在地震前兆观测领域，钻孔应变观测因具有高灵敏度、容易选点、占地面积小、易于日常维护等优点而被大量布设，体积式钻孔应变仪为钻孔应变观测的主要设备。

体应变观测除清晰记录到固体潮汐、地震波、震前异常等重要信息外，也同时记录到地下水位变化、抽水、降雨等对地应变场的干扰^[1-3]，这些干扰并不是直接作用于仪器上，而是影响地应变场，进而影响体应变仪器的观测数据。在地震观测数据出现异常时，能够将外界干扰及时、准确、科学地排除，是进行数据分析和准确识别地震前兆异常的前提和基础^[4]。

1 钻孔受抽水影响情况分析

抽水影响地应变场，进而影响到体应变观测。如果在钻孔周围1 km内抽水，会造成抽水井附近地下水位下降，并导致地下水的水平向流动，四周水位呈漏斗状分布。苏恺之等^[1]认为，抽水一方面使四周岩体含水层中的空隙水压力发生变化，另一方面影响了四周岩体的负荷，两者均对四周应变状态造成干扰，包括面应变(ε₁+ε₂)、剪切应变(ε₁－ε₂)和垂直向应变ε₃。

钻孔经过含水层的情况下，根据含水层位置，可将体应变探头与含水层的相对位置分为3种情况进行分析：含水层在体应变探头上部(图 1(a))；含水层和体应变探头的感受腔在同一个平面上(图 1(b))；含水层在钻孔下部，从体应变探头下方穿过(图 1(c))。

抽水井连通含水层，抽水机通过抽取含水层的水使含水层水位发生变化，进而影响体应变仪的观测数值。

第1种情况下(图 1(a))，通过抽水井抽水，含水层及钻孔中的水位下降。这时，放置于钻孔内的水位计能够感受并测量出钻孔水位下降的程度。水位下降导致体应变感受到的压力变小，体应变观测数值变小。

第2种情况下(图 1(b))，通过抽水井抽取含水层的水，导致体应变探头周围应力场应力变小，体应变观测数值变小，因为含水层没有和井孔水位贯通，故井孔水位没有因含水层水量减少而变化。

第3种情况下(图 1(c))，通过抽水井抽取含水层的水，含水层水量减少，直接导致上部压力下压，体应变探头周围压力增大，观测数值增大。含水层因没有和井孔水位贯通，钻孔水位计同样无法测量含水层水量变化，钻孔水位计数值不变。

2 台站受抽水影响分析

根据以上3种情况，结合不同的台站钻孔，对台站的体应变观测数据受抽水影响的资料进行分析总结。

2.1 含水层在探头上方

留山地震台位于山东安丘，周边有大片农田，春天农田灌溉需要抽取大量地下水。根据潍坊市地震局调查，台站周围500 m内分布有3口水井。

该台站体应变仪器安装于2016-04，岩石性质为风化砂岩，较破碎。在仪器安装时，曾经发生过往井底输送水泥的塑料管放入井下后被卡住的情况，说明钻孔中间存在裂隙发育的破碎带。根据台站钻孔资料及岩芯分析，钻孔属于图 1(a)含水层在体应变上方的情况。

通过图 2(a)可以看出，当水位变化小于1 cm/d时(本处选取水位日变化0.5 cm属于正常)，体应变观测曲线与理论固体潮形态相符，水位影响不明显。图 2(b)为抽水井开始抽水时体应变数值的变化曲线。由图可见，抽水井抽水时直接影响到钻孔水位的变化，钻孔水位从10：00开始急剧下降，至21:00变化幅度超过12 cm，这直接影响到了体应变的观测数值，体应变观测数值从13:00开始急剧下降，比水位滞后3 h，和理论固体潮相比，已经完全看不出固体潮的形态，体应变数值完全受水位变化影响。

通过以上分析可知，留山地震台的钻孔体应变受抽水干扰与图 1(a)情况下的推论相符。

江苏常州金坛地震台位于江苏省金坛市金城镇西部乌龙山风景区，距离钻孔300 m处有1口抽水井，附近村民经常抽取井水养鱼。

该台站体应变仪器安装于2012-12，岩性为石英砂岩。体应变钻孔钻探时，准备钻孔深度在100 m以内，但是钻探过程中发现，100 m以内没有完整岩石，不适合安装体应变仪器，最终钻探深度为142 m。因岩石破碎严重，为裂隙水侵入提供了条件。根据台站钻孔资料及岩芯分析，该钻孔也属于图 1(a)含水层在体应变上方的情况。

