2023, Vol. 44
倾斜应变测量是地震预测预报研究的重要手段。李智蓉等（2018）对1966—2006年正式出版的《中国震例》和2007年云南省震例总结报告中云南的定点形变异常进行统计和研究，发现这31年中，5级及以上地震前的83项定点形变异常中98%为倾斜类异常，云南倾斜仪数量较多且观测资料质量连续性较好。地倾斜观测对于云南地区5级以上地震预测预报具有重要意义。然而，定点形变仪器时常会受仪器运行状况、气象变化、观测环境等因素干扰，因此，在发现异常信息后，亟需预报研究人员进行异常分析，从而捕捉到有效的地震前兆信息。
2 研究内容云南云县台垂直摆NS和EW分量于2022年出现年变幅度基本消失的破年变现象。该仪器目前没有典型震例，其曾在2019年8月至2020年6月期间因受爱华隧道施工影响出现过与此次类似的破年变现象。云县台垂直摆自2012年11月开始使用“‘十五’数字化”观测，观测以来数据连续性较好，仪器虽然存在老化、数采故障、格值校准变化较大等问题，不过年变特征较明显。为了区分此次破年变现象是否为前兆异常，从观测系统运行情况、气象因素以及环境干扰情况进行分析，尤其是对环境干扰源采用了载荷模型分析来实现定量计算。
3 研究结果 3.1 观测系统调查对观测系统进行了人工按压摆体模拟实验。通过人工按压垂直摆摆体4个方向来模拟观测墩倾斜，以判断传感器、测量系统以及数据采集系统工作状态，结果表明其观测系统工作正常。计算了EW、NS分量在2022年1—8月数据完整率均在98.6%以上，连续率为98.5%，表明该时期仪器运行较稳定。
3.2 气象因素分析基于云县台气象三要素综合观测仪观测数据，与垂直摆两分量观测数据进行了对比分析。结果表明，日降雨对其两分量观测数据影响不显著，云县台观测硐室的温度在23.66 ℃—23.68 ℃、气压在882.2 —901.2 hPa之间，两者均在正常范围波动。分析认为，其两分量破年变现象，与当地的降雨量、气温、气压因素无关。
3.3 观测环境影响分析 3.3.1 环境调查现场调查发现云县台北西侧的嘉海顺城小区施工和西侧的民房施工可能对观测数据产生较大影响。
嘉海顺城小区位于台站南东侧，距离观测硐室北西侧约300 m。小区规划有6栋楼，在这里分别命名为1#—6#。1#和2#于2018年3—5月开挖建设，2019年9月封顶。4#和5#于2019年9—12月开挖建设，2021年12月封顶。3#和6#于2022年2—4月开挖建设，2022年9月建到第3层。施工建设期间，两分量观测数据的变化速率均有一定程度的变缓现象。
台站西侧有多处民房施工，距离观测硐室最近约50 m。这些民房均在2022年3月后开始施工，至2022年9月已封顶，进入外墙和室内装修阶段。
3.3.2 载荷模型分析针对嘉海顺城小区和民房施工对云县垂直摆两分量带来的影响，选用闫伟等（2015）提出的二维不规则定量载荷模型进行定量计算，将模型的总作用力P进行散点化，各散点的作用力记为Pi，分别求取各散点对某点M的垂向位移wi和倾斜量（Txi，Tyi），然后求所有散点对M点作用的矢量和，即为M点的垂向位移w和倾斜量（Tx，Ty）。设网格个数为n，则有
| $p_i=\frac{P}{n}$ | (1) |
| $w=\sum w_i$ | (2) |
| $T_X=\sum T_{x i}, \quad T_y=\sum T_{y i}$ | (3) |
在实际计算时，以不同长度将二维不规则模型进行格网化处理，然后利用质心点载荷模型分别求取各格网对M点的垂向位移wi和倾斜量Txi、Tyi，最后利用式（2）、（3）求取该点的垂向位移w和倾斜量（Tx，Ty）。
云县台基岩性为强风化的花岗岩。在模拟过程中为了得到荷载对形变观测影响的最大值，依照《地基与基础》推荐参数，取其弹性模量为2.98×104 MPa，花岗岩和砂土泊松比分别为0.20和0.15，混泥土比重为2.5×103 kg/m3，花岗岩比重为2.68×103 kg/m3，地表沙土比重1.5×103 kg/m3，嘉海顺城小区1#和2#载荷-2.4×108 —3.3×1010 N，4#和5#载荷-2.6×108 —4.0×1010 N，3 #和6#载荷-1.6×108 —6.3×108 N；民房载荷-1.8×107 —2.5×108 N。
模拟计算结果如表 1所示，嘉海顺城小区1#和2#、4#和5#施工建设期间对云县台垂直摆观测影响较大，其载荷对NS分量的影响量为692.68×10-3 "，EW分量的影响量是-758.92×10-3"。但是1#、2#、4#和5#施工时间与此次破年变异常发生的时间不一致。云县台垂直摆观测两分量曾在2019年到2020年期间的年变幅度明显减少，分析认为其施工是2019—2020年呈现破年变现象的主要原因。
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表 1 云县台周围施工项目对其垂直摆两分量影响结果统计 Table 1 The impact of construction projects around Yunxian station on its vertical pendulum tilt observations |
模拟计算结果表明嘉海顺城小区3#和6#施工建设对两分量的影响较小。民房施工载荷对NS分量的影响量为-102.71×10-3"，对EW分量的影响量是19.30×10-3"（图 1），与本次年变消失有一定关系，但由于两分量的变化量均远大于民房施工的影响量，因此云县垂直摆两分量的变化应含有前兆异常信息。
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图 1 民房施工建设对周边倾斜变化的空间分布 Fig.1 Spatial distribution map of surrounding tilt changes caused by residential |
分析认为云县垂直摆两分量的破年变为前兆异常。其观测时间较长，年变动态特征稳定，但由于仪器老化且受周围施工建设一定程度的影响，认为异常信度一般，为C类异常。
4 结束语随着社会经济高速发展，地震监测仪器受周边基建工程、建筑工程等影响的问题越来越突出。本文通过载荷模型来进行定量分析施工建设对周边倾斜变化的影响，以判断观测环境周边干扰源对仪器运行的影响程度，综合分析异常产生的原因，从干扰中识别出前兆异常，以期对云南地区破坏性地震预测提供依据。