0 引言

内蒙古自治区地质构造复杂，活动断层纵横交错，地形地貌差异较大（杨彦明等，2017），东西最长距离2 800 km，海拔1 000—1 500 m。目前，内蒙古地震前兆台网对锡林郭勒盟—呼和浩特—包头—临河—乌海一线重点地区具有较强的地震监测能力，辖区基准地震台站均布设VP型垂直摆倾斜仪（以下简称垂直摆）。

记录完备和高质量的地震台网基础资料是地震观测与研究的重要基础（刘芳等，2013），随着垂直摆仪器频带宽度的增大，仪器采样率增加，数据记录信息量增大，数字化垂直摆观测仪器面临人类活动、自然环境、场地环境等因素的干扰，观测数据携带大量干扰信息，影响观测曲线形态。由于干扰与地震前兆形态相似，难以判定，给数据记录的分析处理带来诸多不便，不利于数据地地广泛应用。目前，对内蒙古地震台站的形变干扰分析较少（戴勇等，2013；刘芳等，2014），未形成统一认识。本文通过分析宝昌地震台垂直摆数据干扰因素，总结其表现形式与规律，以便进一步提高地震数据干扰判别能力，提高地震前兆观测资料分析和处理水平，为地震异常分析提供详实的基础数据。

1 观测背景 1.1 台址构造

宝昌地震台为国家级综合台站，位于宝昌镇西郊，隶属于内蒙古自治区地震局。台基岩性为长石石英斑岩，地处低山丘陵地带，覆盖层较浅，海拔1 487 m。宝昌地震台周围基本构造格架由阴山—燕山隆起/大兴安岭隆起、浑善达克盆地构成，新构造运动强度中等，近代地震活动水平较弱，邻近地区无中强地震活动。

1.2 观测仪器

宝昌地震台垂直摆于2013年10月安装，并于同年11月1日正式投入观测，具有气压、气温、降雨等辅助观测手段。台站对观测数据进行日常分析处理，并通过地震行业专网向内蒙古地震前兆台网中心报送。

垂直摆运行以来，工作性能稳定，能够清晰记录固体潮变化，观测数据连续率较高，具有规律性年变特征。

2 干扰分析

地震前兆异常识别较为复杂，观测资料常受到人类活动、自然环境、场地环境等因素干扰，需要进行相关理论分析及全面、准确的异常核实，将各类干扰从观测数据中剔除。必要时进行定量实验，以确保干扰剔除的准确性。对宝昌地震台观测资料整理分析发现，自然环境、观测系统、人为干扰等对观测资料的影响尤为突出。

2.1 自然环境干扰

由于垂直摆观测精度较高，达0.000 1 μm，在日常观测中易受大风、降雨、气压、温度、雷电等自然环境影响。宝昌地震台垂直摆受风扰、雷雨影响较多；洞室温度、洞外温度和气压变化均会产生影响；湿度也会对观测造成干扰，由于缺少相关数据，文中不做分析。

2.1.1 降雨干扰

宝昌镇雨季为每年的6—10月，大量降水对垂直摆产生较大干扰。根据专家学者的相关研究，降雨时一部分雨水经地表流走，另一部分则渗入山体岩石的裂缝或土层中，岩石的不规则裂缝经雨水渗透，发生膨胀，孔隙间压力发生改变，使岩石产生不均匀变形（陈敏等，2007）。同时，空隙与土层中水的存在，使洞体覆盖层重量产生变化，造成垂直摆观测分量发生倾斜变化（黄晓华等，2008）。2016年8月18日—19日宝昌出现18小时连续降雨天气，宝昌台垂直摆NW、EW分量整点值数据曲线呈缓慢下降趋势，见图 1。分析认为，连续降雨导致雨水渗入岩石裂缝与洞顶覆盖层，因地势原因，雨水流向东侧与南侧，从而造成垂直摆EW、NS分量观测曲线缓慢下降。

2.1.2 雷电干扰

雷电产生的感应磁场可在地面金属网络中产生感应电荷，高强度的感应电荷在金属网络中形成瞬间高压电场，从而对仪器内部的弱电设备进行放电（刘承军，2013）。垂直摆作为高精度数字化仪器，来自雷电的强电磁干扰尤为显著，释放电压过大甚至会损坏内部元器件。

如图 2所示，宝昌台垂直摆2015年6月9日受雷电干扰，因仪器传感器或前置放大器被强电磁干扰造成性能不稳定，导致观测数据曲线出现突跳。观测仪器受雷电影响会加速内部元器件老化，但老化现象不易察觉，可能只表现为观测资料质量的下降，需要密切关注雷击后观测数据曲线的变化。

2.2 观测系统类干扰

观测系统类干扰包括主机、线路、观测辅助装置、前置放大器及数采故障、摆系（粘）靠、超量程等。分析认为，线路、摆系及传感器故障对宝昌垂直摆观测数据影响较大。

2.2.1 线路故障

垂直摆NS向在形变观测仪器中受线路干扰严重。观测室内湿度较大，且垂直摆NS向密封不严密，致使柔丝受潮严重线路容易发生故障。此时，NS分量观测曲线表现为数据突跳，见图 3。该干扰数据为无效数据，预处理时需进行缺数处理，将对数据完整率与连续率产生一定影响。

