0 引言

近年来，随着经济社会发展和城市现代化进程的加快，地震监测设施逐渐被城镇、开发区和厂（矿）区等所包围，轨道交通、人类的生产、生活等干扰不断出现，且影响程度日趋严重，导致观测数据质量逐年下降，环境干扰问题日益突出，成为制约我国地震预测预报水平提升的关键因素。这些现状为观测环境保护工作提出了新的挑战和更高的要求。

多数观测环境干扰具有持久性特点，一般短时间内难以消除，只有采取台站搬迁或抗干扰措施来应对。例如：高压直流输电线在调试或发生故障时，将对周边电磁观测数据产生干扰；观测站附近的水厂抽水，对周边流体、形变等测项将产生长期干扰等。已有学者对区域和台站开展了观测环境干扰分析，如：车用太等（2004）对地下流体动态的观测环境干扰进行了研究；蒋延林等（2015）对高邮台地电场受工厂漏电干扰情况进行了分析；屈曼等（2019）对河北地倾斜观测所受观测系统、观测环境和气象干扰进行了分析；鲍海英等（2020）就高压直流输电对地电场的影响进行了分析。

文中利用我国地球物理台网近年来开展的跟踪分析工作成果，统计全国地球物理观测环境所受相关破坏情况，分析环境干扰的时空分布和形成原因，总结干扰类型及其典型形态特征，为今后加强观测和抑制干扰等提供参考。

1 观测环境干扰统计

我国地震地球物理站网由地下流体、地壳形变和电磁3大学科台网（刘春国等，2015）组成，测项超50种，主要观测手段包括GNSS、水位、水温、氡、汞、地倾斜、地应变、重力、地磁、地电阻率、地电场等。目前，全国地球物理台网在运行观测站1 040个，其中地壳形变仪器948套（含重力、形变、GNSS观测手段）、电磁仪器657套、地下流体仪器1 725套（含辅助观测手段），合计3 330套。

（1）时间上变化。据2015—2019年全国地球物理台网观测数据跟踪分析事件记录，全国地震监测仪器受观测环境影响的数量逐年增加，2018年达峰值，2019年与2018年基本持平（图 1）。据统计，2019年受环境干扰仪器有681套，与2015年相比（487套），增长约40%，其中上海、河南、甘肃、宁夏、内蒙古、江苏、四川、山西、北京、陕西、天津、云南、山东受影响仪器占比均在30%以上（图 2）。全国各省市受干扰仪器数量变化主要有以下特点：①逐年递增，如安徽、北京、福建、海南、湖南、辽宁、青海、山东、上海；②保持稳定，如广西、贵州、河北、湖北、江苏、宁夏、陕西、天津、云南、浙江；③逐年增多但2019年干扰减轻，如甘肃、广东、河南、黑龙江、江西、内蒙古、山西、四川、西藏；④变化不稳定，如吉林、新疆。

（2）干扰类型统计。干扰类型主要有基建施工类、地下水开采（抽水）、轨道交通类和高压直流输电。基建类干扰对地震监测台网所有观测手段均有不同程度的影响，受影响地区涉及19个省市自治区，其中新疆、甘肃所受影响最大。地下水开采主要对地下流体和形变观测产生影响，23个省市自治区59个台站受此影响，其中北京、河北、云南、宁夏、新疆等地所受影响较大。该干扰主要集中在人口密度较大、工业较发达地区，随着社会经济的发展，影响将持续增加。轨道交通（地铁、铁路等）的建设和运行，对地磁、地电、形变和流体等观测手段产生影响。此类干扰分布与我国轨道交通建设发展现状相匹配，经济发达地区所受干扰较大，如京津冀、江苏、上海等地，随着城市的现代化进程，干扰日益严重。高压直流输电干扰对电磁台站造成不同程度的干扰。据统计，全国在运行28条高压直流输电线路中有26条线路对电磁观测产生干扰，其中京津冀、河南、江苏、甘肃、陕西、山西、湖北等地干扰严重，每年有200多天受到影响。随着国家电网的发展，西电东输等国家战略的实施，高压直流输电线路的建设和运行规模越来越大，干扰将更加严重。

