0 引言

定点形变观测旨在捕捉震前潜在震源区的异常变化，通过对观测数据进行详细分析来研判未来地震可能发生的区域。其作为重要的前兆监测手段之一，在地震短临预报中应用广泛(武艳强等，2018；牛安福等，2020；付虹等，2021；张燕等，2022；宋春燕等，2024)。在云南地区，众多中强地震前均出现显著的定点形变异常信号，如2014年景谷6.6级地震前，通海地震台垂直摆倾斜年变幅度变小，出现跳跃式异常变化(杨玲英等，2018)；2016年云龙5.0级地震前，云龙台水管仪、水平摆和伸缩仪北南向出现破年变异常(何应文等，2017)；2022年云南宁蒗5.5级地震前，洱源台洞体应变、丽江台水管倾斜和永胜台水管倾斜出现高值异常(吴艳芳等，2022)。这些实例表明，形变异常对中强地震预报具备一定的指示意义。

然而，形变观测数据极易受到气象条件、人为活动、环境因素及仪器故障等多重干扰(孙伶俐等，2013；黄灿等，2013；崔庆谷等，2014；冯琼松等，2015；胡玮等，2022)，这些干扰极大地增加了异常信号识别的难度。在复杂监测环境的挑战下，探索有效的异常识别方法，为日常地震危险性跟踪与判定提供可靠依据，成为地震研究领域亟待解决的问题。

永胜地震台(下文简称永胜台)是滇西北重要的国家综合监测台站，凭借其长时间的观测资料积累、稳定的年变形态、相对纯净的周边环境，以及在多次显著地震前捕捉到形变异常的能力，成为日常地震危险性分析的重要参考依据。但由于受到降雨影响，导致观测曲线短期内出现大幅波动变化，且变化趋势与前兆异常形态较为相似。因此，如何有效排除永胜台形变观测降雨干扰，准确识别地震前兆异常，分析其与地震活动的相关性，对提升危险区域判定的有效性与可靠性，具有一定现实意义。

1 场地观测概况及地震地质背景 1.1 台站概况

永胜台位于永胜盆地东侧山麓地带的程海—宾川断裂东侧。台址为出露较好的下三叠统至中三叠统地层，台基岩性为第三纪石英砂岩。洞体岩性为砂岩、页岩互层、砂页岩夹煤系，产状275° N~280°W，倾斜角55°~59°，海拔约2200m。

永胜台观测山洞建于1981年，1985年正式投入观测，先后经历了“九五”、“十五”技术升级改造(李春海等，2020)。山洞全长210m，宽2m，高2.5m，覆盖层厚度40~80m，山洞引洞设隔离保温门7道，冷库门2道，仪器洞室温度约17.8℃，洞温日变幅小于0.03℃，年变幅小于0.5℃，相对湿度在80%左右，观测条件优良。

1.2 区域地质背景及历史地震活动

永胜台位于一级大地构造单元扬子准地台的二级构造单元丽江台缘褶皱带和川滇台背斜的交界位置，区域最大主应力方向为北西向(Su et al，2024)。区域地质构造复杂(图 1)，主要发育活动断裂有NNW向程海—宾川断裂、程海西缘断裂和上羊坪断裂。程海—宾川断裂带是一级构造单元扬子准地台的两个二级构造单位的分界断裂，西侧为丽江台缘褶皱带单元，东侧为川滇台背斜单元，其主干断裂程海—宾川断裂形成于前震旦纪晋宁运动。自第三纪至第四纪，断裂经历了由挤压到拉张的变化过程，全长200km，总体走向近南北向，倾向南西向，倾角70°~85°。程海西缘断裂为程海—宾川断裂带的次级断裂，为第四纪活动断裂，长约28km，走向南北向，倾向东，倾角70°以上。上羊坪断裂为程海—宾川断裂的次级断裂，北段走向北西向，南段走向南北向，呈弧状，为晚更新世活动断裂。区域断裂复杂且发育，孕震背景突出，1900年以来该区域发生6.0~6.9级地震20次，7.0~7.9级地震2次，历史上最大地震为1515年永胜西北7.8级地震。

