0 引言

形变观测是地震地球物理观测的重要手段之一，具有明确的物理意义，在日常数据分析和地震预报研究中发挥着重要作用。随着城市化进程，各类干扰日益增多，对形变观测数据干扰进行分析，有助于认识各类干扰形态特征、跟踪分析排除异常现象，为地震研究提供详实的基础数据（刘其寿等，2010；李海峰等，2014；冯琼松等，2015；王秋宁等，2016；尹晶飞等，2016；杨红樱等，2017；杨晓东等，2018；何应文等，2020）。

海拉尔地震台（下文简称海拉尔台）前兆形变观测系统运行多年，随着时间的推移，积累了大量观测数据，然而仪器老化、故障多出，需定期维护以保障观测数据质量。海拉尔属中温带半干旱大陆性草原气候，干燥多风。受气候影响，温度、气压、大风等自然环境因素对形变观测手段造成一定干扰，而且随着城市建设的不断推进，形变观测也受到不同程度的影响。据统计，海拉尔台形变观测主要受到自然环境、人为干扰、场地环境等因素的影响。本文重点就以上3类干扰进行梳理，总结干扰形态和规律，为地震台站形变观测数据日常分析提供可靠的基础数据。

1 海拉尔台概况

海拉尔台是国家基本地震台，地处大兴安岭隆起与海拉尔沉降盆地接触带，台址为原采石场旧址，岩性属中生代保罗纪安山岩，形变观测山洞进深85 m，洞顶披覆层厚23 m，洞内年均温度4 ℃，年温差小于0.1 ℃，相对湿度80%，观测环境相对稳定。台站周边断层较为发育，分布有EW向海拉尔断裂、NS向南屯断裂及与之交会的NE向断裂。海拉尔河位于形变观测山洞东南部，距台站约70 m，夏雨冬雪兼补河流。

洞内布设SSQ-Ⅱ数字石英水平摆倾斜仪、DSQ水管倾斜仪、SSY伸缩仪和VP垂直摆倾斜仪等4套仪器，WYY-1型气象三要素观测仪辅助观测。其中，DSQ型水管倾斜仪、SS-Y型铟瓦棒伸缩仪于2006年11月16日安装完成，SSQ-Ⅱ型数字石英水平摆倾斜仪于2006年11月29日安装完成，VP垂直摆倾斜仪于2017年11月安装完成。

2 干扰分析 2.1 自然环境干扰

海拉尔台形变观测数据受到温度、气压、降雨、大风等影响，气压干扰尤为明显。

（1）气压干扰。以2019年7月10日该台形变观测数据为例，分析气压干扰特征。如图 1所示，SS-Y型铟瓦棒伸缩仪及DSQ型水管倾斜仪观测数据出现明显的不规则短时波动，对比气压观测数据可知，形变数据畸变期间，气压最大变化幅度为1.8 hPa，变化时间一致，可见该台固体潮畸变为气压影响所致。由图 1可见：气压急速变化时，形变数据畸变明显，气压变化平稳后，形变数据恢复正常，但未对观测数据背景趋势造成影响；伸缩仪受气压干扰更明显，可能是认为，气压是作用在单位面积上的大气压力，当气压发生波动时，岩石应力也会相应的发生波动。

（2）降雨干扰。以2019年7月19日该台SS-Y铟瓦棒伸缩仪观测数据为例，分析降雨干扰特征。如图 2所示，伸缩仪观测数据曲线出现毛刺，其中NS分量最大变化幅度为137.4×10^-10，EW分量最大变化幅度为152.8×10^-10。由当天降雨量变化可知，累积降雨量达6.4 mm，伸缩仪观测数据不规则变化时段与降雨时段吻合，降雨结束后，数据逐渐恢复正常。分析认为，降雨发生后，雨水由地表渗透，地表张力发生变化，从而引起伸缩仪观测数据的变化。但与气压干扰相比，形变观测数据所受影响较小，观测曲线仅产生毛刺，未引起数据固体潮发生变化。

