0 引言

定点形变观测在地震学研究及地震分析中具有重要的作用，相关研究较多，如：闫伟等（2015）、孔祥瑞等（2019）、翟丽娜等（2019）、张小艳等（2019）、吕琳等（2020）就降雨量、洞室温度和荷载变化等引起的形变观测曲线变化进行了相关干扰分析；李宏伟等（2017）、王时等（2017）、王维等（2020）、翟丽娜等（2020）、张凌空等（2020）基于频率、瞬时振幅、时频分析、年变形态、调和分析等方法进行了异常分析；蒋长胜等（2011）、闫伟等（2019）、苑争一等（2020）基于多种方法求解最优R值评分等异常指标，检验地震预测效能。

赤峰地震台（下文简称赤峰台）位于赤峰市红山区红山脚下，距台站几千米处为走向NE、倾向SE的赤峰—锦山断裂。该台形变观测山洞所在山体为完整的中生代燕山期花岗岩体，其洞顶披覆层厚约36 m，洞室内气压在1 333 Pa左右，相对湿度约90%，平均温度约11.4 ℃，日温差±0.05 ℃，年温差±1.5 ℃（内蒙古自治区地震局，2006）。台站配备DSQ型水管倾斜仪和SS-Y型伸缩仪，NS向基线长13.5 m，EW向基线长14.1 m。2021年6月，赤峰台定点形变观测出现短期大幅变化，进行日常数据跟踪分析发现，2017年以来，该台定点形变观测曲线多次出现短时大幅变化现象，使用年变形态、载荷和速率变化分析方法，判断该变化异常性质。需注意，文中所指短期大幅变化是指，在1 h—30 d内发生明显高于背景值的变化，不包括阶跃、突跳类变化。

1 2021年定点形变数据变化

2021年6月15日起，赤峰台洞体应变EW分量由水平变化转为快速上升，而水管倾斜NS分量在趋势下降基础上出现加速下降现象；6月22日，水管倾斜EW分量变化趋势由下降转为上升，而洞体应变NS分量由缓慢上升转为加速上升，但上升幅度较小，与往年正常年变相当。以上变化持续至7月10日，后逐渐恢复原变化趋势（图 1），并于2021年10月15日发生赤峰市阿鲁科尔沁旗M_S 4.7地震。数据变化期间，该台洞体应变EW分量上升幅度达15 439×10^-8，上升速率达618×10^-8/d；水管倾斜NS分量下降幅度达386.77×10^-3″，下降速率达15.47×10^-3″/d；水管倾斜EW分量上升幅度达212.74×10^-3″，上升速率达19.34×10^-3″/d（表 1）。

选取2017—2021年该台定点形变观测数据进行跟踪分析，结果发现：洞体应变NS分量观测数据整体较好，年变规律较好，无显著短期大幅变化[图 1(a)]；洞体应变EW分量及水管倾斜NS、EW分量，分别于2018年4月16日至5月12日、2019年7月30日至8月16、2021年6月15日至7月10日出现大幅异常变化，观测曲线形态相似（图 1，表 1）。结合2018年和2019年的形变资料进行对比分析，判断2021年赤峰台定点形变数据短期大幅变化异常性质。分析认为，2018年数据变化为2018年5月28日松原M_S 5.7地震的映震异常（震中距573 km），2019年大幅变化为场地环境影响所致，而2021年变化则有2021年阿鲁科尔沁旗M_S 4.7地震（震中距239 km）对应，判断为前兆异常的可能性较大。

2 数据变化因素统计

对赤峰台定点形变观测数据进行跟踪分析，发现在观测系统故障、人为干扰、自然环境和场地环境发生变化时或地震发生前，会出现短期大幅变化现象。

（1）观测系统故障：在观测曲线上主要表现为突跳、阶跃、抖动加粗、大幅变化等，通过观测日志和观测曲线可较易识别。而出现电源故障（UPS电源和供电故障）时，在观测曲线上通常表现为短时大幅变化。

（2）人为干扰——标定、调零：仪器标定或调零时，观测曲线一般出现大幅台阶、突跳变化，有时会引起格值变化，导致观测曲线出现短期大幅变化。

（3）自然环境——洞温变化、强降雨：洞室温度的变化（樊冬等，2014）和强降雨会对定点形变产生明显的影响。赤峰台出现一次强降雨和一次洞室温度的变化，定点形变观测曲线短期大幅变化。由于降雨量和洞室温度的变化与观测曲线的变化有较好的一致性，容易识别和排除。

（4）场地环境——载荷变化：①2018年8月18日至25日，赤峰台以东30 m处森林公园道路施工，洞体应变EW分量出现大幅下降变化（图 1）；②2019年7月30日至8月16日，红山森林公园出口及台站观测山洞上方道路施工，水管倾斜仪和伸缩仪的NS分量、EW分量同步出现大幅变化（图 1，表 1）。

