1 西拨子洞体应变观测概述

地壳形变与地震孕育发生有着紧密的联系，洞体应变观测仪（伸缩仪）是精密测量地壳岩体两点间水平距离相对变化的仪器，适用于观测地壳应变和固体潮水平分量的连续变化，定点应变潮汐连续观测数据可反映该区域地壳应力—应变状态的长期变化，为研究地震孕育过程中水平应变的变化规律提供数据。

延庆西拨子洞体应变观测位于延庆县八达岭镇南园村南，该台处延庆盆地南侧，距台址最近的主要活动断裂有：延庆盆地北缘断裂、康庄—延庆隐伏断裂、南口隐伏断裂、南口山前断裂。目前洞体应变观测采用SS-Y铟瓦棒伸缩仪，该仪器观测精度较高，有NS向、EW向、NE向3个测项，2020年下半年对仪器进行了更新改造，目前运行平稳。由于其灵敏度较高，实测数据是多种因素共同作用下的变化响应，为有效捕捉与地震及地壳形变有关的信息，在对洞体应变观测的跟踪分析中，需排除人为、气象、环境等一系列外在因素，获取数字化观测仪记录的地壳浅部形变动态，从而提取与地震孕育、发生有关的信息。

2 速率变化异常提取方法简介

随着我国定点形变观测资料的积累，形成了多种分析处理方法，以期有效获取与地震前兆有关的异常信息。在各种类型的异常中，变化速率改变为地震前较为突出的异常，通常表现为突变、扰动等异常形态，具有较清晰的特征，是研究地震短临前兆与地震关系的重要基础资料（中国地震局监测预报司，2020）。

廖俊等（2010）提出了一种时间序列的分段表示算法，李宏伟等（2020）在此基础上，通过对观测数据预处理后计算矢量转角，提取速率改变超过一定阈值的异常及对应时点，达到速率变化异常识别的目的。该方法需要解决的问题主要是识别出速率变化的时间和异常的幅度。即在一定窗长下，以一定的步长对观测曲线扫描，获得矢量转角扫描曲线，给出观测曲线超过阈值的异常对应时间点。本文以延庆西拨子洞体应变观测为研究对象，采用该方法开展2007年以来洞体应变NS、EW、NE三个方向测项的异常识别。

3 异常识别与效能检验

在对延庆西拨子洞体应变观测NS、EW、NE三个方向测项观测数据的资料收集、整理基础上，结合观测日志，建立了观测数据的干扰信息库。经过数据预处理后，采用速率变化异常提取法，对2007年以来西拨子洞体应变观测开展异常识别与效能检验，取得了如下初步结果：

（1）速率变化异常法可用于延庆西拨子洞体应变较长期观测数据的异常识别与提取，但对不同方向的观测数据具有不同的识别效能。其中对NS向、EW向测项具有较好的异常识别能力，可有效获取速率改变大于一定阈值的异常及其对应时间，对NE向则识别意义不显著。

（2）对西拨子洞体应变观测资料进行速率变化异常识别时，在不同预测时长、不同距离范围、不同震级情况下的识别效果不同，综合对比认为，该异常识别方法对西拨子台站周边300 km范围内M_S 4以上地震（共11次）的异常识别效果较好。

（3）洞体应变NS向以1.0倍标准差为速率变化异常阈值，共识别出速率异常17次，其中成功预报地震6次，分别为2010年3月6日河北唐山、滦县交界M_S 4.2地震（距离146 km，异常开始后31天）、2010年4月4日山西大同、阳高县交界M_S 4.6地震（距离121 km，异常开始后60天）、2010年4月9日河北唐山丰南M_S 4.1地震（距离163 km，异常开始后65天）、2015年9月14日河北昌黎M_S 4.2地震（距离146 km，异常开始后9天）、2016年9月10日河北唐山开平区M_S 4.0地震（距离145 km，异常开始后48天）、2020年7月12日河北唐山古冶M_S 5.1地震（距离136 km，异常开始后28天）。漏报地震5次，分别为2012年5月28日河北唐山M_S 4.7地震、2012年6月18日天津宝坻、河北唐山玉田交界M_S 4.0地震、2014年9月6日河北逐鹿M_S 4.3地震、2016年6月23日河北张家口尚义M_S 4.0地震、2018年2月12日河北廊坊永清M_S 4.3地震。预测效能检验R值为0.385，R₀值为0.306，R值大于R₀值，通过了预测效能检验，最佳预测时间为66天（图 1）。

（4）洞体应变EW向以2.0倍标准差为速率变化异常阈值，共识别出速率异常12次，其中成功预报地震5次，分别为2010年3月6日河北唐山、滦县交界M_S 4.2地震（距离146 km，异常开始后3天）、2010年4月4日山西大同、阳高县交界M_S 4.6地震（距离121 km，异常开始后32天）、2010年4月9日河北唐山丰南M_S 4.1地震（距离163 km，异常开始后37天）、2015年9月14日河北昌黎M_S 4.2地震（距离146 km，异常开始后56天）、2020年7月12日河北唐山古冶M_S 5.1地震（距离136 km，异常开始后13天）。漏报地震6次，分别为2012年5月28日河北唐山M_S 4.7地震、2012年6月18日天津宝坻、河北唐山玉田交界M_S 4.0地震、2014年9月6日河北逐鹿M_S 4.3地震、2016年6月23日河北张家口尚义M_S 4.0地震、2016年9月10日河北唐山开平区M_S 4.0地震、2018年2月12日河北廊坊永清M_S 4.3地震。预测效能检验R值为0.340，R₀值为0.288，R值大于R₀值，通过了预测效能检验，最佳预测时间为57天（图 2）。

（5）依据上述异常提取方法与指标，西拨子洞体应变NS向与EW向测项目前均表现为非异常状态。

4 结束语

本研究对延庆西拨子洞体应变观测数据开展速率变化异常识别，通过震例总结与回顾检验，获得该定点形变测项较为有效的异常识别方法与结果，为今后西拨子洞体应变观测的日常数据跟踪、异常识别与判定及震情分析提供了一定的参考。

感谢北京市地震局2023年微创科技项目的资助与李宏伟等提供的计算程序！