0 引言

形变观测作为地震监测的重要手段之一（车兆宏，2003；张晶等，2003），在地震中长期预报中发挥着不可替代的作用。然而，随着城市化建设的发展，地震台站观测环境保护面临严峻挑战，日益增多的干扰影响了形变观测数据质量及地震中长趋势的判断。排查干扰源，减少干扰，成为地震台站急需解决的问题（孙伶俐等，2013；杨晓东等，2018）。

攀枝花南山地震台（下文简称南山台）是全国基本台之一，其地处金沙江上游干热河谷，南北地震带中段，区内悬殊的高差地貌与复杂的水文地质条件、强烈的构造活动以及成熟的采矿活动与经济建设，共同影响着研究区地震台站观测数据质量，使得形变观测数据干扰具有难识别、难查明的特点。自2020年11月以来，该台多套形变观测仪器记录产生固体潮畸变，且同处金沙江沿岸的地龙井、马兰山地震台VP宽频带垂直摆同时段产生固体潮畸变，具体表现为：变化时段相同；畸变持续时间不固定；与EW向相比，NS向干扰较大。

采用小波分析方法，对复杂因素条件下的攀枝花地区形变台站进行数据分析，有助于干扰的识别与排除，可为其他台站类似干扰的排除提供依据。

1 区域地质与台站概况

攀枝花地区位于扬子地台西缘，康滇地轴北段，分属泸定—米易台拱、米易—江舟断陷、盐边台拱3个大地构造单元。该区地质构造复杂，褶皱、断裂发育（图 1），并控制着区内地层、岩浆岩的展布以及成矿作用的发生与矿产分布（马玉孝等，2001）。该区主体构造呈近NS展布，次为NE向、NW向与近EW向。区内构造以断裂为主，褶皱次之，且存在昔格达断裂等全新世断裂。

攀枝花南山地震台（下文简称南山台）位于金沙江南岸山坡上，海拔1 217.5 m，附近分布有露西番田断裂、弄弄坪断裂、纳尔河断裂、那拉箐断裂、倮果断裂等次级断裂（何龙江等，1999）。区内地震活动活跃，曾发生1955年9月23日会理鱼鲊6¾级、2008年8月30日仁和、会理县交界M_S 6.3等地震（孙成民，2010）。

南山台观测山洞整体置于山体当中，洞室径深185 m，覆盖层较厚，台基岩性以灰色闪长岩为主，岩石坚硬，透水性差，洞室内年温差小于0.5 ℃，观测环境良好。台站配备DSQ水管仪、SSY伸缩仪、洞温、VS垂直摆、VP宽频带垂直摆等“十五”数字化仪器5台套，及气温、气压、降雨量等辅助测项，共16项测项分量。其中DSQ水管仪距洞口85 m，其间布设6道密闭门。

2 形变数据畸变现象

自2020年11月起，南山台VS垂直摆、VP宽频带垂直摆和DSQ水管倾斜仪各分量观测曲线均出现不同程度的变化，且具有以下特点：①同一时段、多套仪器出现不同程度的固体潮同步畸变，影响固体潮正常走势；②与EW分量相比，NS分量变化较大；③2020年以后出现，畸变出现时间不固定。与马兰山、地龙井地震台VP宽频带垂直摆观测进行对比，发现数据存在同类畸变（图 2）。南山台多套仪器同步变化应为干扰所致，不属于形变异常。同时，对仪器故障、供电系统、气候变化、线路、附近水井等因素进行调查和研判，判定数据畸变非上述因素引起。由此判断此干扰来自同一干扰源，且应为新增干扰源。

调研发现，南山台、地龙井台、马兰山台均位于金沙江沿岸，距离分别为1.2 km、0.2 km、0.67 km，且2020年新建的金沙水电站与3个台站相对地理位置较近。数据对比发现，金沙电站出库流量变化与3个台站形变仪器观测数据干扰出现，在时间上存在相关性。台站与金沙电站位置分布见图 3。

调取3个台站形变仪器2020年4月—2020年9月观测数据整时值与金沙电站出库流量整时值，利用Matlab软件进行数据相关性计算，得到二者的相关系数，统计结果见表 1，可知形变测项分量与金沙江上水电站出库流量之间的相关程度较高，可见形变观测数据受出库流量影响较大。

3 干扰分析

选取2021年1月1日—2022年12月31日南山台VP、VS垂直摆及水管仪、马兰山台VP垂直摆、地龙井台VP垂直摆NS、EW向整点值数据，采用小波分析方法，将观测数据分解成多个不同尺度的频段，基于时频分析和奇异性检测特性（张燕等，2004；苏小芸，2018；王晓霞等，2021），利用去除固体潮后的数据信息对金沙江水位改变（荷载影响）导致的干扰进行对比分析，有利于进一步认识金沙江荷载改变对沿岸形变观测的影响。