（3）大风干扰。大风会对地壳产生作用力，从而对形变仪器产生干扰。2018年4月25日18时—26日09时，海拉尔地区大风蓝色预警，风力达7级，气压也大幅变化，最大变化幅度为18.3 hPa。受大风干扰影响，SS-Y型铟瓦棒伸缩仪固体潮发生畸变，表现为波形曲线噪声增大，见图 3。

2.2 场地环境干扰

海拉尔台SSQ -Ⅱ型数字石英水平摆倾斜仪、DSQ型水管倾斜仪、SS-Y型铟瓦棒伸缩仪在2017年8月1日开始出现准同步固体潮趋势异常，如图 4，观测数据曲线呈现不同程度的趋势转折。就观测系统、自然环境、观测区周边1 km范围内场地环境进行排查，发现海拉尔台形变观测系统正常，与2016年同期观测数据对比分析，认为形变数据趋势异常非自然环境影响所致。

对场地环境调查发现，位于海拉尔台观测山洞东南部的海拉尔河（直线距离约70 m）河面增宽，水位抬升。经查实，8月1日至5日海拉尔河连日蓄水，平均水位上升约3.3 m，水位最高差达3.7 m。分析认为，蓄水导致测区重力增加，地层岩体所受应力在短时间内大幅增加从而产生一定形变。由于海拉尔台形变仪器所处基岩为安山岩，弹性模量较大，因此海拉尔河蓄水加载载荷时基岩发生弹性应变，导致SSQ -Ⅱ型数字石英水平摆倾斜仪、DSQ型水管倾斜仪、SS-Y型铟瓦棒伸缩仪出现准同步固体潮趋势异常。因此，初步判断形变观测异常应为蓄水工程影响所致。

海拉尔河蓄放水工程有蓄水和放水的过程，地层岩体所受应力随蓄放水过程同步变化，数据变化明显，海拉尔台形变观测各分量曲线均呈趋势周期转折（图 4），且NS分量同步性较好，其中SSQ -Ⅱ型数字石英水平摆倾斜仪、DSQ型水管倾斜仪同步性更佳。海拉尔河连日蓄水使得地层岩体所受应力短期内大幅增加，3套仪器NS分量准同步北倾，EW分量西倾。8月15日海拉尔河放水，地层岩体应力减小，但因岩石弹性形变具有一定延时性，形变数据曲线出现波动变化，一段时间后逐渐恢复正常。该干扰出现频次低，截至2021年7月，仅出现一次。

2.3 人为干扰

人为干扰主要有仪器调零、仪器标定和人员进入观测山洞的活动等，在形变观测曲线上一般表现为数据突跳、尖脉冲和台阶。2018年6月5日10时30分至22时30分，水管仪和倾斜仪进行标定，置于同一山洞的水平摆出现干扰变化，其NS、EW分量固体潮发生畸变，观测曲线见图 5。

3 结论

综上所述，可知海拉尔地震台形变观测主要受到自然环境、场地环境、人为活动等干扰影响。其中：温度、气压、雷雨等自然环境干扰，在数据曲线上一般呈短时间波动，背景噪声加大，呈毛刺状，但不影响固体潮趋势变化，其中气压干扰较为显著，且伸缩仪所受自然因素影响较大；场地环境主要为海拉尔河蓄水工程影响，3套形变仪器观测数据准同步变化，固体潮呈周期趋势转折变化，一般表现为周期性的加速大幅上升、下降，且蓄水工程结束后，观测数据曲线恢复正常趋势变化时间较滞后；仪器调零、仪器标定和人员进洞等人为干扰，对伸缩仪影响幅度范围较大，表现为曲线陡直向下，一般为短时数据变化。形变仪器调零和仪器标定是不可避免的，工作人员应减少进入观测山洞次数，以保证观测仪器稳定运行，为地震研究提供连续、可靠的观测数据。