地应变观测是观测地壳微运动的重要手段（中国地震局监测预报司，2003；翟丽娜等，2019；木拉提江·阿不来提等, 2023a, 2023b），常见的应变仪包括洞体应变仪、分量式钻孔应变仪、体积式钻孔应变仪等。当应变仪测值出现异常变化时，判定其是否为地震前兆异常显得尤为重要。排除干扰因素是提取地球物理异常的基础性工作（时显军等，2020；木拉提江·阿不来提等，2020；木拉提江·阿不来提等，2023），干扰因素的寻找和分析会直接影响研究结果的科学性（牛安福，2005）。但干扰因素多种多样，这给异常变化原因的寻找、性质的判定带来较大困难（中国地震局监测预报司，2000）。本研究对2023年3月6日至4月28日榆树沟观测站洞体应变仪测值异常变化进行了调查核实，排查了设备工作状态、观测点周边环境、气象等影响因素，并结合仪器可靠性分析、预报评估、同站点仪器观测数据情况等，对NE分量测值异常变化性质进行判定。

榆树沟地震监测站地处乌鲁木齐市东部山区，在构造上位于天山纬向构造带，属博格达复背斜褶皱的西北侧，妖魔山断裂南沿，系三迭纪砂岩、泥岩台基，台站西北侧400 m处有一小型水库，监测点山洞进深480 m，上部覆盖大于30 m。洞温常年保持在11℃左右，年温差小于0.15 ℃，日温差小于0.01 ℃。观测站内外环境稳定，监测站架设有洞体应变仪、水管仪、钻孔倾斜仪、分量钻孔应变仪、宽频带倾斜仪、石英水平摆、相对重力仪等仪器，为周边地震监测预报提供了大量的可靠资料。

2023年3月6日榆树沟地震监测站洞体应变仪NE分量测值开始转向，与往年相比，拉张变化速率减缓（图 1）。截至4月28日，NE分量测值变化幅度为3 610×10^-10，持续时间54天，斜率67；往年同期，压缩幅度均值为34 161×10^-10，平均持续时间183天，平均斜率187。故2023年3月6日起NE分量测值拉张趋势明显放缓（表 1）。

图 1(Fig.1)

图 1 2017年1月至2023年4月洞体应变仪NE分量日均测值 Fig.1 The daily average curves of NE component of cave strain gauge (January 2017-April 2023)

表 1(Table 1

表 1 2019—2023年洞体应变仪NE分量测值压缩变化幅度Table 1 Statistics of compression variation amplitude of NE component of cave strain gauge (2019-2023) 时段 开始时测值/10-10 结束时测值/10-10 幅度/10-10 持续时间/天 斜率/（10-10/天） 2019-03-19—08-28 688.9 32 031.2 31 342 163 192 2020-03-17—09-09 2 282.44 33 596.3 31 314 177 177 2021-02-20—09-07 2 979.43 36 423.15 33 444 200 167 2022-03-07—09-14 7 020.4 47 565.93 40 546 192 211 均值 – – 34 161 183 187 2023-03-06—04-28 15 625.81 19 236.01 3 610 54 67

表 1 2019—2023年洞体应变仪NE分量测值压缩变化幅度 Table 1 Statistics of compression variation amplitude of NE component of cave strain gauge (2019-2023)

现场采用万用表对供电系统进行现场测量，现场测量市电电压231 V，UPS供电检查显示电瓶电量为13.68 V，电压数值符合规范要求，供电系统正常。现场查看洞体应变仪数据采集器实时观测数据，观测数据均在量程范围内，仪器处于正常工作状态。为了验证仪器的可靠性，对洞体应变仪NE分量进行标定操作，标定结果符合规范要求。洞室无显著变化，仪器底座螺丝无明显生锈迹象。观测洞室门口，围栏无破坏，梯形挡土墙和保护门完整，无落石，洞室内的船舱门均处于关闭状态，没有发现观测洞室壁有显著变化。

2015年以来，榆树沟地震监测站周围2 km范围内观测环境受到较大干扰，有大型小区的建设、环城公路的修建，2020—2022年部队修建营地，附近荒山绿化工程等，这些干扰源目前已建设完成，投入使用，此次核实未发现新的施工干扰。除监测站附近的康普水库水面较2022年年底有所增加，其他外部环境无变化。

R值评分方法的核心是报震的成功率去除随机概率的预报成功率，该方法被广泛应用于年度地震预报效能检验（许绍燮，1989；李冬梅等，2023；苑争一等，2023）。R值越大，仪器预测效能越好，计算公式如下

