0 引言

形变观测凭借多年的资料积累，在地震前兆观测和地震预报预测中起着重要作用。形变仪器在记录地震前兆的同时，记录了外界因素对仪器的各种干扰，影响观测数据质量和地震前兆异常判断，因此正确判断和排除干扰显得尤为重要。近年来，对形变观测干扰已有一些研究，一些学者总结了自然环境（徐芳芳等，2015；王秋宁等，2016）、场地环境（冯琼松等，2015）、人为干扰等因素对观测数据的影响特征（杨绍富等，2015；杨红樱等，2017），但因观测环境不同，每个地震台站的干扰存在差异性，需要对本地区干扰进行分析汇总，形成异常干扰库。本文通过对近年来乾陵地震台形变观测干扰因素进行分析，总结其表现形式和规律，为其他地震观测台站及时排除干扰及地震预测预报提供参考。

1 观测背景

乾陵综合地震台（简称乾陵台）是国家基本台，隶属陕西省地震局，台基为奥陶系石灰岩，海拔高度885 m，地处渭河断陷盆地中段与陕北黄土高原的过渡地带。地质构造位置处于渭河断陷盆地中段与鄂尔多斯地台南缘的接触带，关山—口镇断裂以南，乾县—富平断裂以北。

乾陵台配备VS垂直摆倾斜仪、DSQ水管倾斜仪、SS-Y伸缩仪等“十五”数字化形变观测仪器及1套WWY-1气象辅助观测仪，形变观测山洞洞体NS向长75 m、EW向长40 m，基岩完整，覆盖层厚度40 m以上，植被覆盖良好，洞内年温差≤0.3 ℃，观测环境较好。

2 干扰因素分析

乾陵台形变观测主要受自然环境、观测场地、人为因素等干扰。对各种干扰进行分析，根据表现形式掌握其特点，及时排除干扰影响，为地震异常分析提供基础数据。

2.1 自然环境干扰

自然环境干扰主要包括降雨、降雪、雷雨、大风、台风、气旋、气压、湿度等。自然环境变化会引起仪器的观测环境发生变化，导致观测数据发生异常。很多自然干扰是无法防范的，只能通过数据预处理进行标记或剔除。经统计，乾陵台形变观测主要受降雨、雷电、气压、大风等影响。

2.1.1 垂直摆倾斜仪雷雨干扰

降雨会对观测数据曲线趋势产生影响，一般表现为曲线粗糙、毛刺增多、固体潮畸变，降雨结束后，观测数据变化恢复正常。雷雨对观测数据的影响相对较大，一般表现为曲线粗糙，固体潮畸变，数据突跳和缺数。在防雷改造前，乾陵台遇有强雷雨天气会关闭观测系统，待雷雨过后再重启系统。防雷改造后，形变观测仪器被雷击损坏几率降低，不必再关闭系统。据乾陵台近几年雷雨干扰资料，伸缩仪受影响较大，水管仪和垂直摆受影响较小。

乾陵台雷雨干扰主要发生在每年6—8月，对数据干扰较大，甚至破坏观测设备，导致数据断记。如：2016年6月11日20时至13日18时，强雷雨导致垂直摆倾斜仪仪器主机受损，8K电路板烧坏（图 1），数据产生畸变。

2.1.2 伸缩仪气压干扰

气压对形变观测干扰普遍存在，主要以载荷方式影响观测，造成地面负荷增减，导致岩石应力发生变化；气压波动作用于上层地层和岩石孔隙水体，对固体潮产生影响（王秋宁等，2016）。气压干扰特点是：观测曲线随气压、气流波动强度及持续时间变化，同步性较好；单分量或多分量出现短时扰动、畸变、变粗、趋势转折等变化，固体潮发生畸变，很少出现大的台阶和突跳。气压对乾陵台伸缩仪影响较大，对垂直摆和水管倾斜仪影响较小。如：2017年9月22日乾陵台伸缩仪NS、WE分量产生固体潮畸变，与气压变化同步（图 2）。

2.1.3 风扰

风对地球表面产生应力，应力大小随风的大小变化，地表应力变化使形变观测山洞内空气震荡，从而对观测仪器造成干扰。风扰在乾陵台形变观测资料中比较常见，多表现为曲线粗糙、高频扰动和毛刺现象，不影响固体潮曲线整体形态。如：2016年5月1日至5月2日大风天气，对水管仪造成影响最大，其次是伸缩仪，对垂直摆影响最小（图 3）。

