0 引言

地下流体观测在我国地震监测预报中发挥着重要作用，但地下流体观测对象主要是地壳浅层流体，会受到各种干扰的影响激发、调制出相应的周期性变化，并为观测仪器所记录，掩盖其正常动态，降低地球物理场观测数据的质量，增加数据预处理难度和异常识别的精确度(中国地震局监测预报司，2008；徐甫坤等，2014)。理清各类干扰源，总结干扰特征，分析各类干扰因素对地下水位正常动态的影响，能够更加准确有效地识别与排除干扰异常信息，对成功判定地震前兆异常具有重要意义。

因各台所处地理位置、观测环境的不同，干扰源也有所差异(王建国等，2015；全建军等，2015；杨晓东等，2018；吴博洋等，2020；沈平等，2021)。本文从观测系统、自然环境、人为干扰等方面对红崖头水位测项干扰进行总结，找出产生问题的原因并提供解决方案，为其他流体观测站点识别及消除干扰提供有价值的参考。

1 井点概况 1.1 地质构造

榆社红崖头观测站位于沁水沉降带东部边缘地带。该地带发育一系列NNE向褶皱，浊漳河及其支流流经该区域，形成以中等构造剥蚀侵蚀山地为主，兼有黄土覆盖的高原与陷落盆地的地形。

1.2 井孔结构

榆社红崖头流体观测井为自流井，深1 412.04 m，井孔(裸孔)直径273 mm，0—43.68 m井段采用水泥止水。地面以上井管直径11 cm，观测井段为43.68—1 412.04 m，揭示了二叠系、石炭系砂岩与奥陶系灰岩地层，含水层类型为裂隙承压水。1974年成井，2013年9月安装SWY-Ⅱ型数字水位仪和SZW-1A水温仪，设置温度、气压、降雨量辅助观测，采用无线CDMA传输方式接入山西地震行业内网。水位测项始测时间为2014年1月25日，开始观测时水位值为0.988 m，2015年6月正式入网，观测类型为动水位，2017年12月10日增加流量测项辅助观测，同时对泄流系统进行改造，出水口方向同时改变，井口到泄流口管道长度增加。从2017年11月开始，水位持续下降，2018年3月水位已下降至泄流口的中心面以下，累计下降6.18 m，2021年10月水位开始回升，目前已回升2.34 m，仍未回升到泄流口之上。

红崖头井观测时间较短，自2014年观测以来，水位测项仅记录到2015年4月24日尼泊尔8.1级地震异常，表现形式为水位阶升，变化幅度0.32 m。此井同震响应能力不强。

2 红崖头水位典型干扰

根据历年观测资料，影响红崖头水位观测的因素主要包括观测系统、自然环境、人为干扰。观测系统干扰主要包括供电故障、电源电压不稳、泄流装置故障等；自然环境干扰主要为强对流天气；人为干扰主要包括探头位置改变、取水样等。

2.1 观测系统干扰

观测技术系统由供电系统、数采、传感器、通信装置、井口装置组成，观测系统干扰表现为原始数据缺测、错误数据、突跳等，具有随机性，在数据处理时应将错误数据剔除。

2.1.1 供电故障

观测站偶尔出现长时间停电、供电线路故障，在智能电源自带电瓶电量耗尽后，仪器原始数据会出现缺测和错误数据。2020年9月23日因停电事故，致恢复供电前数据缺测，恢复供电后产生错误数据，随后逐渐恢复正常(图 1)。

2.1.2 电源电压不稳

因电源不稳或交直流电切换，产生脉冲电压，造成数据突跳。2016年9月5日因交直流电切换干扰，造成数据单点突跳，压制曲线正常形态(图 2)。

每年因停电及线路故障造成原始数据缺测7次左右，因电压不稳造成数据突跳5次左右，严重影响数据连续率、完整率。成诚等(2018)研究认为，针对无人值守台站采用太阳能供电，可减少供电故障，提高仪器运行率和数据连续率。2020年底红崖头观测站更换太阳能供电系统供电，供电故障大幅减少。

2.1.3 泄流装置故障

红崖头水位观测为动水位观测，记录水位值为泄流口到水面的距离，水面的高低由限流阀决定，当限流阀调节到一定程度后，泄流口的流量不变，当地下水流量增大时，水位上升(朱石军等，2013)。

