2017, Vol. 38
按《地震台站观测环境技术要求》及《地震台站建设规范：地磁台站》的要求（中国地震局，2004），地磁台建设必须选用无磁性或弱磁性建筑材料，对所用建筑材料及器件的磁性必须认真测定。为此，地磁台建设过程中对于建筑材料的磁性检测必须认真负责，所有建筑材料（包括沙、石、水泥等）均须进行严格测试，确保建成的地磁房内部磁场梯度符合规范要求，以保证地磁观测数据的准确性。观测墩所用材料的磁化率k < 1×10-6 CGSM，房屋建筑材料磁化率k < 1×10-5 CGSM（中国地震局，2004）。由此可见，地磁台建筑对材料的磁性要求严格。在良好磁场环境条件下，利用高精度仪器才能正确记录当地地磁场变化，才能准确检测出材料的磁性大小（赖加成等，2008）。
涉县地磁基准台（以下简称涉县台）地处晋冀鲁豫交界区，是河北省南部唯一综合观测台站。2008年根据中国地震背景场探测项目建设规划，在涉县地震台建立国家地磁基准台，台站地磁房的建成将优化地磁台网布局，填补空白监视区（中国地震台网中心，2009），提高中国地磁基本场和变化场等地震背景场探测能力，为地震监测预测提供准确可靠的基础资料。该工程于2014年初完工，5月地磁观测仪器运行，产出地磁观测数据。笔者在涉县地磁基准台建设中全程参与场地堪选与清理、建筑材料检测、磁房建设等，在此对磁台建设过程中的磁性检测工作进行论述，以期对其他台站地磁房建设提供参考。
1 检测仪器选用2套GSM-19T标准质子磁力仪用于建筑材料的磁性检测和场地梯度检测。该仪器重量轻、携带方便、操作简单等，各项指标为：灵敏度 < 0.05 nT、分辨率0.01 nT、绝对精度±0.2 nT、采样率3—60 s、动态范围20 000—120 000 nT、梯度容差 > 7 000 nT/m，适合用于材料磁性检测。
2 建筑材料磁性检测 2.1 检测依据国际地磁学与高空科学协会(IAGA)在《地磁测量与地磁台站工作指南》中介绍：利用磁通门磁力仪检测材料的磁性，若检测材料距磁通门磁力仪探头0.5 m处，引起的磁场变化小于1 nT，则所测材料符合地磁台建台用材条件（周锦屏等，1999）。GSM-19T可准确测出某地地磁场总强度F值，因此在涉县台地磁房建设中，采用GSM-19T磁力仪检测材料磁性大小。将仪器探头固定在一个区域，连续观测确定磁场稳定后，将需要检测的材料放置在探头附近，此时探头检测的F值即为该区域地磁场强度、被测材料磁感及剩磁强度的矢量和，非磁暴期间日变影响可以忽略掉，矢量和与空测时的地磁场强度差ΔF即为衡量材料是否合格的数值标准，若材料距探头更近，则要求ΔF < 0.5 nT，即满足规范要求。
2.2 检测步骤涉县台建设材料磁性检测步骤为：① 制作无磁性方桌，在GSM-19T探头附近不会引起磁场变化；② 选择磁场稳定区域放置无磁性方桌，将GSM-19T探头放置于方桌一侧，且探头中心大致处于被测材料中心高度；③ 材料统一装袋（较长材料除外），约每袋0.2 m3；④ 放置材料前测2组数据以确定磁场稳定，然后将材料袋放于桌面并旋转材料袋，测出4个方向数据，均值即可代表材料磁性强弱，拿下材料袋再测2组数据；⑤ 对比8组观测数据，若任意2组数据差均小于0.5 nT，表示该材料符合要求；否则重新检测，排除日变影响后，结果仍大于0.5 nT则弃用。
若检测材料体积较长，如碳纤维筋等材料，可从一侧分段来检测其磁性。图 1为建筑材料检测方法示意图。
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图 1 材料检测示意 Fig.1 Schematic diagram of material testing methods |
地磁房建设难点在于，在保证建筑质量前提下又要保证磁房无磁或弱磁（吴海军等，2009）。建筑材料选择必须达到地磁观测规范要求，选定材料清单并实地检测样品，对合格样品进行对比检测最终确定建设材料。经调查，确定涉县台工程建设中可能用到的材料清单为：石灰石（墙体）、碳纤维筋（替代钢筋）、沙子（无磁性或弱磁性沙子）、水泥（无磁性或弱磁性水泥）、木材（门、窗户、地板）、铜制五金（铜钉、门把手、合页等）、大理石仪器墩等。按照建筑材料磁性检测方法，随意抽取3袋材料，使用GSM-19T质子磁力仪进行磁性检测，每袋材料产生8组数据，以其最大差值为检测结果。部分材料实地检测结果见表 1。
