地壳形变是地震孕育、发生过程中突出的伴生现象，与地震具有直接关系。形变观测以获取地壳形变的几何和物理信息为目的，能直接显示地壳深部震源区的变化（梅世蓉，1996；孙伶俐等, 2010, 2011；王双绪等，2013；丁雨等，2014；于庆民等，2015）。形变观测已成为一种重要的地震前兆监测手段，地应变、地倾斜等定点形变测量指标能直接反映地壳介质的微动态变化，观测优势在10^-6—10^-10的变化量级，为地震前异常变化资料的积累和研究提供可靠的观测数据（张雁滨等，2002；蒋海昆，2005；刘其寿等，2010；狄樑等, 2012, 2013；赵小贺等，2014；邢喜民等，2015）。

武汉及周边地区形变测项多年观测结果表明，形变观测数据受各种因素干扰概率较高且影响机理复杂，给地震异常识别带来困难。文中对武汉及周边地区形变仪器的宏观、微观资料进行特征分析，对干扰形态进行系统总结，寻找规律、分析成因，对观测资料内在精度、相对噪声水平等指标进行全面总结分析，科学、客观地评价形变观测数据的有效性，总结观测系统、自然环境及地球物理事件响应变化对形变观测资料的影响特征等，为地震分析预测、地震异常识别积累可靠的基础资料。

武汉及周边地区地处江汉地震构造区、鄂东北地震构造区和鄂东南地震构造区交汇地带（图 1），地质构造上位于扬子板块东北缘，与秦岭大别微地块交接，襄樊—广济大断裂与郯庐大断裂交汇于此，团凤—麻城断裂、天门河断裂、麻洋断裂等横穿其中，具有发生中等强度地震的地质构造背景，是鄂豫皖重点危险区震情跟踪和地球物理台网数据跟踪分析重点地区。

图 1(Fig. 1)

图 1 武汉及周边地区形变台站地理位置及构造地质特征 Fig.1 Geological location and tectonic geological map of deformation seismic station in Wuhan and its surrounding area

武汉及周边地区布设武汉基准地震台和黄石地壳形变观测站进行形变观测，形变仪器主要技术指标及参数见表 1。

表 1(Tab. 1

表 1 武汉及周边地区形变仪器主要技术指标Tab. 1 Main technical indexes of deformation instruments in Wuhan and its surrounding area 台站名称 安装时间 记录方式 型号 灵敏度 漂移量 基线长度 基线方位 武汉 2007年7月 “十五” DSQ 0.000 5″ ≤0.005″ DE = 23.51 m，DN = 13.0 m αEW = 90°，αNS = 0° SSY 10-9 ≤10-6/年 DE = 23.51 m，DN = 13.0 m VS 0.000 1″ ≤0.005″ 摆长10 cm / 黄石 2007年7月 “十五” DSQ 0.000 5″ ≤0.005″ DE = 25.79 m，DN = 26.56 m αEW = 90°，αNS = 0° SSY 10-9 ≤10-6/年 DE = 25.79 m，DN = 26.56 m

表 1 武汉及周边地区形变仪器主要技术指标 Tab.1 Main technical indexes of deformation instruments in Wuhan and its surrounding area

武汉基准地震台形变测点即武汉狮子山台（以下简称武汉台），配备“十五”形变数字仪器3套，分别是DSQ型水管倾斜仪、SS-Y型铟瓦棒洞体应变仪和VS型垂直摆倾斜仪。武汉台台基为泥盆系中厚层石英砂岩，构造上属近EW向五家店覆背斜南支的一个小背斜北窑，观测山洞内温度日变化≤0.1℃，年变化≤0.5℃。黄石地壳形变观测站（下文称黄石台）配备“十五”形变数字仪器2套，分别是DSQ型水管倾斜仪和SS-Y型铟瓦棒洞体应变仪。黄石台地质构造上处在近EW向黄石背斜北翼，背斜部为上泥盆统，观测山洞内温度日变化≤0.1℃，年变化≤0.5℃。

武汉台和黄石台DSQ型水管倾斜仪和SS-Y型铟瓦棒洞体应变仪所在观测室环境良好、洞室温度变化稳定，仪器运行平稳，观测曲线固体潮年变清晰、光滑，长趋势观测曲线无明显季节性变化规律，不含固定周期波动成分，常表现为单调上升或下降变化形态（图 2），具有观测资料稳定、观测质量较高的特点。武汉台VS型垂直摆倾斜仪观测数据在长周期年变规律背景上叠加较明显的季节性变化，以年为周期重复出现某种成分的波动，见图 2(b)。武汉台VS型垂直摆倾斜仪和黄石台SS-Y型铟瓦棒洞体应变仪观测数据存在不稳定、无规律波动的趋势变化，易受降雨干扰，表现在长趋势观测曲线出现鼓包现象，降雨停止后3—5天恢复正常变化形态，见图 2中(b)、(d)图。

图 2(Fig. 2)

图 2 武汉及周边地区形变仪器长趋势观测对比曲线 (a)武汉台SS-Y伸缩仪；(b)武汉台VS垂直摆；(c)黄石台DSQ水管仪；(d)黄石台SS-Y伸缩仪 Fig.2 Annual comparison of long-term observation curve of deformation instruments in Wuhan and its surrounding area

