0 引言

在地震观测过程中，为了获得高质量观测数据，固定地震台站往往挑选自噪声较低的甚宽频带地震计作为主要观测仪器。地震计簧片是地震计中重要的机械器件，性能好坏直接影响其技术指标。在地震计研制过程中，生产厂家往往采用温度系数小、弹性恒定的合金材料，制作成不同形状、不同厚度、不同大小的簧片来支撑地震计的摆体运动。恒弹性的合金材料是一种高磁性材料，易受外界磁力影响。地球表面磁场受各种因素影响而随时间发生变化，对地震计簧片产生吸力，从而影响地震观测数据质量。

随着我国城镇化率的增高，地震台站密度逐渐加大。地铁、高铁、高压线、变电站、飞机场等人工磁场越来越多，均会对地震计簧片产生影响，降低观测数据质量。地球磁场变化除受经纬度和地面高度变化影响外，还受时间变化影响，存在长期和短期2种变化（罗开奇，2017）。地球磁场的短期变化具有不同频率和振幅，频率范围一般为0.001—5 Hz，覆盖了甚宽频带地震计主要观测频带范围。地球周围的空间磁场变化率一般几到几十nT/a（林云芳等，1988；冯彦等，2013），磁屏蔽装置是将地磁场屏蔽到一个近乎为零场的稳定空间（安郁秀等，1984），在地震计外边增加一个高导磁屏蔽罩子，可以减少磁场变化对甚宽频带地震计的影响。也有厂家采用较窄的簧片，磁场变化影响相对较小。本文分别选取使用大背簧片和窄拉簧片的2种甚宽频带地震计，放置在赫尔姆霍兹线圈中心，模拟测试磁场对地震计的影响。

1 测试方法

制作赫尔姆霍兹线圈，分别采用窄拉簧片和大背簧片悬挂甚宽频带地震计（120 s—50 Hz），简称为1号地震计和2号地震计，放置在线圈中间（图 1），向赫尔姆霍兹线圈输入电压9.6 V，输入频率0.01 Hz（图 1），用高斯计测试可知线圈中间产生的磁场强度为130 000 nT，即测试磁场信号强度为130 000 nT，设置不同周期，测试2种类型地震计加装磁屏蔽罩前后输出电压强度。为尽量避开干扰，选取凌晨01:00—03:00的数据做分析处理。该测试采用EDAS-24GN数据采集器记录数据，其量程为±10 V，转换因子为74.5 nV/Count。

2 测试数据

分别把1号地震计和2号地震计放置在赫尔姆霍兹线圈中心，输入磁场干扰信号强度为130 000 nT，周期分别设定为100 s和10 s，测试无屏蔽情况下地震计的输出电压，100 s的测试结果见图 2。

STS-1地震计采用新式片簧结构，在垂直分向外增加铍莫合金屏蔽罩，外面又增加一层屏蔽罩（中国地震局监测预报司，2003）。为测试铍莫合金屏蔽罩的屏蔽效果，分别在1号地震计和2号地震计外增加铍莫合金屏蔽罩，输入强度相同的磁场干扰信号，即磁场干扰信号强度为130 000 nT，周期分别为100 s、10 s时，测试2种类型地震计的输出电压，100 s的测试结果见图 3。

3 测试结果

根据地震计测试所得输出电压，计算加装磁屏蔽罩前后，在强度130 000 nT、周期分别为100 s和10 s的磁场干扰下，地震计输出电压峰峰值产生的加速度及磁感应灵敏度，结果见表 1-表 4。

3.1 地震计测试结果

（1）1号地震计。由表 1见：对1号地震计施加周期为100 s、强度为130 000 nT的磁场干扰后，加装磁屏蔽罩前后，三分向所受干扰顺序为UD分向 > NS分向 > EW分向。加装磁屏蔽罩后，1号地震计UD分向所受干扰从0.834 V降到0.042 8 V，降低约20倍；EW分向所受的干扰从0.17 V降到0.011 2 V，降低约15倍；NS分向从0.211 V降到0.011 9 V，降低约18倍。

