0 引言

在地震活动地区进行地热动态的长期连续观测，是近年兴起的地震前兆观测和研究的一种新方法，是地热学用于地震科学研究的一个新领域。地热前兆方法是通过研究地球热状态，特别是地表层的热状态及其随时间的变化进行地震预报(中国地震局监测预报司，2007)。20世纪80年代，随着我国高精度石英测试计的研制成功与推广应用，利用观测深井水温来研究地下水微温度场变化的工作取得进展，深井水温观测已经成为目前我国地震监测中的一处重要测项(邱永平，2011)。实践表明，在地震地下流体动态观测中，水温对地震活动的响应非常敏感，在地震预测研究中发挥了重要作用(国家地震局预测预防司，1997；顾申宜等，2011)。本文对德令哈地震台(下文简称德令哈台)水温测项2008—2016年观测资料进行数据干扰特征分析及干扰剔除，以寻求水温观测干扰的规律性认识，为今后同类数据分析提供参考。

1 德令哈台观测背景 1.1 台站概况

德令哈台位于青海省海西州德令哈市东北郊，海西州州府所在地，台基岩性为较坚硬完整的花岗岩，周边分布花岗岩类构造低山，以北10 km处为宗务隆山断裂带。德令哈台周围分布多条新生代活动断裂带，新构造活动迹象比较明显，地震活动频繁，建台至今有多次中强地震发生，其中最大地震为2003年4月17日德令哈6.8级地震(青海省地震局，2005)。

德令哈台地表为风化岩石，3 m以下为较完整花岗岩，周边环境复杂、特殊，黑石山东水库、巴音河、公园人工湖、农用灌溉水渠等干扰源与台站最大直线距离小于1.5 km，不符合地震台站观测环境技术要求。随着城市的发展和周围环境的变化，环境干扰问题日益突显。2007年德令哈台前兆各测项数字化仪器投入使用后，井下仪器(钻孔应变仪、钻孔倾斜仪、水温仪)受到不同程度地干扰。德令哈台2009年起对环境干扰进行排查，2011年起测量记录人工湖水位变化，并记录抽注水情况，走访台站周边5 km范围内的园林站、黑石山水库、气象局、自来水公司，查找影响观测仪器数据变化的原因，为今后地震预报工作奠定基础依据(图 1)。

1.2 水温测项

德令哈台观测井系青海省海西州地震办公室于1997年投资钻探，井深98 m(表 1)，地下水类型为承压水，其余基础资料不详(已缺失)。

中国地震局地壳应力研究所研制的SZW-1A型数字式温度计为地热前兆观测专用石英温度计，具有高分辨率、高稳定性、高精度、宽量程、数字化自动观测等特点。由于采用智能化设计、CMOS系列集成电路，该温度计同时具有高可靠、低功耗、功能强、管理使用方便等性能。德令哈台2007年7月采用该温度计开始进行水温观测。目前，与钻孔倾斜仪同井观测，探头置深分别为80 m和76 m，在观测井附近无动(静)水位观测手段。

2010年起，德令哈台水温观测数据每年3月至11月中旬水温数据突升、突降和突跳变化频繁，且时间随机，数据可用性不高；11月中旬至次年3月中旬，数据变化平稳，产出数据有一定研究价值。为深入了解水温观测数据频繁变化的原因，2013年德令哈台新增一套同型号SZW-1A型数字式温度计同井同深度进行比对观测(表 1)，所测水温数据变化一致，可见非仪器自身原因所致。

2 德令哈水温观测年变曲线 2.1 年动态变化曲线

德令哈观测井受地下水活动影响较大，温度短期动态受地下水活动控制，温度值在0.003℃/d上下波动，长期背景动态为升温波动型，短期正常动态背景特征为稳定型(李国佑，2014)。

选取2008—2016年水温观测数据，分析该台水温数据年动态变化，观测曲线见图 2。由图 2可见，自2008年1月开始，水温观测曲线呈波动上升趋势(图 2)，且速度较为稳定，年变化幅度不超过0.05℃；自2014年3月开始，水温动态由缓慢上升转为缓慢下降趋势，且速度较为稳定，年变化幅度不超过0.009℃。

2.2 观测数据异常

自2008年5月12日汶川8.0级地震(距德令哈台水温观测井481 km)以来，中国大陆进入新一轮地震活跃期，青海地区地震活动水平明显增强，在德令哈表层水温观测井900 km范围内发生多次地震，如：海西州大柴旦地区发生2次6级以上地震(震中距231 km)，2010年4月14日玉树发生7.1级地震(震中距900 km)，2013年3月28日德令哈发生3.8级地震(震中距31 km)，2014年10月2日乌兰县发生5.1级地震(震中距115 km)，2016年1月21日门源县发生6.4级地震(震中距376 km)，见图 2。多次地震的发生表明德令哈台是进行地震研究的良好测点，因此，国内地震工作者比较重视该台产出的地震前兆观测资料，尤其是水温观测资料，邱鹏程等(2005)、何案华等(2012)、王永刚等(2012)分析认为，德令哈水温数据变化曲线与周边强震对应关系较好。

研究发现，在以上诸多地震中，德令哈水温测项未明确记录到异常，可见：①德令哈台水温仪观测环境并不理想，周围干扰因素较复杂；②数据干扰大，需要识别各种干扰源，尽量减少并避免各类干扰，在分析某个测点的某个测项异常前，应对该测点或测项所受各类自然环境、人为、观测技术系统故障等干扰因素研究透彻。

3 水温干扰

在分析处理数字化地震前兆资料时，需要面对各类干扰因素引起的动态变化。研究地震前兆观测中的干扰因素及影响形态，是捕捉地震前兆异常不可或缺的前提。德令哈台水温仪经多年运行，积累了大量观测资料，但也多次因各种故障导致数据断记或干扰。通过对水温观测资料的分析，认为主要存在观测技术系统、人为和观测环境变化等干扰。