红崖头水位观测层较深，存在泄流口堵塞现象。处在还原环境中的地下水流出地表后，部分组分遇到空气中的氧气时被氧化，沉淀在泄流管内，影响井水流量，进而引起井水位上升，观测曲线产生向上的台阶，杂质随着水流从泄流口排出后水位下降，逐渐恢复背景值。例如：2016-11-10T20:13—2016-11-11T05:52，水位上升0.12 m，2016-11-19T00:00—2016-11-23T09:00水位下降0.13 m左右，11月23日后水位数据恢复正常变化(图 3)。本次变化即为红崖头流体井泄流口堵塞所致。

2018-01-19T10:38—14:59水位下降0.563 m，对比气象三要素资料，1月10日温度降至-20 ℃，温度降低造成泄流管道及泄流口结冰，19日温度达到4 ℃，冰的融化导致水位出现突降变化。2018-01-31—02-09水位频繁呈上升—下降变化，表现为每次水位上升到0.16 m的固定高度后突降(图 4)。在井口灌水，发现水位达到固定高度，水就会从泄流口快速流出，关闭泄流系统后水位变化恢复正常。由于水位逐渐下降，当时水位已在泄流口附近，泄流口几乎不泄流，泄流阀不易调节，此次变化原因为泄流系统限流阀调节不合适所致。水位上升压力不断增大，当压力达到一定量时，井管中水从泄流口排出，水位突然下降。

针对泄流口堵塞与疏通造成水位上升—下降、井水位流量逐年减少的现象，经调查研究，采取了以下措施：增加沉沙壶，减少杂质对泄流管道的堵塞；将井管和泄流口直径变小，增加井口到泄流口管道长度，以便压力增加水位高度；给泄流管加装解冻线，防止泄流管因为气温过低结冰。2017年12月对泄流管道进行改造，但是水位不断下降，2018年3月已下降到泄流口下方，不符合动水位观测条件。

2.2 自然环境干扰

自然环境干扰包括气压、雷电、降雨(雪)、风等干扰，自然环境干扰与气象因素同步。红崖头水位受到的自然环境干扰主要为强对流天气。

井水位观测值受到强对流天气干扰，主要表现为强对流天气前气温和气压的突变。干扰的持续时间较短，与气象因素同步性较好，基本上以突跳形式出现，不会对水位的总体变化趋势造成影响，一般不对这种干扰做数据处理。

红崖头观测井水位受强对流天气干扰的表现为数据突跳。2015-08-06T18:58—19:02受强雷电天气影响，水位出现数据突跳，幅度为0.007 m(图 5)。

2.3 人为干扰

维修更换仪器、取水样、整理线路等人为操作都会对水位观测数据造成干扰。红崖头水位人为干扰主要由调整探头埋深、取水样导致，主要表现为台阶、数据缺测、数据错误等。

2.3.1 探头位置改变

2016年8月31日台站做外墙保温时，工作人员误碰数据传输线，导致传感器位置变化，使得水位数据曲线产生台阶变化，校测水位后，通过仪器网页进行参数修改(图 6)。

2.3.2 取水样

2018年3月23日异常核实2次取水样造成水位下降，随后水位缓慢回升，但由于水位持续下降，取水后未能恢复至之前水位背景值(图 7)。

因维修仪器等造成的人为干扰，不能避免，但工作人员应提高工作效率，减少干扰时间。

3 结论与建议

梳理各种干扰对仪器的影响，通过识别各类干扰图像，能更好地判断前兆异常。消除干扰，可以提高数据观测质量，为地震短临预测、预报提供一定帮助。通过对红崖头井近几年观测资料的总结分析，认为水位干扰因素主要有观测系统、自然环境、人为干扰等，影响观测数据的主要表现形式为错误数据、缺数、台阶、突跳等。

对数据各种干扰事件进行分析，总结出以下几点相对应的解决方案：①电源故障容易造成仪器原始数据缺测，电压不稳易造成数据突跳，使用太阳能供电可大幅减少此类现象；②动水位数据会因杂质堵塞泄流口而出现突升，杂质离开泄流口后水位下降，对泄流管道进行改造，增加沉沙装置，能减少杂质对泄流口的影响，将井管和泄流口直径变小，增加井口到泄流口管道长度，增大压力从而增加水位高度，给泄流管加装解冻线，可防止泄流管因为气温过低结冰；③红崖头井水位受气压干扰比较明显，表现为数据突跳，但不会对水位的总体变化趋势造成影响，一般不对此类干扰进行处理，可求出不同频段的气压系数来消除气压对井水位影响；④因操作失误导致传感器位置改变会造成水位的台阶变化，应及时根据水位校测结果更改参数。取水样造成的台阶，水位会缓慢回升。人为干扰不能避免，但工作人员应当提高工作效率，缩短干扰时间。