2 环境干扰特征 2.1 基建类干扰

城市建设、公路铁路建设、矿藏开发、基础设施等均属基础建设。台站测区周边工厂、商品房、城中村、学校等基建工程建设过程中发生的爆破、振动等，均会对形变、重力、地磁学科观测产生影响。工程完成后发生的荷载变化，也将对形变、电磁、流体学科观测造成严重干扰。基建类干扰造成测项产生以下变化形态：毛刺、突跳、高频抖动和阶变及漂移等。

2019年1月，湖北十堰柳林沟DSQ水管倾斜仪NS分量和SSY铟瓦棒伸缩仪NS分量均出现大幅度快速北倾破年变变化。排查发现，距测点以南约150 m处有房地产项目施工，造成测点南端荷载生较大改变。又如，2019年四川小庙台重力观测受西昌城北一级公路施工影响，数据持续上升，见图 3。

2.2 地下水开采干扰

地下水开采涉及农业、工业、生活用水。大量地下水开采容易引起台站周边水位的变化，从而导致地下水量减少、荷载发生变化，进而影响水位、形变观测。受抽水影响，形变变化多表现为波形畸变，水位、水温的变化形态多表现为上升—恢复、突跳、下降—上升。

仙游地震台流体观测井深150 m，套管21.6 m，水位埋深约26 m，水温探头置于井下120 m处。2017年7月5日起，该台TDL-15数字水位仪、TDT-36数字水温仪观测同步出现振荡、大幅上升异常，伴有突降现象。经现场落实和实验，判定该异常为观测井周边民用机井抽水所致。同时，台站周边出现新的机井，加剧了该台观测环境的破坏，由2019年该台静水位、水温观测整点值数据和预处理数据曲线可见，水位观测所受干扰明显，见图 4。

2.3 轨道交通干扰

城市轨道直流供电运输系统包括有轨电车、地下铁道与轻轨，其中有轨电车在地面行驶，地铁列车在地下隧洞行驶。轨道交通采用直流供电，运行时会对地漏电，造成观测场地地下电性结构发生变化，或出现工频、非工频等无规律的流散电流源干扰，其影响距离远且具有日周期性。电磁观测受轨道交通干扰严重，观测数据主要表现为噪声变大。

无锡台与地铁距离约4.5 km，在地铁运行期间，地磁相对观测各测项数据噪声变大，见图 5。南京台地电观测基地位于南京市高淳区东坝镇叔村，距南京市中心约80 km，多条地铁线路对其产生不同程度的影响，其中该场地与南京机场线距离约40 km、与宁高线（机场—高淳）距离约11 km、与宁溧线S7距离约33 km，在以上轨道交通运行期间，地电阻率和地电场日变化噪声增大，产生大量明显高频突跳，见图 6。

2.4 高压直流输电干扰

高压直流输电线路多采用双极两端中性点方式接地，在高压直流供电系统进行调试或出现故障时，会出现大的不平衡电流，对线路两侧台站的地磁和地电场观测造成干扰，且干扰长期存在，在观测数据变化形态上主要表现为台阶或尖峰。

哈密南—郑州特高压直流输电线路距洛阳台约100 km，电流波动对洛阳地电场观测影响较大，干扰曲线形态主要为台阶与顶部波动。其中磁通门磁力仪Z、H、D分量数据曲线产生阶变，地电阻率仪自然电位差NS向、EW向数据产生台阶（图 7）。

2.5 其他环境干扰

除上述干扰，还有灌溉、金属管线、车辆等常见环境干扰。

（1）灌溉干扰。在观测区域内，灌溉对电磁学科测项干扰比较严重。若灌溉区距测区或电极太近，灌溉时会造成地下介质改变，使电磁观测发生趋势性变化，若外线路有破损，导致外线路不绝缘，则容易使得数据失真而产生阶跃、台阶变化。

以合阳台地电观测为例，分析台站周边农田灌溉对观测数据的影响。由图 8可见，每年春夏季节，合阳台周边农田进行灌溉时，该台地电观测场地地下电性结构发生变化，地电场观测数据曲线变化形态多呈脉冲阶跃状，地电阻率数据曲线变化形态多呈下降趋势，自然电位差变化形态多表现为突跳等，灌溉结束测项数据恢复正常。

