随着我国城市化进程的快速推进，地震监测设施和观测环境保护行政执法案件呈上升趋势，其执法依据主要为发布于2004年的《地震台站观测环境技术要求》（下文简称“标准”）。从实际观测效果看，该规范保护范围较为保守，如仅按其开展执法，可能造成依据不充分或过度保护，对城市地震观测环境执法尤为不利。因此，有必要对地震监测设施的干扰来源进行分析研究。经查询，目前此类研究相关文献不多，有一定联系的主要分为2类：一类集中于地震台背景噪声现象和抗干扰措施，但未关联干扰源头开展研究，难以作为地震观测环境执法依据；另一类集中于法制问题的研究，成果未涉及具体要素和方法。

本文以武汉市蔡甸区测震台（下文简称蔡甸台）干扰源确定工作为例，通过分析多年来城市高速发展背景下的台站记录清晰度和识别能力、干扰信号特点、干扰源调查过程等，建立一种逐步推进的测震台干扰源确定方法，以期为今后地震行政执法、测震台站建设和相关规范的起草等服务。

蔡甸台位于武汉市西南部面子山山腰处（海拔64 m），距市中心直线距离约27 km。台址区构造呈向NW收敛倾状小背斜，倾向NE，倾角0°。台址基岩自下而上为中、上志留系砂页岩、上泥盆统石英砂岩（图 1）。台站座落于石英砂岩之上，岩性完整性良好，呈巨厚和厚层状，产状稳定（李国胜等，2017）。

图 1(Fig.1)

图 1 蔡甸测震台周边区域地质构造 Fig.1 Geological structure of the surrounding area of Caidian Seismic Station

该台站与黄陂大阳山、新洲道观河、江夏龙泉山子台共同构成武汉市数字测震台网（地方地震观测台网）。该台网2000年投入观测，网内地震监测能力设计为2.0级。2000—2016年各子台使用DS-2A短周期地震计（2 s—40 Hz）进行测震观测（程山等，2009），2017年更换为TDV-33S短周期地震计（5 s—50 Hz），两型短周期地震计对地方震的观测精度差别不大。近年来，由于城市建设地快速发展，台网观测环境受到不同程度的影响，其中以蔡甸台最为严重，环境地噪声水平从观测初期Ⅰ类下降至Ⅲ类。

根据台站受干扰程度及信号特点来判断工作紧要程度和调查内容，是干扰源分析方法的前期环节，本次研究主要集中于台站震相的清晰度与识别能力、环境地噪声的时间、空间、强度和频率特点等。

研究台站记录的清晰程度，能够直观反映受干扰程度，为后续工作开展提供依据。统计武汉市数字测震台网2017年11月至2021年3月（2021年以后封控频繁）记录的湖北省内地震，共计326次地震，具体结果见表 1，可知蔡甸台震相清晰度最差，占比约28%；新洲台清晰震相占比约96%，黄陂、江夏台震相清晰度占比也在85%以上。基于震相识别位置分布，以武汉东南部武穴小震群为例，对比分析震中距相近（约161 km）的蔡甸、黄陂台震相记录，结果见图 2（图中红点代表清晰震相、黄点代表不清晰震相），可见黄陂台震相记录清晰数明显高于蔡甸台，记录效果相差较大。2项分析结果直观表明，蔡甸台测震数据受到严重干扰。

表 1(Table 1

表 1 各台站震相清晰数量统计Table 1 Statistics on the number of clear seismic phases at each station 地震台站 地震数（326次） 震相清晰地震占比 震相清晰 震相不清晰 黄陂 279 47 约85% 新洲 313 13 约96% 江夏 285 41 约87% 蔡甸 93 233 约28%

表 1 各台站震相清晰数量统计 Table 1 Statistics on the number of clear seismic phases at each station

图 2(Fig.2)

图 2 蔡甸、黄陂测震台对武穴小震群的记录对比 (a)蔡甸测震台地震记录分布；(b)黄陂测震台地震记录分布 Fig.2 Comparison of records of small earthquake swarms in Wuxue by Caidian and Huangpi seismic stations

环境地噪声数据中包含干扰源信号，可通过分析环境地噪声的时间、空间、强度和频率特点对干扰源“画像”。具体步骤如下：选取蔡甸台记录数据，截取长度为48 h的数据，抽取白天和晚上各4 h记录，采用珠海泰德公司Adapt软件的背景噪声计算子程序，计算各小时噪声功率谱密度PSD值，在1—20 Hz频带范围内，选用1/3倍频程滤波器计算噪声功率谱RMS值，取其平均值。由于台站数据为地面运动速度记录，因此计算结果即为环境地噪声水平Enl。