2 资料选取与处理 2.1 资料选取

永胜台有洞体应变、水管倾斜、垂直摆倾斜、分量钻孔应变等多种形变监测手段。其中，洞体应变、水管倾斜仪器工作状态稳定，资料连续率和完整率较高，年变形态清晰，垂直摆倾斜、分量钻孔应变观测年变形态不规律，故本文选择记录时间相对较长和观测资料较完整的洞体应变和水管倾斜两个测项资料进行研究，降雨数据自2015年开始较为完整，选取的时间段为2015年1月1日至2023年12月31日。

2.2 资料处理

由于降雨对形变的短期影响以天为尺度，因此在分析降雨对形变观测的影响之前需要将固体潮汐的影响、年变变化等其他频段的影响滤除(李智蓉等，2018b)。永胜台水管倾斜和洞体应变数据均采用db5小波5阶(小时值)对潮汐信息进行分离，采用db5小波13阶(小时值)对年变以上信息进行分离(图 2)，以便更好地提取洞体应变和水管倾斜观测量的降雨频段信息。

3 回归模型构建

降雨对形变观测的干扰机制比较复杂，主要与观测室的地质结构有关，周围的环境荷载变化也会产生影响(张晶等，2003；杨学慧等，2016；李智蓉等，2018b；张小艳等，2019；杨小林等，2023)，降雨导致的雨水积聚进而形成集中荷载，或是雨水渗透后引发的岩石孔隙压力变化，均需经历一定的时间过程，导致降雨对观测值的影响存在一定滞后。前人研究结果表明，降雨对形变观测影响的滞后时间与降雨方式、降雨量、观测测项等均有关系。因此，无法用一个恒定的量对滞后时间进行准确的估计。例如，永年地震台水管倾斜仪受降雨影响滞后时间一般在2天以上(侯晓真等，2018)；龙岩地震台地倾斜观测受降雨影响滞后时间为几天至十几天(郑永通等，2022)；丰宁地震台水管倾斜仪受降雨影响最大形变量基本上发生在降雨次日(郭亚亚等，2024)。

对永胜台形变观测受降雨影响的滞后时间进行统计分析，结果表明，不同形变测项或同一测项对降雨的响应程度不同，响应时间不同；同一测项也因降雨方式不同、季节不同或地下介质含水饱和程度不同而表现出不同的响应变化。永胜台洞体应变与水管倾斜受降雨影响的情况大致分为短时强降雨和长时间连续降雨两类，通常情况下，洞体应变与水管倾斜受短时强降雨影响滞后时间一般在1~3天，受长时间连续降雨影响滞后时间一般在4~8天。因此，考虑不同测项对降雨的响应机制比较复杂，为尽可能降低不同滞后时间对观测数据量取的影响，本文根据经验确定不同测项受降雨影响的滞后时间后，人工量取相应的形变变化量，并与日累积降雨量进行相关分析，进而搭建一元线性回归分析模型，即

$ y=a+k x $

(1)

其中，x为某时段的日累计降雨量，y为对应的形变变化量，a、k为回归方程的系数。

通过最小二乘法拟合求得洞体应变北南分量回归模型为y=2.5213x+160.91，洞体应变东西分量回归模型为y=15.555x-121.84，水管倾斜北南分量回归模型为y=0.3834x-7.4216，水管倾斜东西分量回归模型为y=0.6554x+0.9772。

结果表明，永胜台洞体应变和水管倾斜两个分量与日累积降雨量的相关性不同。具体而言，洞体应变北南分量相关系数低于东西分量(R²=0.3249＜0.6581)，表明洞体东西分量受降雨的影响要大于北南分量，其相关系数约为后者的2倍(图 3(a))。水管倾斜也有类似的结果，即北南分量相关系数高于东西分量，且约为后者的2倍(图 3(b)，表明北南分量受降雨的影响要大于东西分量。统计结果显示水管倾斜北南分量受降雨的影响最大。

考虑到永胜地区显著的季节性降水特征(6—10月为雨季，11—5月为旱季)，本研究进一步探讨了不同季节降雨与形变的响应关系，结果如表 1所示。永胜台形变观测与降雨的相关性存在显著季节性差异，雨季期间，水管倾斜北南分量与降雨的相关性最高(R²=0.7633)，洞体应变东西分量次之(R²=0.6596)，且与全时段结果基本一致；旱季则呈现不同特征，洞体应变北南分量相关性小幅增加(R²(旱季)=0.3644>R²(全时段)=0.3249)，而水管倾斜北南分量相关性明显减弱(R²=0.5786，较全时段下降23.8%)，其余分量相关性低。总体结果显示，当雨季出现形变异常时，应优先考虑降雨干扰；当旱季出现形变异常变化时，为前兆异常的可能性较大。需要说明的是，旱季因有效降雨样本量不足(n＜10)，相关结果需谨慎对待。

