1 研究背景

追溯以往震例，在大震发生前，地倾斜、地应变在不同时空范围内均可能存在异常变化，异常分为趋势转折、破年变、大幅波动、潮汐因子变化及潮汐畸变等（牛安福，2010；刘琦，2016）。这些异常变化可能反映了区域构造应力场的改变，也可能夹杂较多的非构造干扰因素（任天翔，2018；杨小林；2018）。

陕西华阴定点形变观测台站水管仪NS分量观测曲线在2014年底出现趋势转折现象，为厘清该现象的成因，调查台站周边环境变化，建立区域有限元模型，并分析该处环境变化对形变观测的影响，排除观测数据中非构造因素成分，为确定异常变化信度提供依据。

2 数据变化及环境调查

华阴定点形变台站（下文简称华阴台）位于陕西省渭南地区华阴市西南，海拔534.31 m。场地基岩为坚硬完整的花岗岩，周边3 km范围内无深层抽水、注水和水库。

2011—2017年，该台水管仪日均值观测数据较为连续可靠，其中：NS分量2014年9月出现转折N倾变化，幅度达800×10^-3″；EW分量持续E倾，2016年E倾速率增大为277×10^-3″/a；NW分量在2015年亦出现小幅转折变化（图 1）。

调查发现，2014年9月，强降雨引发泥石流，导致华阴台观测洞室外1 km范围内有3处场地存在山石堆积（图 2），2015年起进行清理并拓宽道路。堆积山石距观测洞室较近，可能会对水管仪观测产生影响。因此，采用解析法及有限元方法，对环境干扰加卸载产生的倾斜变化进行计算，量化干扰源对水管仪观测数据的影响。

3 环境变化对地倾斜观测的影响 3.1 解析解（质心点状载荷模型）

根据布西内斯克解析解（闫伟等，2015）分别计算3处载荷对观测点处造成的倾斜影响，量值最大变化为1.62×10^-3″，远小于异常变化量。3处载荷位于观测点外不同区域（图 2），对观测点垂向变化影响不一，因此需考虑其方位对观测结果的综合影响。并且，山石堆积及清运所造成的载荷变化并非一次性的，简易的质心载荷模型不能较真实地模拟多处山石堆积及清运行为。

3.2 有限元数值模型

观测室周边1 km范围内载荷变化较为复杂，并非单一的一次性加卸载，而是随时间变化的逐步加卸载。为进一步分析观测室周边泥石流堆积及清淤行为造成的载荷变化对观测结果的影响，采用有限元数值分析方法，选用台站周边EW方向1 km、NS方向1 km、深度为200 m的地层作为简易几何模型，模型参数采用花岗岩的力学参数，以10 m×10 m×10 m进行网格划分。边界条件为：地表为自由表面，底面垂直位移为0，侧面法向位移为0。根据现场调查得到的施工情况建立逐月加卸载的载荷变化模型，得到2014年9月至2017年3处载荷随时间的变化，结果见图 3，而水管仪倾斜量对应变化见图 4。

由图 4可见，场地载荷变化对华阴台水管仪形变观测产生一定影响，影响量级为10^-3″。有限元计算结果显示，NS分量在2014年9月泥石流发生后小幅S倾，随着清淤工作的进行，逐渐转折N倾，2016年开山采石工作加大了第3处场地载荷的变化，N倾速率增加；场地加卸载对EW分量影响较小，清淤工作导致观测曲线小幅W倾，2016年开山采石后，出现较大E倾。

通过质心载荷模型，初步得出载荷变化对华阴台地倾斜观测数据的影响约为毫角秒量级。但实际场地周围加卸载环境较为复杂，在时间和空间上均并非单一的加卸载行为。因此，通过有限元模型结合周围多处载荷变化，分步加卸载计算了水管仪倾斜量随时间的变化。研究结果显示，2种计算模型给出的水管仪倾斜变化量级相同，对观测数据的影响较小，表明华阴台周边环境干扰对观测结果有一定影响，但在量级上并不完全吻合。

4 结束语

本研究仅讨论了观测点周围多处垂向载荷变化对水管仪观测数据的影响，初步确定环境变化造成的影响时间及量级，排除观测数据中部分非构造因素成分，为确定异常变化信度提供理论依据。文中未探讨长趋势转折变化的其他可能成因，将在今后工作中开展深入研究。