3.1 观测技术系统干扰

观测技术系统包括仪器的供电、地震数据的采集、存储和传输等环节，任一环节出现故障，均会影响到地震资料的连续、准确、可靠。此类干扰具有发生时间随机、持续时段较长，突变、异常变化幅度较大等特点。

(1) 仪器故障。德令哈台2009年9月12日—16日因主机故障导致数据断记，观测曲线出现台阶，更换仪器后开机，数采受电流冲击产出大幅度突变数据(图 3)。

(2) 雷电影响。德令哈台1997年安装避雷装置，避雷面积基本覆盖仪器观测室和摆房，仪器遭受雷电影响少见。2013年5月6日—7日德令哈台水温仪受雷电影响，干扰比较明显，观测曲线表现为向下突变(图 3)。

(3) 供电影响。供电故障经常影响水温仪正常运行，造成记录中断或数据干扰。2016年11月8日—9日因市电断电，德令哈台机房UPS电源切换为直流供电模式时出现故障，造成数据中断(图 3)。

3.2 观测环境变化干扰

德令哈台周边环境复杂，1.5 km范围内分布黑石山水库、巴音河、公园人工湖、农用灌溉水渠等干扰源。观测环境是保障地下流体台站得以正常发挥观测效能的周围各种因素的总体，其范围一般不超过观测井外围10 km半径地区(中国地震局，2004)。

(1) 人工湖干扰。德令哈台北西方向约100 m处的公园人工湖蓄水用于浇灌树木，蓄水量变化对水温观测产生严重干扰，干扰时段在每年3月底至11月初前后。人工湖每年蓄水时间不确定，使得德令哈台水温变化时间无规律性，至11月初冬灌结束(图 4)，水温观测数据变化趋于平稳。

(2) 灌溉水渠。该水渠宽1.5 m，NW走向，位于井孔东北116 m处，每年3月底通水，灌溉沿途田地、树木、花草等，至11月初冬灌结束后停水，持续时间约8个月，其余时间偶尔有水(图 4)。该水渠的渗漏作用可引起德令哈台水温观测数据出现干扰变化，但不是数据变化的主要原因。

(3) 黑石山水库。黑石山水库水库长3.2 km，宽790 m，设计库容3 664万m³，年径流量3.2亿m³，距德令哈台直线距离最近1.4 km，是一座以灌溉防洪为主的中型水利枢纽工程。该水库每年3月下旬解冻，4月下旬开始放水，5月初放水量显著增加，6月底或7月初达放水高峰，12月初进入冰冻期(图 4)。水库的出入库流量对水温观测的干扰作用并不明显，相较而言，人工湖蓄水量对德令哈台水温观测数据变化的影响更大。

进行地震前兆异常分析，正确区分各类影响因素产生的干扰变化是一项重要的基本工作，关系到前兆异常提取及结论的正确与否，由于各台站观测点所处地理位置、气候及地质水文条件不同，干扰程度存在差异，而降雨、降雪带来的影响则较小。

3.3 人为干扰

地震仪器现场维修维护、调零、标定及台站附近建筑施工等人为干扰均会对地震观测造成影响。人为干扰一般为短期或暂时影响，具有明显的规律和特性。影响德令哈台水温仪的人为干扰主要有：仪器的现场维护维修及检查等。

(1) 仪器检修。德令哈台水温仪与钻孔倾斜仪同井观测，2011年7月4日18时18分至18时55分钻孔倾斜仪现场维修，误将水温仪探头一起提出水面，导致水温观测数据受到严重干扰，干扰幅度约背景值4倍(图 5)。

(2) 观测仪器安装对比。2013年4月18日准备新安装一套水温仪进行对比观测，于18日09时40分至10时07分量取水温探头深度，将探头从井孔取出造成数据突跳，在20日09时46分安装新水温仪，下放探头时造成数据突跳(图 5)。

(3) 施工改造。2016年5月29日11时17分至6月2日23时00分德令哈台《台站综合观测技术保障推广改造施工》项目启动，造成水温观测数据出现断记和突变现象(图 5)。

德令哈台水温仪人为干扰具有持续时间短、突变、异常变化幅度较大等特点，因2套水温仪及1套钻孔倾斜仪为同井观测，任一仪器出现故障进行检查或维修时，均会对其他2套仪器造成不同程度的干扰，为保障仪器正常工作，该干扰不可避免。

4 结论

德令哈台所处地理位置特殊，地震前兆测项较多，存在河流、湖泊、水库、水渠等干扰，分析认为主要存在观测技术系统干扰、人为干扰和观测环境变化3类干扰。

(1) 观测环境干扰主要为降雨、降雪、人工湖蓄放水、水渠灌溉、水库流量变化等，其中人工湖蓄水量是影响德令哈台水温数据变化的主要因素。

(2) 排除各类干扰后，德令哈台水温测项在多次地震前均未出现明显的前兆异常，说明地震孕育机制复杂，需要不断探索和研究。

(3) 若2个前兆测项探头置于同一井孔，现场维修其中一个探头会影响另一个测项的正常记录(文勇等，2014)。

(4) 在分析某测点的某测项前兆异常前，应对该测点或测项所受各类自然环境、人为、观测技术系统故障等干扰研究透彻。

一些研究人员在地震发生后应用地震台站观测数据进行总结、研究时，往往会发现地震发生前有些数据是有变化的，但不能确定该变化就是地震异常。只有掌握地震台站观测数据变化的原因，并剔除相关干扰，才能准确判断地震前兆异常，为地震研究服务。