（5）前兆异常：2018年4月，赤峰台定点形变出现短期大幅变化，排除干扰后，确认为前兆异常。

3 干扰分析

基于以上统计结果，逐一排查引起2021年6月赤峰定点形变短期大幅变化的原因。经调查，排除观测系统、人为活动和自然环境因素的影响。对场地环境进行调查，发现台站周边有3个人工湖、2个拆迁区、1处高层住宅区和1处森林公园（图 2），其中人工湖对形变观测影响较小，不予考虑。但拆迁区存在工程施工现象，有可能引起场地环境变化。

台站西侧拆迁区1（图 2）从6月初开始运送、倾倒工程废料（土带、钢筋、楼板、砖块等），据统计约200车，每车约15 m³，共计3 000 m³，后以750 m³沙土覆盖并压实。2021年7月6日至10日，西南侧拆迁区2（图 2）倾倒沙土约5 000 m³以掩埋拆迁废料。为准确判断该工程施工是否引起赤峰台定点形变出现短期大幅变化，采用不规则载荷模型程序（闫伟等，2015）进行载荷分析。

（1）拆迁区1。倾倒工程废料导致地面抬升，高度取最大值0.2 m，设工程废料密度为2 900 kg/m³，引入杨氏模量4×10¹⁰ Pa和泊松比0.25，输入观测山洞和拆迁区1的坐标，计算得到NS方向倾斜变化量为-0.29×10^-3″，伸缩量为-0.49×10^-8；EW方向倾斜变化量为-0.05×10^-3″，伸缩量为-0.28×10^-8（图 3）。与实际观测数据相比，计算结果的变化量级偏小，认为工程施工非引起此次定点形变数据大幅变化的原因。

（2）拆迁区2。倾倒的沙土体积和质量在量级上与拆迁区1相当，且拆迁区2距离山洞更远，同理，拆迁区2发生的载荷变化不会引起定点形变数据的大幅变化。

虽然2次工程废物倾倒、填埋时段与观测数据实际变化时段大致相同，但并不完全一致，且载荷理论计算结果与观测数据的实际变化量级也不一致，认为此次大幅变化非场地环境影响所致。

基于上述分析，认为赤峰台定点形变观测2021年6月出现的短期大幅变化非干扰所致，应为地震地球物理异常。

4 异常信度检验

2021年10月15日赤峰市阿鲁科尔沁旗发生4.7级地震（震中距239 km），认为赤峰台2021年6—7月的定点形变数据的短期大幅变化为此次地震地球物理异常。为此进行预测效能检验，判断映震异常信度。

据统计，2017年以来，赤峰台周边600 km范围内发生5.0级左右地震5次，其中报准2次，漏报3次（表 2），R值评分为0.37，大于R₀ = 0.35（国家地震局科技监测司，1989）。

使用速率变化分析自动识别软件，扫描赤峰洞体应变EW分量、水管倾斜NS分量和水管倾斜EW分量出现的大幅变化及对应地震（李宏伟等，2020）。结果显示，洞体应变EW分量由于数据质量较差，除2018年和2021年的2个异常变化外，扫描出多个非目标异常点，所得R值为0.69，大于R₀值（R₀ = 0.52），因异常点非地球物理异常导致，不作为异常指标（图 4）；水管倾斜NS分量同样扫描出多个非目标异常点，所得R值为0.382，小于R₀值（R₀ = 0.444），未能通过预测效能检验，不作为异常指标；水管倾斜EW分量同样扫描出多个非目标异常点，所得R值为0.389，小于R₀值（R₀ = 0.573），未能通过预测效能检验，不作为异常指标。

利用速率变化分析自动识别软件识别出多个非异常点，导致R < R₀，未能通过预测效能检验。若仅将2018年和2021年的短期大幅变化作为异常，则R > R₀，且只要出现短期大幅变化的地球物理异常，一般会于100天内在赤峰台600 km范围内发生4.5级及以上地震。因此，需密切关注赤峰台定点形变短期大幅变化，及时、准确判断是否为前兆异常。

5 结论

通过对2021年6—7月赤峰台定点形变数据的大幅短期变化进行干扰及异常分析，并通过日常数据跟踪分析，得出以下结论：①2021年赤峰台定点形变出现的短期大幅变化非场地环境变化影响所致，而是2021年10月15阿鲁科尔沁旗M_S 4.7地震的前兆异常；②赤峰台定点形变出现短期大幅变化，对未来100天内台站周边600 km范围内4.5级及以上地震的发生具有一定指示意义。