0 引言

在定点形变观测中会出现多种干扰因素，影响地震前兆异常识别。近年来，对形变干扰因素影响有了一定认识(张红秀等，2012；李延京等，2014；邱鹏成等，2014；杨绍富等，2015)，目前对内蒙古自治区地震台形变干扰分析较少(戴勇等，2013；刘芳等，2014)，未形成统一认识。

包头地震台形变观测质量较高，观测数据连续性好，但随着观测仪器使用年限加长，各类干扰因素不可避免地影响着形变观测数据的质量，有必要对干扰及表现形式进行总结分析，进而提出改善及排除干扰的方法，为地震分析预报人员使用观测数据进行地震预测预报或科学研究提供可靠参考。本文通过分析包头地震台定点形变干扰因素，总结其表现形式与规律，以便识别并剔除干扰，为地震分析提供详实的基础数据。

1 包头地震台观测背景

包头市地处银川—河套地震带中部，包头市地震台(以下简称包头台)位于乌拉山北麓断裂和乌拉山山前断裂之间，向南依次为包头断裂和大青山山前断裂。乌拉山山前断裂是阴山地震带的重要发震构造带(图 1)。包头台址基岩为太古界乌拉山群黑云角闪斜长片麻岩，海拔1 330 m，台站建有观测山洞，洞体顶、侧覆盖厚度均大于50 m。观测山洞进深120 m，洞内年温差0.09℃，小于0.5℃的规范要求(地震台站建设规范•地形变台站)，观测条件优越。

包头台配备SSQ -Ⅱ数字水平摆倾斜仪、DSQ水管倾斜仪和SS-Y伸缩洞体应变仪等3套“十五”数字化形变观测仪器开展形变观测，均于2006年完成安装调试，2007年正式运行；台站配备1套WWY-1气象辅助观测仪，周边无大型建筑工地、水库等场地干扰，观测环境整体较好。

2 干扰因素分析

依据《地震前兆台网观测数据跟踪分析指南》，将干扰分为：观测系统类、自然环境类、场地变化类、人为干扰类、地球物理类及不明原因类共6类干扰。在此使用包头台形变观测原始数据绘制分钟值曲线，说明各类干扰特征。

2.1 观测系统类干扰

观测系统类干扰包括供电、观测辅助装置、观测仪器自身包含的测量设备、通信与避雷系统等，包头台存在以下此类干扰：仪器故障、更换仪器、传感器故障、外线路故障、数采故障、电源故障和停电。按照是否导致数据断记缺记具体分为2类。

(1) 仪器故障、更换仪器和停电。仪器故障通常指仪器主机或核心处理器损坏。观测仪器遭受雷击损坏，表现为一段时间的数据缺记。仪器更换偶尔会出现尖脉冲，之后观测数据恢复平稳。停电同样表现为断记、缺记，增加UPS电源以来，停电断记现象消失。

如图 2，2009年5月24日凌晨发生停电现象，包头台洞体应变观测NS分量数据瞬间突跳后断记，11点恢复供电，数据突跳，后逐渐恢复平稳；2014年8月27日包头台水平摆遭受雷击，造成主机故障，数据缺记，9月1日仪器返厂维修完毕，逐渐恢复正常观测。

(2) 传感器故障、数采故障、外线路故障、电源故障。此类故障一般不会影响仪器主机等关键部件运行，也不会导致长时间数据缺记，但观测数据质量会受到影响，通常表现为台阶、尖脉冲和背景干扰。

如图 3，2010年8月10日—11日，由于电源线路老化，伸缩仪观测数据出现幅度不等的尖脉冲和台阶，3台形变仪器表现一致；2014年8月14日6时开始，水平摆EW分量数采发生故障，观测曲线表现为等间隔的脉冲突跳，但不影响整体日变趋势，12时恢复正常；2015年1月10日—22日伸缩仪EW分量由于传感器老化漏电，导致不定时出现高频脉冲干扰；2015年6月14日19时开始水管倾斜仪EW分量传感器发生故障，出现3个台阶，15日自动恢复正常。

2.2 场地环境干扰

场地环境干扰指观测点周围场地表面发生的变化，如载荷、振动、基建、抽蓄水等改变测区环境的因素。包头台观测环境优越，偶尔受到振动干扰，表现形态类似地震时的同震响应，水平摆倾斜仪可以清晰记录到此类干扰。

2.3 人为干扰

人为干扰是人的活动对观测仪器产生影响，使观测数据发生异常变化，包括标定、进洞、调零等。包头台伸缩仪、水平摆倾斜仪与水管倾斜仪均放置在山洞内，人进出山洞时，会对观测数据造成干扰，通常表现为数据突跳、尖脉冲、柱状变化和台阶(图 4)，标定时会造成短时间坏数，不能使用，预处理时应将该时段内数据舍弃。