综上所述，由于洞体应变东西分量和水管倾斜北南分量与降雨的相关性较好，当降雨引起形变变化后，可通过洞体应变东西分量回归模型y=15.555x-121.84和水管倾斜北南分量回归模型y=0.3834x-7.4216对形变变化量进行评估，在不同分量的回归模型上标注出1倍标准差线，认为超出1倍标准差的点与降雨关系不显著，并将其判定为异常点。结果显示，2015年1月至2023年12月洞体应变东西分量偏离1倍标准差线的异常点有6个，水管倾斜北南分量异常点有5个(图 4)。

4 永胜台形变异常与地震的关系

当洞体应变东西分量和水管倾斜北南分量出现异常点后，因其与降雨关系不明显，认为形变量还包含部分前兆信息。选取一定时空范围，统计异常出现后的发震情况可以初步评估两个测项的预报效能。根据前人研究结果，形变观测出现异常的时间和空间范围较广，基于中国震例研究表明，形变异常时间出现相对较早，平均为震前300~500天不等(蒋海昆等，2009)。一些对云南震例的研究表明形变异常范围与震级相关，5级地震关系不明显，6级以上地震异常随震中距的增加而增加(付虹等，2008；李智蓉等，2018a)。基于此，本文在参考前人研究结果的基础上，考虑到形变观测在年度会商中的可应用性，选择异常出现后一年内的地震进行对应，并分析对应地震的空间分布，结果显示：①洞体应变东西分量出现的6次异常中有5次后续一年内有M≥5.0地震对应，水管倾斜北南分量出现的5次异常后均有M≥5.0地震对应，且有3次异常时间段为两个分量共有(表 2)；②从空间分布来看，对应地震主要集中在川滇菱形块体中、南边界及内部，震中距最近距离为122km，最远距离为399km；两个分量同步异常出现后发生地震范围更为集中，主要分布在川滇菱形块体中部(图 5(c))，震中距最近距离为122km，最远距离为346km；③从时间分布来看，洞体应变东西分量异常出现后，后续发生地震较多集中在异常出现后的8~9个月；而水管倾斜北南分量异常出现后，发生地震的时间间隔较分散，最短为68天，最长为360天，没有明显集中分布时段。两个测项对应地震优势的震级为5级。

5 结论

本文通过对洞体应变、水管倾斜形变量与某时段日累计降雨量进行相关性分析，构建回归模型，并提取异常点。研究结果表明：①降雨干扰具有差异性：永胜台洞体应变和水管倾斜的不同分量受降雨的影响程度存在显著差异，可能与台站地质结构及仪器布设方向相关。洞体应变东西分量和水管倾斜北南分量与降雨的相关性较好，表明这些分量对降雨的响应更为敏感。在日常数据分析中，当这些分量出现异常时，需优先考虑降雨干扰的可能性，尤其是在雨季期间。②异常与地震的关联性：在排除降雨干扰后，提取的异常点与后续1年内川滇块体中、南边界及内部区域发生的M≥5.0地震存在一定的关联性。洞体应变东西分量和水管倾斜北南分量的异常点出现后，地震的发生频率较高，但需注意这种关联性并不完全一一对应，且发震时间和空间分布存在一定分散性。③研究局限性：本研究虽然通过回归模型提取了异常点，但地震的发生受多种因素综合影响，形变异常仅为其中之一。因此，异常点的出现可作为地震危险性分析的参考依据之一，但不宜单独用于地震预测。此外，旱季样本量不足可能对结果产生一定影响，需在后续研究中进一步验证。

综上所述，本研究为永胜台形变观测数据的干扰排除和异常提取提供了一种可行的方法，有助于提高地震危险性分析的可靠性。未来可结合更多台站数据和多学科手段，进一步探讨形变异常与地震活动的关联性，为地震监测提供更全面的科学依据。