运用MapSIS地震前兆信息处理与软件系统，对武汉台和黄石台2007—2016年度DSQ型水管倾斜仪和SS-Y型铟瓦棒洞体应变仪的NS、EW分量观测数据整点值，进行长系列调和分析，得到潮汐因子、潮汐因子中误差和相位滞后等质量指标，结果见图 3和表 2，可见：各指标于2007—2008年度仪器安装初期变化幅度较大，无明显变化规律；2009年至今，各指标变化较为稳定。观测数据调和分析结果表明，武汉台和黄石台形变观测背景变化稳定，观测资料精确度、稳定性和连续性已达国内优秀形变台站水平，资料可信度较高。需要指出的是，黄石台2012年1月—2014年5月山体洞室维修期间，DSQ型水管倾斜仪和SS-Y型铟瓦棒洞体应变仪停测。

图 3(Fig. 3)

图 3 武汉及周边地区形变仪器2007—2016年潮汐因子、潮汐因子中误差和相位滞后变化 (a) DSQ水管仪；(b) SS-Y应变仪 Fig.3 Characteristics of tidal factor, median error of tidal factor and phase lag from 2007 to 2016 of deformation instruments in Wuhan and its surrounding area

表 2(Tab. 2

表 2 武汉及周边地区形变仪器M2波潮汐因子均方差、长周期拟合相对噪声水平M1Tab. 2 Mean square error of M2 wave tide factor, M1 relative noise level of deformation instruments in Wuhan and its surrounding area 台站 仪器名称 质量指标 2007年 2008年 2009年 2010年 2011年 2012年 2013年 2014年 2015年 2016年 武汉 DSQ Mγm2 初安装 0.010 3 0.010 0 0.009 1 0.009 3 0.008 7 0.007 6 0.008 2 0.011 5 0.009 5 M1/10-3″ 初安装 0.009 7 0.008 5 0.009 0.001 1 0.008 0.007 7 0.007 7 0.009 1 0.008 SSY Mγm2 初安装 0.151 5 0.024 9 0.080 1 0.067 0.055 0.066 3 0.050 8 0.079 3 0.069 M1/10-3″ 初安装 0.019 8 0.015 7 0.018 2 0.043 1 0.016 8 0.023 1 0.02 0.025 5 0.024 2 黄石 DSQ Mγm2 初安装 0.005 7 0.003 4 0.003 6 0.003 9 0.003 9 0.003 3 0.003 0.004 8 0.003 8 M1/10-3″ 初安装 0.009 7 0.005 7 0.005 2 0.004 6 0.003 2 0.003 1 0.003 3 0.005 5 0.004 9 SSY Mγm2 初安装 0.346 9 0.082 2 0.028 7 0.024 7 0.020 4 0.023 0.025 0.037 4 0.028 6 M1/10-3″ 初安装 0.069 9 0.033 7 0.030 7 0.014 2 0.042 3 0.047 2 0.021 2 0.021 4 0.023 2

表 2 武汉及周边地区形变仪器M2波潮汐因子均方差、长周期拟合相对噪声水平M1 Tab.2 Mean square error of M2 wave tide factor, M1 relative noise level of deformation instruments in Wuhan and its surrounding area

由表 2可知：武汉台DSQ型水管倾斜仪和SS-Y型铟瓦棒洞体应变仪潮汐因子均方差年均值分别为0.009 3、0.072，黄石台分别为0.004、0.074，可见水管倾斜仪观测精度高于铟瓦棒洞体应变仪，且黄石台水管倾斜仪观测精度高于武汉台；武汉台DSQ型水管倾斜仪和SS-Y型铟瓦棒洞体应变仪相对噪声水平年均值分别为0.007 6、0.023，黄石台分别为0.005、0.035，可见水管倾斜仪观测资料稳定性优于铟瓦棒洞体应变仪。

通过对武汉台和黄石台2015年度形变观测数据典型变化进行系统总结和跟踪分析，发现影响因素主要包括人为干扰、自然环境和观测系统故障，统计结果见图 4。

图 4(Fig. 4)

图 4 武汉及周边地区形变仪器2015年度事件类型比例 (a)武汉台；(b)黄石台 Fig.4 Proportional distribution of event type in 2015 of deformation instruments in Wuhan and its surrounding area

统计发现，武汉台VS垂直摆受人为干扰（仪器调零）严重，黄石台SS-Y应变仪受自然环境影响较频繁，且2个台SS-Y应变仪映震能力明显弱于DSQ水管仪和VS垂直仪，部分干扰曲线见图 5。人为干扰主要为仪器调零、标定及人员进洞干扰，观测曲线表现形态有原始数据缺数、台阶、数据突跳等，见图 5(a)；自然环境影响因素主要是降雨、气压和雷电干扰，观测曲线主要表现为急剧上升或下降、拐折性突变形态、高频扰动、噪声增大等，见图 5(b)；黄石台2015年观测系统主要存在避雷、传感器和主机故障，观测曲线主要出现台阶、突跳和噪声大等现象，见图 5(c)。

图 5(Fig. 5)

图 5 武汉及周边地区线典型事件干扰特征 (a)2015年9月19日武汉台DSQ水管仪调零及标定；(b)2015年2月21日—3月3日武汉台SS-Y应变仪降雨干扰；(c)2015年5月16日—20日黄石台SS-Y应变仪主机故障 Fig.5 Characteristic of typical event disturbance in Wuhan and its surrounding area

综上所述，可以得到以下结论：①武汉台VS垂直摆和黄石台SS-Y应变仪NS分量受降雨干扰明显；②武汉台和黄石台2007—2016年度形变观测数据背景变化稳定，DSQ水管仪观测精度和资料稳定性均优于SS-Y应变仪；③武汉台和黄石台形变观测数据典型变化主要影响因素为人为干扰（调零、标定）、自然环境（降雨、气压）和观测系统故障，且SS-Y应变仪映震能力较其他仪器弱。