通过图 3(a)可以看出，当水位变化小于4 cm/d时，体应变观测曲线与理论固体潮形态基本相符，受水位影响较小。图 3(b)为抽水井开始抽水时体应变观测数值的变化曲线。由图可见，抽水井抽水直接影响钻孔水位，钻孔水位从20：00开始急剧下降，至24:00变化幅度达80 cm，这直接影响了体应变的观测数值，体应变观测数值从20:30左右开始急剧下降，比水位滞后30 min，和理论固体潮相比，已经完全看不出固体潮的形态，体应变数值完全受水位变化的影响。

通过以上分析可知，金坛地震台体应变的情况与图 1(a)相符。

2.2 含水层在探头中部

易县地震台位于河北省易县西陵镇，距离台站800 m处有抽水井，该抽水井为周围村民提供日常生活用水，春天时也提供农田灌溉用水。

该台站体应变仪器安装于2014-05，岩石性质为闪长花岗岩。安装时发现钻孔内有水自流，说明钻孔内有裂隙含水层；体应变安装后，钻孔内井水不再自流，可能为裂隙含水层正好在体应变感受腔处，被体应变仪器安装时所用的膨胀水泥封住。该情况与图 1(b)相似。

通过图 4(a)可以看出，2017-03-01当天水位变化小于3 cm/d(水位日变化去除毛刺后为0.5 cm，属于正常变化)，体应变观测曲线与理论固体潮形态基本相符，不受水位影响，通过台站人员了解得知，该天抽水井未抽水。图 4(b)为体应变受抽水干扰的曲线变化。由图可见，当天水位变化仍小于3 cm/d。体应变数值曲线和理论固体潮相比，在08:00开始突然下降，形成一个尖角，而理论固体潮具有平滑弧度。询问台站人员得知，水井08:00开始抽水，和台站的其他钻孔仪器数值变化一致。

通过对易县台钻孔体应变及辅助测项的资料进行分析发现，抽水井抽水不影响钻孔水位，只是引起体应变数值下降，该结论也和图 1(b)情况下的推论相符。

台站周围水井抽水引起体应变数值下降而不影响钻孔水位的还有徐州台等^[5]。

2.3 含水层在探头下方

邹城地震台位于山东邹城宝泉村南，远离市区，台站内有1口水井，距离钻孔70 m，平时台站生活用水皆来自此水井，偶尔还用于农田灌溉等。该台站体应变仪器安装于2015-12，岩石性质为花岗岩。体应变仪安装前，曾用井下摄像机对钻孔进行探测，未发现裂隙及含水层，岩石完整。

通过图 5(a)可以看出，2016-12-15当天水位变化小于1 cm/d，属于正常变化，体应变观测曲线与理论固体潮形态相符，不受水位影响。图 5(b)为体应变受抽水干扰的曲线变化。由图可知，该天水位变化小于2.5 cm/d，体应变数值曲线和理论固体潮形态相比，在16:30左右开始突然上升。通过台站人员了解得知，该时段台站水井正在抽水。

通过对邹城地震台体应变钻孔的资料分析，正好验证了图 1(c)的情况，钻孔内岩石完整，没有裂隙含水层，钻孔附近水井抽水不影响水位变化，但会导致体应变数值上升，说明含水层只能是在钻孔下部。钻孔深度71 m，饮水井深100 m，因此饮水井贯通了钻孔底部之下的含水层，水井抽水直接导致体应变数值上升。

3 结语

台站的地质环境可能比以上分析更为复杂，台站周围可能有1口水井，也可能有多口水井，根据水井的深度不同，贯通的含水层也可能不一样。根据含水层的不同，可能是图 1(a)、1(b)和1(c)任意2种情况的组合，或者以上3种情况同时存在。对于第1和第2种情况，通过详细的钻孔资料可以进行分析确定；但第3种情况，因为含水层在钻孔下部，故不了解含水层的存在，这在一定程度上为体应变资料的分析、去除抽水干扰造成困难。

对抽水干扰进行计算分析十分困难。我们对地下的水文参数掌握较少，即使掌握了抽水造成观测点的水位变化规律，也并不意味着掌握了其对应变状态的干扰。因此，在体应变仪安装前，要作好当地的水文地质调查，详细了解地下水系资料，尽量避开含水层；在体应变仪安装后，根据实际情况具体分析仪器观测数据，根据分析结果排除抽水干扰。

致谢: 本文得到了相关地震台站人员提供资料及落实环境干扰等帮助，在此谨致诚挚谢意！