对洞体应变仪NE分量测值速率异常进行预测效能检验。首先，筛选出距测点250 km范围内5.0级以上地震目录，采用异常自动识别、提取算法实现异常甄别，使用R值评分进行最佳阈值的确定和检验（图 2）。由图 2可见，最佳预报窗为21天，阈值线为3.841 3×STD，R值为0.127 87，R₀为0.138 86，R＜R₀，同时，2007年12月至2023年4月异常出现3次，报准1次，预报效能不高。

图 2(Fig.2)

图 2 洞体应变仪NE分量R值检验结果 （a）NE分量预处理曲线（含异常点及缺数、干扰点）；（b）台站周边250km范围内5级以上地震；（c）阈值超限日期；（d）阈值和预测期的关系 Fig.2 R value test results of NE component of cavity strain gauge

2007年有资料以来，榆树沟地震监测站洞体应变仪NE分量资料稳定，年变规律，呈“单峰—单谷”年变（图 1）。为验证观测数据的可靠性，计算并绘制洞体应变仪各分量M2潮汐因子相对中误差（表 2）。由表 2可见，近年来洞体应变仪测值稳定性较好，精度较高，且NS、NE分量精度高于EW分量。

表 2(Table 2

表 2 2020年1月至2023年4月洞体应变仪各分量M2潮汐因子相对中误差Table 2 Statistical table of relative mean error of M2 tidal factor of each component of cavern strain from January 2020 to April 2023 月份 M2波潮汐因子相对中误差 2020 2021 2022 2023 NS EW NE NS EW NE NS EW NE NS EW NE 1 0.004 7 0.011 8 0.004 6 0.009 5 0.018 3 0.008 5 0.007 9 0.013 3 0.006 9 0.009 8 0.016 8 0.006 3 2 0.005 5 0.017 7 0.008 2 0.011 5 0.022 3 0.014 2 0.007 3 0.013 5 0.007 1 0.011 5 0.025 7 0.013 0 3 0.007 6 0.016 9 0.0070 0.012 6 0.029 0 0.015 0 0.028 4 0.053 6 0.023 6 0.011 1 0.029 4 0.011 9 4 0.007 0 0.015 0 0.006 6 0.010 1 0.017 5 0.011 1 0.012 9 0.032 1 0.013 6 0.014 9 0.038 2 0.018 3 5 0.012 2 0.027 9 0.015 2 0.011 7 0.033 0 0.014 3 0.010 1 0.030 3 0.016 2 – – – 6 0.016 1 0.034 8 0.019 4 0.013 5 0.030 2 0.014 9 0.014 2 0.027 2 0.016 4 – – – 7 0.008 4 0.019 0 0.0110 0.013 2 0.030 8 0.013 3 0.013 4 0.024 1 0.016 3 – – – 8 0.009 7 0.026 7 0.012 5 0.010 6 0.033 7 0.016 7 0.010 7 0.029 1 0.0130 – – – 9 0.009 0 0.022 2 0.013 6 0.013 3 0.029 4 0.016 9 0.013 4 0.030 0 0.019 9 – – – 10 0.007 2 0.016 7 0.009 2 0.010 3 0.015 3 0.012 7 0.006 6 0.016 6 0.007 8 – – – 11 0.013 2 0.018 8 0.010 4 0.018 3 0.040 1 0.022 4 0.010 1 0.023 8 0.013 8 – – – 12 0.006 3 0.013 1 0.005 3 0.006 9 0.016 0 0.010 7 0.007 9 0.014 7 0.007 7 – – – 均值 0.008 9 0.020 1 0.010 3 0.011 8 0.026 3 0.014 2 0.011 9 0.025 7 0.013 5 0.011 8 0.027 5 0.012 4

表 2 2020年1月至2023年4月洞体应变仪各分量M2潮汐因子相对中误差 Table 2 Statistical table of relative mean error of M2 tidal factor of each component of cavern strain from January 2020 to April 2023

除洞体应变仪外，榆树沟地震监测站还架设了分量式钻孔应变仪及在同一个基线坑里的水管仪等。对比分量应变仪、水管仪各分量测值（图 3、4）发现，2023年3月6日至4月28日分量应变仪4个分量及水管仪NS、NE分量均有趋势性速率变化。多套仪器同一时段出现相似变化，可能源于相同的影响因素。

图 3(Fig.3)

图 3 2018年1月至2023年4月分量应变仪各分量日均测值 （a）NS分量；（b）EW分量；（c）NE分量；（d）NW分量 Fig.3 Daily mean curve of multi-year comparison of each component of strain gauge (January 2018-April 2023)

图 4(Fig.4)