如图 4，2014年11月25日11时到18时，多次对水管倾斜仪进行标定与调零，观测曲线多次出现尖脉冲、台阶和坏数；洞室温度变化达0.04℃，伸缩仪观测数据受到干扰，表现为温度剧烈变化时段对应出现2个台阶；水平摆无明显变化。

2.4 自然环境

自然环境包括风、雨、雷、电、气压、台风、湿度、水位等与大自然相关的所有干扰，对观测数据影响复杂。包头台形变观测仪器受风扰(图 5)、雷雨影响较多；洞室温度、洞外温度和气压变化均有影响；湿度也会对观测造成干扰，但缺少湿度数据，无法进行分析。

包头台每年3、4月受风扰影响多，表现为曲线粗糙、毛刺。如图 5，2015年3月13日—14日受风扰影响，14日白天干扰尤其明显，表现为曲线抖动加粗；水管倾斜仪受影响较大，伸缩仪次之，水平摆较小。

包头台每年6、7月受雷雨影响较大，雷击与降雨同时出现，难以将雷电造成的干扰独立排除。雷电有时会击坏仪器主机和数采，造成缺数，自2012年底进行防雷改造后，伸缩仪未出现雷击损坏现象。包头降雨量总体较少，未出现观测墩变形情况，观测曲线未因降雨发生趋势性变化，均表现为曲线粗糙、毛刺和高频干扰。如图 6，2015年9月22日0时—5时，受降雨与雷电干扰，3台形变观测仪器均在降雨2小时后出现高频抖动现象。

洞室温度的微小变化会对观测数据造成较大影响(孙玉军等，2008；樊冬等，2014)。如图 7，2011年5月18日审计局领导及工作人员进入山洞参观，造成洞温在5日内上升0.09℃，伸缩仪与水平摆倾斜仪均发生趋势性变化，与洞室温度变化一致，而水平摆几乎不受影响。

温度骤降(骤升)通常伴随气压升高(降低)，导致固体潮曲线发生畸变。如图 8，2011年5月25日15时—17时，温度先下降后回升，变化超过10℃，气压先上升后降低，变化约4 hPa，3套仪器观测数据均发生相应变化，伸缩仪变化较明显，水平摆倾斜仪与水管倾斜仪变化微弱。

2.5 地球物理事件

地球物理事件主要包括地球电磁场变化等引起的观测数据异常，具体有地震、火山等引起的同震变化和震后效应(弛豫效应等)等。包头地震台主要存在同震响应和震后效应2种干扰，对全球7级以上、中国部分5级以上地震均有清晰记录，同步性较好。如图 9，2015年9月17日6时54分在智利中部沿岸近海(31.6°S，71.6°E)发生8.2级地震，震源深度20 km，3套仪器观测数据同震变化明显，且水平摆响应效果较明显。

2.6 其他

不能确定原因的干扰，即排除以上几种干扰，无法找到原因来解释的显著变化归为其他干扰。此类干扰出现时应进行综合对比分析，仔细区分并识别是震兆异常还是干扰。水平摆出现此类异常次数较多，且多为干扰，观测曲线通常表现为数据突跳、台阶和大幅度变化。

此外，在小潮期间，水平摆倾斜仪NS分量毛刺现象明显且普遍出现。如图 10，2014年12月8日—14日，NS分量噪声水平明显高于EW分量。

3 讨论

对包头台形变观测数据进行分析，发现造成明显干扰的主要因素有：风扰、雷电降雨、温度与气压、标定与地震，仪器故障与停电，干扰主要表现为：数据缺记断记、数据突跳、尖脉冲、高频干扰、台阶、毛刺及大幅度变化、曲线加粗和趋势性变化等。

伸缩仪、水管倾斜仪和水平摆倾斜仪对不同干扰产生不同响应，具体表现为：① 对于雷电、风扰等与基岩没有接触的自然环境对伸缩仪影响较小，对水管倾斜影响较大，而降雨、洞温和气象三要素的变化对伸缩仪影响较大，对水管倾斜影响较小，反之，可以根据观测记录的表现形式推测哪个干扰因素对观测数据影响较大；② 洞室温度和气压的变化，对伸缩仪与水平摆影响大，对水管倾斜仪影响小；③ 风扰对水管倾斜影响较明显；④ 水平摆对地震响应较明显。

为准确排除干扰，提供可靠且详实的形变观测数据，建议：① 增加湿度计，分析洞室湿度变化对观测数据的影响，尽可能排除干扰；② 当观测曲线趋势改变时，注意洞室温度及气象三要素变化，根据3套观测手段畸变出现不具有同步性的特点，判定是否为异常。