3.1 短期干扰

将3个台站所选形变数据进行小波分析，去除固体潮和长趋势，并将地震、仪器故障等发生时段数据做缺数处理，得到去潮汐及长趋势观测数据。将金沙电站出库流量整时值进行一阶差分，计算流量整时值变化量，其中正值代表流量上升（较上一整时值增加），负值代表流量下降（较上一整时值减少）。将修正后的去潮汐及长趋势形变观测数据与金沙电站出库流量整时值变化量进行对比分析，结果见图 4，可见2021年10—12月、2022年4—12月，金沙电站出库流量变化量激烈，3个台站5套仪器10个测项均同步出现干扰。

每年2月、3月为攀枝花旱季，大部分时间金沙江水位不满足发电要求，下泄流量基本处于生态流量状态，变化不大，对形变观测干扰小，时间同步性进一步确定3个台形变观测干扰由金沙电站下泄流量变化导致金沙江荷载改变引发，但各套仪器不同测项干扰程度有所不同，下文主要从电站与台站相对地理位置、干扰影响特征、干扰幅度来进行具体分析。

（1）干扰程度大小与金沙江和台站相对位置（图 3）有关。基于电站的工作原理，金沙江水下泄流量不断改变，其荷载随之发生改变，而距金沙江最近的地龙井台VP垂直摆观测数据所受干扰最为严重，马兰山、南山台各测项观测数据影响次之（图 4），可见：观测仪器距金沙江越近，所受加卸载影响越大，反之越小。由图 4可见，各台NS向观测数据较EW向所受干扰严重，应与金沙江流向有关。金沙江流向基本呈自西向东向，马兰山台位于金沙江北岸，地龙井、南山台位于金沙江南岸（图 3），NS方向加卸载较大，导致形变观测NS向数据所受影响较大。

（2）干扰特征。选取2022年10月1日—4日形变观测数据，提取10月2日09时—12时各仪器去趋势去潮汐数据与金沙电站出库流量变化量进行具体分析，结果见图 5。此时段干扰时间同步，干扰清晰可辨。

由图 5清晰可见，金沙电站出库流量变化始于10月2日9时（图中箭头所示），出库流量减小，变化量约为1 600 m³/s，而南山台VP、VS垂直摆、水管倾斜仪NS向及地龙井台VP垂直摆NS向同时出现南倾，马兰山台VP垂直摆NS向则出现北倾。10时左右出库流量开始上升，南山台形变仪器NS向随即转向北倾，马兰山、地龙井台VP垂直摆同步出现减缓，之后马兰山台VP垂直摆南倾，地龙井台VP垂直摆北倾。因南山台距金沙电站较近，观测数据对流量变化的反应较为同步，而马兰山、地龙井台距金沙电站较远，干扰存在一定滞后。地龙井台VP垂直摆NS向与南山台各形变仪器NS向干扰漂移方向一致，因2个台站同位于金沙江以南，而马兰山台位于金沙江以北，故VP垂直摆NS向干扰漂移方向与地龙井台VP、南山台形变仪器漂移方向相反。以马兰山台VP垂直摆为例，当流量增加时，金沙江荷载明显增加，江水流经马兰山沿岸时，通过河岸对马兰山台VP垂直摆产生向北挤压的推力，同时荷载的增加在南面产生一个向下的重力。从观测结果来看，2个力同时作用，向下的重力更具优势，最终表现为流量增加（加载过程）NS向南倾，流量减少（卸载过程）NS向北倾。地龙井、南山台形变观测仪器因地理位置与马兰山台相反，干扰方向也相反。

对于EW向，南山台与马兰山VP垂直摆变化一致，与地龙井台VP垂直摆变化相反，即流量变化量增加（加载）时，南山台、马兰山台VP垂直摆均西倾，地龙井台VP垂直摆东倾。南山台VS垂直摆与水管仪EW向干扰不明显，可能与仪器自身因素有关。

（3）干扰幅度。采用分段统计方法，将去潮汐、去趋势观测数据进行一阶差分并取其绝对值，计算得到形变观测数据变化量。将金沙江流量变化量（经一阶差分）绝对值分为8段，变化量为0时为正常背景值，其他7段划分如下：1—300 m³/s、301—600 m³/s、601—900 m³/s、901—1 200 m³/s、1 201—1 500 m³/s、1 501—1 800 m³/s、1 801—2 100 m³/s，统计并计算每段对应的形变观测数据变化量平均值（表 2），用以衡量流量变化量产生的数据干扰幅度。