由表 2可见：对1号地震计施加周期10 s、强度130 000 nT的磁场干扰后，加装磁屏蔽罩前UD分向所受干扰最大，加装磁屏蔽罩后EW分向所受干扰最大。加装磁屏蔽罩后，1号地震计UD分向所受干扰从0.102 V降到0.005 61 V，降低约18倍；EW分向所受干扰从0.020 6 V降到0.007 83 V，降低约3倍；NS分向从0.025 3 V降到0.005 09 V，降低约5倍。

（2）2号地震计。由表 3可见，对2号地震计施加周期100 s、强度130 000 nT的磁场干扰后，加装磁屏蔽罩前后，UD分向所受干扰均最大。加装磁屏蔽罩后，1号地震计UD分向所受干扰从9.71 V降到0.407 V，降低约24倍；EW分向所受干扰从1.98 V降到0.155 V，降低约13倍；NS分向从2.12 V降到0.151 V，降低约14倍。

由表 4可见，对2号地震计施加周期10 s、强度130 000 nT的磁场干扰后，加装磁屏蔽罩前后，UD分向所受干扰均最大。加装磁屏蔽罩后，1号地震计UD分向所受干扰从1.22 V降到0.051 2 V，降低约24倍；EW分向所受干扰从0.24 V降到0.155 V，降低约13倍。NS分向从2.12 V降到0.151 V，降低约14倍。

3.2 加速度功率谱

当人工磁场（地铁等）产生周期为100 s、磁场强度为10 nT的干扰时，根据表 1和表 3中列出的磁感应加速度灵敏度，计算人工磁场对地震计产生的加速度功率谱，结果见表 5和图 4。

据《中华人民共和国地震行业标准地震观测仪器进网技术要求》，宽频带地震计长周期噪声加速度功率谱在周期100 s处需满足：垂直分向不高于4×10^-18 m²/s⁴/Hz，水平分向不高于2.5×10^-17 m²/s⁴/Hz。当2台地震计受到周期100 s、强度10 nT的磁场干扰时，由表 5和图 4可见：加装磁屏蔽罩前，2号地震计UD分向噪声干扰远高于行业标准要求，NS向噪声干扰略高于行业标准；1号地震计UD分向噪声干扰略高于行业标准要求；加装磁屏蔽罩后，2台地震计所受干扰噪声均小于行业标准要求。

4 结论与讨论

综上所述，可以得到以下结论。

（1）加装磁屏蔽罩前，2套地震计测试结果如下：①干扰程度：1号地震计和2号地震计三分向均受到外界磁场干扰，且磁场强度相同、周期100 s的磁场干扰程度较大，尤其是UD分向，所受干扰最大；②磁感应灵敏度：磁场强度相同，周期分别为100 s、10 s，2套地震计UD分向所受干扰磁感应灵敏度相当，2个水平分向所受干扰磁感应灵敏度相当；③簧片宽窄的影响：周期100 s时，采用宽背簧片悬挂的2号地震计，磁场干扰约为1号地震计的10倍。

（2）加装高导磁材料对2台地震计进行磁屏蔽，地震计三分向磁场干扰减小，且UD分向屏蔽效果最佳。

磁屏蔽材料价格较高，制作磁屏蔽罩将增加成本，并导致地震计的体积和重量增加。为了降低磁场变化对观测数据的影响，提高地震观测数据质量，在安装地震计时，应远离地铁、高铁、高压线、变电站、飞机场等人工磁场。若实在无法避免环境磁场干扰，可考虑加装磁屏蔽罩，以便提高地震观测数据质量，为地震研究、地震预测等提供高精度基础数据。

在本实验开展过程中，未考虑地球磁场变化对甚宽频带地震计的影响，所得研究结果仅供参考。