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表 1 部分材料实地检测 Tab.1 The testing list of building materials on the spot |
将实地检测合格的建筑材料样品带回涉县台，按照图 1所示材料磁性检测方法，使用GSM-19T质子磁力仪进行磁性对比检测，选出磁性最佳者作为磁房建筑材料。检测结果见表 2。根据对比数据，选定以下建筑材料：北京产碳纤维筋、涉县本地艾叶姣石灰石、邢台产石英砂、涉县玉林井石子、焦作白水泥等，并选择北京产地的汉白玉质仪器墩作为涉县台观测仪器摆放墩。其他材料如：屋顶瓦、们、地板、仪器室吊顶、墙面粉刷用料、防水材料等也按照以上方法一一选定。
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表 2 部分材料对比检测 Tab.2 The contrast table of some materials |
选定涉县台磁房建设区域后，地磁场地要经多次挖掘和回填，保证磁房区域磁场水平梯度ΔFh≤1 nT/m，达到规范要求（全建军等，2013）。采用GSM-19T标准质子磁力仪，设定探杆高度1 m，测点间距1 m，对清理前后的地磁场地进行磁场梯度测量。清理前后绝对观测室及相对记录室梯度对比曲线见图 2。由图 2可知，地磁观测场地经过多次清理后场地磁场梯度达到1 nT/m，可见涉县台地磁房建设达到国家地磁台站建设规范要求。
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图 2 地磁观测场地清理前后磁场梯度对比 (a)相对记录室场地清理前；(b)相对记录室场地清理后；(c)绝对观测室场地清理前；(d)绝对观测室场地清理后 Fig.2 Comparison of magnetic field gradient before and after geomagnetic observation cleaning |
为了保证地磁房建设质量，需全程跟踪检测建筑材料磁性。此次涉县台地磁房建设共实时、跟踪检测石子800 t，水泥200 m3，石英砂260 m3，一切以达到磁性要求为目标。表 3为石英砂部分跟踪检测结果。
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表 3 跟踪检测 Tab.3 Tracing and testing list |
根据《中华人民共和国地震行业标准·地震台站建设规范·地磁台站》的要求，在地磁房基础、基座和墙体砌筑时，每铺高0.3 m，以0.3 m为间隔，在每点上作标记，手持磁力仪探头在距被测物100 mm处逐点进行测试，每测点读数1次，相邻2点差值超过0.5 nT时重测，必要时挖开被测物，寻找并排除暗埋的铁磁性物质，合格为止。
3.3 地磁房梯度检测在严格的跟踪检测下，涉县台地磁房于2014年初建设完成，采用GSM-19T标准质子磁力仪对地磁观测室进行磁场梯度检测，探杆高度1 m，测点间距1 m，绝对观测室及相对记录室的室内磁场梯度曲线见图 3。与地磁场地磁场梯度曲线（图 2）对比可知，磁房建设前后场地梯度的数值相差不大，可见建设磁房的各种建筑材料没有对场地的磁场造成影响，建筑材料磁性达到国家规范要求。
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图 3 观测室内磁场梯度曲线 (a)相对记录室；(b)绝对观测室 Fig.3 Magnetic gradient curve in observation room |
对于地磁房建设，白水泥、石英砂、碳纤维等建筑材料磁性小，可以推广使用，而建筑材料在施工过程中的跟踪检测比较重要，是决定磁房建设成功与否的关键，可最大程度地避免因返工造成金钱与时间的浪费。GSM-19T标准质子磁力仪在磁房建设材料磁性检测中运用准确、可靠、方便、简单，较G856磁力仪有诸多优势，建议其他地磁台站进行建设时使用该磁力仪进行磁性检测。
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