2.2 观测场地环境干扰

乾陵台位于乾陵景区，大型基建项目较少。形变仪器安装于形变观测山洞，观测环境良好，受场地环境干扰较小。2015—2017年乾陵台周边有3处大型基建项目，均未受到明显影响，统计结果见表 1。

2.3 人为干扰

工作人员进洞、仪器标定、调零、仪器检修等均可造成人为干扰。在日常工作中，人为干扰容易识别，表现形式以突跳、台阶、缺数为主，通常剔除干扰数据即可。水管倾斜仪和伸缩仪安装在一起，容易同时受到人为干扰，垂直摆单独安放，人为干扰较小。

3 仪器自身不稳定问题

乾陵台近年来仪器自身不稳定因素主要有：防雷器影响、传感器故障、数采故障、放大机箱故障、高频影响、供电故障等。仪器自身问题造成的干扰具有频率高、影响大、解决难等特点。

3.1 防雷器不匹配

乾陵台自2015年6月8日加装避雷器以来，水管仪的NS、EW向均出现短时突跳现象，且NS、EW分向突跳一般同一时间出现；突跳幅度大小不一，时间长短不同；其他测向曲线光滑，未出现突跳现象（图 4）。

对观测仪器外围做细致排查，未发现异常。通过对防雷器进行启用与关闭对比实验，发现防雷器对DSQ水管仪产生影响。由此断定，新安装的防雷器与观测仪器的电子系统不匹配，导致主机电源模块损坏，更换电源模块并拆除防雷器后，形变观测数据恢复正常。

3.2 伸缩仪记录曲线向上突跳原因排查

2017年10月15日至10月27日每日约17时至19时，伸缩仪NS向观测数据定时出现向上突跳异常（图 5），且固体潮记录清晰，调查排除吊丝、支架、铟瓦棒故障的可能，巡查观测场地未发现干扰源。10月18日排查仪器供电、信号线等，并仔细检查传感器线圈和铁芯，发现铁芯靠近铟瓦棒的一端向东稍偏。由于伸缩仪在固体潮影响下，铁芯与传感器相对位置略有浮动，当同心度不准确时，在固体潮一个周期内的某一点，铁芯会靠上传感器壁，导致数据突跳，重新调整铁芯与线圈的同心度后，观测数据恢复正常。

3.3 垂直摆倾斜仪曲线无固体潮汐

2017年12月7日至2018年1月3日，垂直摆倾斜仪EW向未记录到正常固体潮汐，NS向正常（图 6）。12月12日工作人员更换放大板，12月13日对调仪器主机EW、NS分量信号线，12月15日与仪器厂家联系改变放大板电阻值，故障未排除；1月3日检查放大机箱底板，发现线路故障，更换放大机箱后，观测数据逐渐恢复正常。

4 干扰特征

通过分析乾陵台多年形变观测资料，发现仪器自身、自然因素、人为影响等造成的干扰，主要表现为：数据突跳、阶变、缺数、曲线粗糙、毛刺、噪声大、固体潮畸变、趋势转折等，统计结果见表 2。其中，数据突跳、阶变、缺数主要由传感器、数采、电源系统及主机故障、仪器标定、仪器调零、降雨、雷雨和进洞影响造成；造成曲线粗糙、毛刺、噪声大的主要影响因素有：传感器、数采、电源系统故障，风扰和气压；固体潮畸变、趋势转折的影响因素主要有：放大器及传感器故障，降雨、气压和雷电。

观测系统故障排查应按照由外及里的步骤进行，即：①检查洞室外供电电源、供电线路、信号线路、采集器、主机；②检查洞室内仪器传感器、放大盒、标定器等。当观测数据出现异常时，根据不同干扰特征，结合本台站具体情况，及时排除可能的干扰因素，尽量避免人为因素造成地震前兆异常干扰。

5 结束语

通过对乾陵台形变观测各种典型干扰进行分析，得到以下认识：①自然环境干扰中，气压、风扰对观测数据影响较小，观测曲线一般出现毛刺及固体潮畸变等现象，不会出现大的突跳、台阶、缺数；雷雨或集中强降雨会造成观测数据大幅变化；防雷改造可有效预防雷击，应加强解决避雷器与形变观测仪器的匹配问题，达到避雷而不干扰数据的效果；②场地环境干扰与场地周围基建、水库、铁路等息息相关，乾陵台目前受场地干扰较小；③人为干扰对观测数据影响时间短、干扰程度较小，工作人员应提高技能尽量减小人为干扰；④仪器自身问题比较复杂，应多对比、多总结同类故障事件，参考其他地震台站解决办法，保证备机、备件工作正常，保障数据完整率、连续率。