2.2.2 摆系（粘）靠摆

地震震级较大，震中距较远，地震产生的面波周期与仪器自振周期接近时，由于共振影响，垂直摆容易发生（粘）靠摆现象，并中止记录。

受2017年8月8日九寨沟县7.0级大震影响，宝昌台垂直摆EW分量出现摆系靠摆现象，导致2017年8月8日21时30分至8月9日6时41分数据缺测。8月9日6时42分工作人员对垂直摆EW分量进行调零处理，观测数据恢复正常。此次靠摆造成EW分量缺数551 min，影响数据使用，见图 4。

2.3 人为干扰

在实际观测中，工作人员的活动会对形变山洞内观测仪器造成干扰，影响正常观测。人为干扰类型较多，如参观检查、标定调零、升级改造、维修仪器等，均可造成数据曲线畸变。调查发现，宝昌台垂直摆在调零校准时对观测曲线影响大，多次出现脉冲、台阶和坏数现象。此类数据为错误数据，在数据预处理时进洞行缺数处理。

2.3.1 标定调零

根据地壳形变台网中心形变学科组《地震前兆台网形变观测与运行工作细则》，宝昌台定期对垂直摆进行校准，以便保持观测数据的准确性和可靠性。

2016年1月10日8时57分至10时46分，多次对VP垂直摆进行标定，观测数据受到干扰，观测曲线多次出现尖脉冲和坏数，具体表现为：垂直摆数据产生畸变，持续时间109 min，变化幅度为8×10^-3″，见图 5(a)。2016年9月6日9时56分对EW向进行调零，出现台阶和坏数现象，变化幅度为8×10^-3″；9月7日8时14分对NS向进行调零，数据产生台阶；变化幅度为9×10^-3″，见图 5(b)。

2.3.2 仪器维修

2017年8月10日07:51—15:00工作人员进山洞仪器室检修仪器，清洗齿轮，造成人为干扰，观测数据出现畸变。其中NS分量最大变幅为318.000×10^-3″，EW分量最大变幅为738.050×10^-3″，与正常曲线NS分量最大变幅15.114×10^-3″及EW分量最大变幅12.282×10^-3″相差较大，最大变幅表现形态为固体潮畸变，持续时间429 min。仪器检修完成后数据恢复正常，见图 6。

3 同震响应识别

因地震活动造成的观测数据异常，引起同震变化、震后效应的事件称为地球物理事件。垂直摆观测曲线受干扰主要表现为：断记、突跳、尖脉冲、台阶、毛刺等，同震响应与一般干扰观测曲线不同，垂直摆与地震仪记录的地震波形态一致性较好，同震响应时间基本与S波到时一致（曹玲玲等，2010），因此可有效区分同震响应与一般干扰。

强烈地震发生后数分钟到数十分钟内，宝昌地震台垂直摆可以观测到显著波动和阶跃变化，能够清晰分辨大地震冲击波，同震效应显著。如图 7所示，2017年7月21日6时31分，土耳其（36.90°N，27.53°E）发生6.8级地震，宝昌台地震仪记录的P波到时为6时41分，S波到时为6时50分，垂直摆记录到同震响应时间为6时50分，与S波到时相同，故该仪器同震响应起始时间出现在S波到达之后，与曹玲玲等（2010）的研究结果一致。

由图 7可见，垂直摆NS分量最大变幅为57.753×10^-3″，EW分量最大变幅为54.967×10^-3″，同震变化明显，进一步证明该仪器的映震能力较强。

4 结论

通过对宝昌地震台VP垂直摆观测数据中存在的典型干扰进行分析，依据成因将干扰主要分为自然环境、观测系统、人为干扰3种类型。研究发现，各类干扰对VP型垂直摆倾斜仪各测项正常动态具有较大影响，3类干扰具有普遍性，在实际工作中，需对观测仪器动态记录进行研究，查找干扰源，及时排除故障，使地震观测数据资料更具有使用价值。

（1）VP型垂直摆倾斜仪具有较好的稳定性和可靠性，自投入观测以来运行良好，数据观测精度较高，资料连续性好，能够清晰记录固体潮变化特征，观测资料具有规律性的年变特征。

（2）地震前兆异常一般混杂在各类干扰之中较难识别。因与各类干扰的来源不同，可对异常信号进行追踪、调查，排除干扰，最终判定是否为地震前兆异常。

（3）VP型垂直摆倾斜仪主要受降雨、雷电、气压等自然环境因素干扰。降雨是影响形变观测的典型和普遍的干扰类型，对观测记录的干扰与降雨的时间、强度相关，集中式强降雨会造成观测数据的大幅变化。对于降雨干扰，后期可通过技术手段进行减弱或者消除。对于雷电影响，可在市电前接入防雷设备，将雷电产生的电压通过避雷装置引入地网，从而有效避免雷电干扰。此外，对观测山洞洞体内毛洞与观测室交界、门、穿线孔等部位进行密封处理，进出山洞时随手关门，尽量减少气流扰动。

（4）VP型垂直摆倾斜仪观测系统类干扰主要包括线路、摆系和传感器故障。对于线路受潮引起的数据突跳，可在仪器外部增加防潮罩，并在内部放置干燥剂且定期更换，做好防潮措施。观测山洞洞体内配备质量较好的发电机，解决停电等突发状况，以保证观测资料的连续性。

（5）人为干扰不可避免，在实际观测过程中，需要对仪器进行调整时，可以通过减少操作人员数量、缩短时间等手段，将干扰对数据的影响降到最低。