干扰幅度除与距离有关外，还与仪器的放大倍数有关，利用潮汐因子可有效去除仪器自身放大倍数造成的影响。从各台形变干扰情况可知，干扰始于2020年10月（电站蓄水运转），统计2020年1—9月各台各测项潮汐因子（均达标），取其平均值作为正常背景值（表 3）。由表 3可知，地龙井台垂直摆NS分量潮汐因子远高于其他仪器NS分量，表明该测项仪器放大倍数造成的影响不容忽视。以NS向为例，以南山台VP潮汐因子0.648 8为基准（潮汐因子最低值），将其他仪器潮汐因子缩小倍数至0.648 8，干扰幅度相应缩小，以剔除仪器放大倍数造成的影响，统计结果见表 4，并绘制各仪器各测项数据变化量与流量变化量关系图，见图 6。

剔除仪器放大倍数后，可单独考虑台站与金沙江的距离因素。结合图 6可知，距金沙江最近的地龙井台VP垂直摆NS向干扰幅度最大，远超其他台站，马兰山台VP垂直摆（距金沙江0.67 km）与南山台垂直摆（VP、VS）、水管倾斜仪（距金沙江1.2 km）干扰幅度相当，但南山台形变干扰幅度略高，该现象可能与台站到金沙电站的距离有关，南山台与金沙电站最近，其所受干扰影响较大。由图 5可知，南山台形变干扰起始时间与金沙电站泄流几乎同步，马兰山、地龙井台VP垂直摆干扰略有延迟。马兰山台VP垂直摆距金沙电站较远，长距离河道将下泄流量峰值减弱，形变干扰幅度也略有下降。表明金沙江流量变化量对形变观测数据的影响与水电站间距存在相关性，距水电站越近，干扰影响越大，长距离河道可减缓流量峰值，减小对仪器的干扰。同时，当流量变化量超出1 600 m³/s时，形变观测NS向均出现大幅度增加。

针对各仪器EW向，地龙井台VP垂直摆EW向受流量变化量影响明显，马兰山、南山台形变观测受影响有限，但在流量变化量达到1 500 m³/s以上时，干扰幅度出现明显下降。分析认为，该反常现象可能与样本数量不足有关。观测数据去潮汐后仍含有多种信息，其相位、幅度的叠加造成了观测数据的复杂性，流量变化量超出1 500 m³/s，对应形变观测数据较少。数据样本过少已不能真实反映干扰情况，故不再统计1 500 m³/s以上对应的EW向数据（表 2，表 4）。

3.2 长趋势干扰分析

将3个台站所选形变数据进行小波分析，将经小波分析的原始数据减去细节3阶（半日波）和细节4阶（日波），得到去除潮汐（日波和半日波）的长趋势观测曲线图，与金沙电站出库流量变化量进行对比分析，在流量变化量激烈时段，未发现二者存在明显关系，对比结果见图 7。

4 讨论与结论

目前，形变固体潮观测仪器，如倾斜仪、应变仪、重力仪等，均具有较高的灵敏度和稳定性，其频率范围较宽，可监测到高频（如地震波）至零频范围的形变信息，最小可观测到10^-9量级的变化。也就是说，在以固体潮为观测本底的基础上，较长周期的构造变形和较高频的突发变形事件，均在形变固体潮仪器响应范围内，但干扰大小也可能取决于仪器所在山体的构造、干扰体量与相对距离等。对于影响幅度较大且持续时间长的干扰源的排查，不应仅限于单个台站，应结合周边多台数据进行综合分析。

通过对金沙电站出库流量实时数据（金沙电站提供）的观测发现，干扰具有同时段、NS向干扰相对EW向大、干扰持续时间不固定的特点。出库流量变化量达1 600 m³/s左右，对3个台站的形变观测均会造成严重干扰，而台站与金沙江的相对位置不同，干扰程度也有所不同，二者距离越近，干扰越明显。此干扰还显示出一定时序性，南山台距金沙电站最近，形变观测数据对出库流量变化的反应几乎同步，马兰山、地龙井台距金沙电站较远，干扰存在一定滞后。金沙电站出库流量变化量引发的干扰主要体现为短期干扰，未发现该变化量与形变观测数据长趋势存在明显关系。

金沙电站出库流量变化属于城市基础建设干扰，其对形变观测的影响预计还将持续。据悉，银江电站将于2026年前后投入使用，届时金沙江水位变化可能达到相对稳定状态，对沿岸形变观测的影响也将得以减轻。