图 4 2017年1月至2023年4月水管仪各分量日均测值 （a）NS分量；（b）EW分量；（c）NE分量 Fig.4 The daily mean curves of each component of water pipe meter for many years (January 2017-April 2023)

绘制榆树沟地震监测站气温、气压、降雨量日均值时序曲线（图 5）及洞温、钻孔水位曲线（图 6）。气温、气压等气象因素变化稳定，无显著异常变化。洞温呈稳中微上升趋势，总体稳定在11℃左右。2022年5月20日开始，钻孔水位下降速度加快，至9月18日降到最低点，由7.82 m下降至6.37 m；随后水位开始回升，2023年1月1日后逐渐稳定，水位由6.37 m上升至7.45 m；自2023年3月9日起，水位继续急速上升，截至4月28日水位由6.46 m上升至7.80 m。水位等因素影响可能会对各仪器造成影响，因此需作进一步分析。

图 5(Fig.5)

图 5 2017年1月至2023年4月气温（a）、气压（b）、降雨量（c）日均值 Fig.5 Daily mean curves of temperature, air pressure, and precipitation at Yushugou Seismic Station(January 2017-April 2023)

图 6(Fig.6)

图 6 2017年1月至2023年4月洞温（a）、钻孔水位（b）日均值 Fig.6 Daily mean curves of temperature and borehole water level in Yushugou Cave (January 2017-April 2023)

为了研究榆树沟地震监测站洞体应变仪NE分量测值与水位等因素间的相关性，选取2020年1月1日至2023年4月28日及2023年3月6日至4月28日气温、气压、钻孔水位、洞体应变仪NE分量测值作为研究对象，计算2个时段的各因素与洞体应变仪NE分量测值间的相关系数（表 3）。由表 3可见，2020年1月1日至2023年4月28日，洞体应变仪NE分量测值与洞温间呈中等强度负相关，与水位间呈高度负相关；2023年3月6日至4月28日，洞体应变仪NE分量测值与洞温间呈高度负相关，与水位间呈高度正相关。从长期趋势来看，洞体应变仪NE分量测值与水位间的相关系数为高度负相关，短时间内出现了反向高度相关性，同一时段水位出现快速反向变化，洞温无异常变化，因此洞体应变仪NE分量测值异常变化可能为受水位的影响。

表 3(Table 3

表 3 不同时段洞体应变仪NE分量测值与气温、气压、洞温、水位间的相关系数Table 3 Correlation coefficients between NE component of cave body strain and air temperature, air pressure, cave temperature, and water level at different time periods in Yushugou Cave 时段 相关系数 与气温间 与气压间 与洞温间 与水位间 2020-01-01—2023-04-28 0.416 -0.242 -0.438 -0.810 2023-03-06—04-28 0.544 -0.036 -0.941 0.915

表 3 不同时段洞体应变仪NE分量测值与气温、气压、洞温、水位间的相关系数 Table 3 Correlation coefficients between NE component of cave body strain and air temperature, air pressure, cave temperature, and water level at different time periods in Yushugou Cave

（1）2023年3月6日至4月28日榆树沟地震监测站洞体应变仪NE分量测值异常变化时段，同站点水管仪、分量应变仪观测数据出现相似异常变化。

（2）从与气温、气压、水位、洞温等因素间的相关性方面进行分析。长期来看，洞体应变仪NE分量测值与洞温间呈负向中等强度相关，与水位间呈高度负相关，与气温、气压间的相关性较低；数据异常变化时段内，洞体应变仪NE分量测值与洞温间高度负相关，与水位间高度正相关，因该时段水位出现反向快速变化，因此异常变化可能为受水位影响所致。

（3）根据《地震前兆异常落实工作指南》（中国地震局监测预报司，2000）要求，开展现场异常核实、数据分析后认为，2023年3月6日至4月28日榆树沟地震监测站洞体应变仪测值出现的中短期异常变化为观测环境干扰所致的可能性较大。

（4）水位干扰一般为短期快速的影响，且不同分量测值对水位变化的敏感程度不同。当地下水位上升时，岩石孔隙中水量增多，这导致地层重量增大，地壳呈压性态势，当水位急速反向上升变化时，洞体应变仪NE分量测值原有的拉张变化会出现减缓甚至转向。

在异常性质判定过程中发现，自2022年年底开始，站点附近的康普水库水量逐渐增加，载荷增大可能对观测环境造成一定影响，但因无法获取库容相关数据，无法开展进一步研究。建议联系水库管理单位获取相关资料，以进一步分析水库库容对榆树沟地震监测站各套仪器观测数据的影响。