统计工作日与周末及昼夜环境地噪声水平，结果见表 2、表 3，分析发现：①时间特点。环境地噪声水平晚上优于白天，符合人文活动特征；工作日噪声水平略好于周末，但相差不大，说明干扰源长期、稳定，与旅游、度假等阶段性活动关系较小。②空间特点。垂直向环境地噪声水平优于水平向，表明干扰主要来自近地表活动。③强度水平。蔡甸台环境地噪声水平从建台初期的Ⅰ级（约-152 dB）下降至Ⅲ级（约-134 dB），已接近标准中短周期数字地震台的最低要求，干扰强度大。

表 2(Table 2

表 2 蔡甸台环境地噪声水平Table 2 Environmental ground noise level of Caidian Seismic Station 时间 功率谱RMS值/dB RMS值/(m/s) 垂直分量 东西分量 南北分量 垂直分量 东西分量 南北分量 2021-03-15 -138 -133 -133 1.37×10-7 2.70×10-7 2.46×10-7 2021-03-13 -136 -131 -133 1.71×10-7 2.96×10-7 2.40×10-7

表 2 蔡甸台环境地噪声水平 Table 2 Environmental ground noise level of Caidian Seismic Station

表 3(Table 3

表 3 蔡甸台昼、夜环境地噪声对比Table 3 Comparison of environmental ground noise between day and night at Caidian Seismic Station 时间 功率谱RMS值/dB 垂直分量 东西分量 南北分量 2021-03-13T00:00:00—03:00:00（夜晚） -137 -132 -134 2021-03-13T13:00:00—16:00:00（白天） -134 -129 -130

表 3 蔡甸台昼、夜环境地噪声对比 Table 3 Comparison of environmental ground noise between day and night at Caidian Seismic Station

若不考虑高频衰减现象，台站环境地噪声记录可大体反映干扰源的频率特点。以噪声水平良好的新洲台为背景，计算并对比分析新洲、江夏、蔡甸台水平向噪声功率谱密度分布特点，结果见图 3，分析发现：江夏、蔡甸台高于新洲台曲线的部分为噪声干扰造成，蔡甸台干扰频率集中分布在1—20 Hz，江夏台干扰频率集中分布在1—5 Hz。

图 3(Fig.3)

图 3 新洲、江夏、蔡甸台水平向噪声功率谱密度对比 Fig.3 Comparison of horizontal noise power spectral density of Xinzhou, Jiangxia and Caidian seismic stations

综上所述，可知：蔡甸台受干扰程度较重，对地震台网整体监测能力已产生较大影响，应开展干扰源调查，为后续行政执法提供证据或经验（吕郁昕等，2021）；干扰信号特点分析表明，蔡甸台周边干扰源为1处或几处位于近地表且长期稳定的人文活动，对应频率分布在1—20 Hz，白天干扰信号较夜间更为频繁。

采用排除法进行干扰源调查，即依据噪声特点和标准中各类干扰源的最小距离，逐项排除非干扰源。由于蔡甸台周边干扰源可能不止1处，为提高现场调查效率，首先对台站观测环境进行整体分析，排除部分非干扰项，得到8处不明活动点（图 4）和树木、水泵、公路、采石4类重点调查项目。

图 4(Fig.4)

图 4 蔡甸台周边不明活动点圈列图 Fig.4 Unidentified activity points around Caidian Seismic Station

现场调查范围覆盖蔡甸台周边400 m区域（标准中规定的一般工厂和村落的最小安全距离），8处不明活动点和4类调查项目的调查分析结果见表 4。经排查分析，距台站西侧370 m的公路通行为干扰源的可能性较大。

表 4(Table 4

表 4 台站周边干扰源调查与分析Table 4 Investigation and analysis of interference sources around the station 调查项目 现场情况 分析 结论 台站周边40 m以内的高大树木、30 m以内的高围栏、低树木、高灌木 台站位于面子山顶，台址周边3—5 m范围内基本无草木生长，5 m外四周高大树木与低矮灌木等密布。 （1）草木范围分布明显超出标准要求。 （2）自建台起，草木分布未变，2017年以前无明显的24 h高频噪声。 （3）现场调查前，于上午9时进行背景噪声计算，存在噪声。但当时天气小到中雨、风力0—2级，风力极低，草木基本不动，两者矛盾。 基本排除草木风动造成明显高频噪声的可能。 周边碎石机、水渠 通过对台站看护员和周边居民点的走访调查，周边500 m范围内无采石场、岩石破碎机、水渠。台站附近有自来水龙头，疑有水泵存在。 问询发现，水泵在山路边，距台站约70 m，山上用水时开启，平常处于关闭状态。 基本排除该类干扰源造成高频噪声干扰的可能性。 大型水泵 经询问当地居民，台站西南方向约550 m高湖湖边有2台农用水泵，每台功率约10 kW。 实地调查发现，沿湖渠有多个类似水泵房，均为关闭状态。该系列农用水泵房距台站较远，且非24 h开启。 基本排除24 h高频干扰源的可能性。 台站周边可疑点（图 4所示调查点） 实地调查发现，1、8号点范围较大，均为林木苗圃；2、3号点为墓地；4、5号点为居民住宅；6号点为已开挖水塘；7号点为文化产业园。 1至8号点均非稳定高频活动。 基本排除可疑点是24 h高频干扰源的可能性。 周边公路 （1）台站西向山下有天鹅湖大道，硬化路、缓弯道，水平最近距离约370 m。高速通行的大货车较多，目测平均车速在60 km/h。 （2）台站南向山下约400 m为天鹅湖大道与嵩阳大道交会口，硬化路，有红绿灯，大货车通行频次较低。 （1）公路分布明显超出标准要求。 （2）在台站可听见西向有高速通行大货车行驶声，噪声强度大。 （3）公路货车通行影响符合昼多夜少、工作日与周末噪声差别不大的特征。 （4）公路通行微振动量集中在1—20 Hz（吴永权等，2005；段昊等，2022），符合干扰信号的频率特点。 台站西向山下约370 m公路通行影响的可能性较大。

