压同步扰动显著，在剔除气压因素后同步扰动现象明显减弱甚至消失，尤其是2016-04-04数据曲线，改正前后曲线形态线性关系消失；2)2015-03-08 16:00~21:00，改正后气压干扰幅度明显减弱，且曲线原有趋势性下降的形态得到凸显，但气压的影响形态还在；3)2015-06-10 20:00~06-11 01:00，改正后气压干扰形态完全消失，两者同步扰动形态也消失。

6 结语

气压变化对淮北台SS-Y仪观测数据具有明显的干扰，且观测曲线与气压变化呈正相关关系。建立淮北台SS-Y仪观测气压改正的数学解析式，改正前后结果对比表明，可对观测数据的气压影响进行有效改正且效果显著，这对数字化SS-Y型伸缩仪观测资料的干扰识别、准确捕捉短临地震异常有一定帮助。