地形变监测台站建立在地壳表层，不可避免地要受到温度、气压、降水以及人类活动的影响^[1]。研究表明，作用于地表的气压波动会产生10^-9量级的地壳应变^[2-3]。关于气压对观测资料的影响，国内外学者已进行大量研究。罗少聪等^[4]利用弹性地球负荷理论和流体静力学平衡理论分析认为，大气效应对倾斜的影响来自于远离台站的区域。杜品仁^[5]推导出大气潮引起的地倾斜公式并得出气压变化对深井水位的影响规律。Zadro等^[6-8]根据意大利Friuli地区观测资料，详细分析大气压、降雨量、温度对地倾斜和地应变的影响。在已有研究中，气压对倾斜、应变的影响往往仅限于定性分析，对其相关的物理原因、定量分析及影响机制的探讨则相对较少。本文以巴伦台钻孔倾斜为研究对象，运用相关及小波分析，定量研究气压对巴伦台钻孔倾斜的影响特征，并对影响机制进行探讨。

1 台站、仪器概况

巴伦台形变观测台站位于和静县巴伦台镇东北方向，坐标42.94°N、86.66°E，高程2 728 m。岩性为较完整的花岗岩或闪长岩，夹有石英岩脉。

巴伦台钻孔倾斜观测仪为CZB-1，2014-09-15架设，钻孔深度82 m，孔径200 mm，仪器架设深度80.5 m，目前观测基本正常。

2 数据分析

气压对应力应变的影响表现为力的作用^[9]。为不失一般性，本文选取巴伦台钻孔倾斜2017-01-01~02-28观测数据及同期巴伦台分量式钻孔应变辅助观测气压作为研究对象。

由图 1，巴伦台两分量存在趋势变化，但气压变化与其并不一致。根据干扰成因的4个相关性原则^[10]，巴伦台两分量的趋势变化与气压无关。选用直线y=0.920 88x-517 69.154 6拟合，剔除巴伦台钻孔倾斜NS向趋势变化；选用直线y=-2.786 24x+160 878.591 63拟合，剔除EW向趋势变化。

为反映钻孔倾斜与气压的关系，首先剔除钻孔倾斜记录到的固体潮。为判定巴伦台钻孔倾斜两分量与理论固体潮的关系，计算两分量与理论固体潮的相关系数，NS向为0.622，EW向为0.896，它们之间的散点图见图 2。

由图 2可知，巴伦台钻孔倾斜与理论固体潮具有较好的线性相关性。记钻孔倾斜为y，理论固体潮为x，可以利用线性方程y=0.423 204x+4.449 983剔除巴伦台钻孔倾斜NS向固体潮影响，利用y=0.636 242x+0.010 736剔除EW向固体潮影响。剔除固体潮后再计算两分量与气压的相关系数，NS向为0.697，EW向为0.304 (图 3)。

由相关系数及图 3可知，巴伦台钻孔倾斜NS向与气压具有较好的线性相关性，EW向与气压具有一定的线性相关性，但线性特征并不明显。根据气压、理论固体潮与钻孔倾斜的相关系数及图 1~3，NS向与气压、理论固体潮均具有较强的线性相关性，但气压与固体潮对倾斜影响的特征明显不一致，因此上述描述不足以揭示气压对巴伦台钻孔倾斜的影响特征。

用小波分析方法将原始曲线中的短周期信号分离出来，气压影响变得更清晰^[11-14]。选取巴伦台钻孔倾斜两分量及分量式影响辅助观测气压2017-01-01~02-28观测分钟值，按2~4、4~8、8~16、16~32、32~64、64~128、128~2 56、256~512、512~1 024、1 024~2 048、2 048~4 096、4 096~8 192、8 192~16 384、16 384~32 768、32 768~65 536 min划分，得到15个频段的波形数据。再将同频段钻孔倾斜数据和气压分别进行相关性分析，得到各频段相关系数(图 4)。

由图 4看出，巴伦台钻孔倾斜NS向有2 048~4 096、4 096~8 192、32 768~65 536 min 3个频段相关系数较高，分别为0.901 0、0.971 1、0.935 1。EW向有2 048~4 096、4 096~8 192 min 2个频段相关系数较高，分别为0.679 0、0.672 9，但32 768~65 536 min频段与气压相关系数仅为0.035 7。其散点图见图 5。

由图 4、图 5及相关系数结果可知，气压对巴伦台钻孔倾斜NS向影响的显著频段有2 048~8 192、32 768~65 536 min 2个，但对EW向影响的显著频段仅2 048~8 192 min 1个，而且气压对NS向的影响程度要大于EW向。也就是说，气压的长周期变化对巴伦台钻孔倾斜NS向影响较大，但对EW向基本无影响。

3 气压对巴伦台钻孔倾斜的影响机制探讨

气压对体应变的影响实际是力的传递作用^[9]。文献[15]指出，对承压水井来说，大气压力一方面通过井孔直接作用于井水面，另一方面也通过上覆地层给含水层施加一附加应力。苏恺之^[16]认为，大气压力通过两种途径作用在体应变传感器周围：一是以附加荷载的形式作用在地壳表面，再通过传递方式作用在传感器周围；二是通过井孔直接作用在仪器上方水面上。同体应变观测一样，钻孔倾斜的摆体架设在钻孔底部，观测环境同体应变类似，因此气压对钻孔倾斜的影响途径可能也是前述两种。巴伦台钻孔倾斜架设在近EW向山坡上(图 6)，地壳表面的EW向几乎平衡，而NS向则是倾斜，因此气压波动变化的影响主要在NS向上，EW向基本不受影响。也就是说，气压的长周期变化对巴伦台钻孔倾斜影响的方式是以附加荷载形式作用在地壳表面，再传递作用在传感器周围，仅作用在NS向；而短周期的影响方式可能是通过井孔直接作用在仪器上方水面上，两个分量均有表现。

4 结语

当我们致力于研究现今地壳运动、构造微动态、地震地形变和地震预测时，在一般情况下，来自地球外部的多种作用往往视为干扰，而要通过数据处理加以排除^[1]。一方面，地球内部的应力一直是存在的，地震发生并不需要太大的应力增量，地震的效果也决不是把积累起来的应力彻底释放掉。这就意味着，地震前兆信息的强度比我们原来所认为的要小得多^[17]。因此，研究气压对地倾斜观测的影响特征与机制具有较强的现实意义。通过研究不同仪器、相同台站及相同仪器、不同台站倾斜观测受气压影响的特征，可以科学分析气压对倾斜观测的影响机制，对观测仪器的设计与台站选取具有指导意义。另一方面，通过研究气压对观测数据的影响特征，可以建立适当的数学模型，定量剔除气压对观测数据的影响，有助于识别观测数据中的地震异常，推动地震的动力学预测(数值预报)。由于影响因素的复杂性和多样性，存在很多不确定因素，这更增加了研究的复杂性。要考虑影响因素对钻孔的影响，使利用统计方法所建立的模型不仅能解释观测现象，还能从影响的物理机制上讨论其合理性。