表 4 台站周边干扰源调查与分析 Table 4 Investigation and analysis of interference sources around the station

使用排除法得到干扰源对于一般性业务具有参考意义，但在法律层面作为地震行政执法证据则不够充分，需分析干扰破坏前后的观测数据来固定证据（吕郁昕等，2021）。将公路历年通车状态与蔡甸台环境地噪声强度进行相关性分析，统计结果见表 5，发现噪声强度变化规律与通车频繁程度的时间线吻合，即车流量决定了噪声强度大小，可以确定，距台站西侧山下水平距离约370 m的公路通行影响是台站干扰的主要来源。

表 5(Table 5

表 5 公路通车状态与环境地噪声强度Table 5 Road traffic status and environmental ground noise intensity 年份 公路通车状态 蔡甸台地动噪声 功率谱RMS/dB 噪声水平 2015 公路修建前，车流无 -147 低 2018 公路建成开始通车，车流小 -139 较高 2019 公路通车1年后，车流大 -132 高 2020 机动车禁行（陈曦，2021），车流无 -145 低 2023 恢复通行，车流大 -134 高

表 5 公路通车状态与环境地噪声强度 Table 5 Road traffic status and environmental ground noise intensity

本次研究建立的测震台干扰源分析方法包含法制要求、数据分析、调查要点等，是一种由具体工作研究总结出的方法，经由该方法确定的干扰源可同时满足特征性、排他性和相关性3项关键指标。特征性是指干扰源活动特点应与台站地噪声的频率、时段、方向等特征吻合；排他性是指除锁定的一或几个干扰源外，不应再有其他特征吻合的干扰源；相关性是指干扰源活动强弱状态应与台站噪声强度明显相关。在工作中还得到以下认识：

（1）由于GB/T19531.1—2004《地震台站观测环境技术要求》制定时间较早，已不能适应新时期经济社会发展和城镇化进程速度，如：测震台站观测环境技术要求规定，县级以上（含县级）公路距Ⅰ级环境地噪声基岩型台站的最小距离为3.4 km，但新建和已有台站在日渐发达的交通网络中极难符合此技术规范。因此，干扰源的证据化锁定应结合长期数据、同类台数据、天气、人文、实验等因素综合判定，不应仅照搬国家标准而简单判定主要干扰源。

（2）应分时段计算并分析环境地噪声特点，如昼、夜、工作日、非工作日、节假日、各分向、集中频段等，以尽量全面描述干扰源的活动特点，为后续调查服务。

（3）对一些较难获取的信息，可以依托当地政府机关或应急管理部门协助调查。务必进行现场走访调查，针对室外或地表干扰源，有条件时可进行无人机摄像以辅助调查。

（4）若存在多个疑似干扰源且较难获取开展相关性分析所需数据，可进行断停试验，如水泵、排风设备等可进行该操作，而对于铁路、公路等无法进行该试验的疑似干扰源，建议使用流动监测仪器，以每个干扰源为中心在不同方向、不同距离上获取地噪声数据，证明干扰扩散现象否存在。

（5）地震观测环境保护以预防为主，应主动加强与当地行政管理部门的日常联系，及时获取建设信息，依法开展保护、提前规划选址、及时搬迁改造。在已受干扰的情况下，目前主要有数字滤波、深井（迁址）改造和限制干扰源等解决措施。其中，数字滤波成本低、见效快，但在干扰频率与观测频带相近时不宜使用，如短周期地震计叠加高频干扰。深井（迁址）改造效果明显，但成本高、周期长、受限于地理环境，如基岩山体台站开挖深井难度大。限制干扰源活动简单直接，但会影响当地经济效益，不易施行。因此，应综合考虑干扰特性、传播途径、地震计频带、资金、地理等条件，选取更适合的方法开展抗干扰工作。