（2）车辆干扰。台站周边修建公路、停车场、景区等设施，车辆经过或停靠时对地磁、形变等数据产生影响，在数据变化形态上主要表现为毛刺、台阶等。

汉中地震台（南郑813厂）观测山洞西南100 m处有一工厂，载有货物的大货车队通过减速带和过磅时引起振动，造成水管仪观测数据曲线出现毛刺现象。漳州台磁力仪受到磁房外水泥路上过往车辆干扰，观测数据曲线出现若干小台阶。车辆干扰曲线见图 9。

3 常见环境干扰应对措施

环境干扰一般长期存在，仅少部分（如施工）干扰会自动消失。为有效防止干扰发生并消除其影响，目前常采用以下措施：依托法律法规，采取环境保护措施，尽可能防止干扰发生；采用抗干扰观测技术，最大限度地降低干扰的影响程度；采用数据处理方法，识别并排除干扰影响。

3.1 加强观测环境保护措施

制定国家标准，配合法律法规实施观测环境保护。中国地震局按照《防震减灾法》和《地震监测管理条例》中对地震观测环境的定义、管理和保护要求的明确规定，制定出台4项行业标准，明确了电磁、地壳形变、地下流体学科对观测环境的技术要求（DB/T 19531.1—2004），并印发了《关于加强地震监测台站观测环境保护工作的通知》，要求各省市地震局将地震监测设施的地点和保护范围，向当地国土规划及公安部门进行备案，并制作统一标志牌等，加强保护工作。

为了保障监测数据质量，加大地震监测设施和地震观测环境保护力度，各级地震主管部门积极采取措施，说服地方政府调整或修改工程建设方案以规避监测站，与建设单位协商，地震台站或观测场地实施搬迁、就地恢复或增建抗干扰设施等措施，尽量减小对监测台网的影响，确保监测数据的准确性、有效性。

依据《防震减灾法》以及相关法规，加大地震观测环境保护的宣传力度，加强与地方政府的沟通与交流，修改或停止对监测台站影响较大的工程建设项目方案。例如：高邮市政府在江苏高邮台测区内规划道路修建工程，高邮市地震局积极与国家相关部门进行沟通协调，该项目最终被停止。

3.2 加强抗干扰观测技术研究

采用新的观测技术手段和观测方法，就地改造或新建抗干扰设施，恢复台站地震监测。例如：①流体学科测项通过改造观测装置，采用潜水泵变频稳流抽水观测技术，实现出水口出水流量的恒定，恢复水化学观测；②地电学科采取深井地电阻率观测，以减小观测站地表浅层杂散电流的干扰。

3.3 采用数据处理方法进行干扰识别

对于已知的典型干扰源影响，可采用专业数据处理方法予以识别，如应用时序分析和频谱分析等方法，进行数据干扰识别与排除。近年来，基于水文地质模型和大地电场潮汐机理的岩体裂隙模型的数据处理方法，逐渐应用于分析和滤除干扰因素的影响，并取得较好效果（易立新等，2004；谭大成等，2019）。地磁学科针对高压直流输电干扰，研制了“高压直流输电对地磁观测影响的判别处理系统”，制定了高压直流输电干扰预处理算法（鲍海英等，2020），实现了高压直流输电对地磁台站干扰自动识别和判定，经预处理的观测数据可用于地震分析预测和研究。

4 结束语

随着现代化经济的快速发展，各类环境干扰将普遍存在并不断加剧。有必要调查影响台站场地观测的环境干扰信息，以便为后期数据处理和应用提供完善的辅助信息。进一步加强抗干扰技术研究，加大对抗干扰性仪器的研制和应用，提高仪器自身对新时期复杂环境的适应性，是一个长期而复杂的过程。大数据、人工智能的应用，有可能在干扰识别与排除的数学方法研究上取得突破（李正媛等，2016）。尤其是对于数据跟踪分析工作而言，目前已积累大量干扰图像信息并初步建立了干扰数据库，在此背景下，未来的工作重点可以放在，利用机器学习方法，研究干扰的自动识别与排除方法，以便为今后的数据预处理提供有效方法和途径。