地磁房建筑材料磁性檢測方法探討

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我國一些地磁臺站在新建或改造過程中積累了一些經(jīng)驗，但因地理環(huán)境因素不同，所用建設(shè)方法也不盡相同。格爾木臺地磁觀測項目是全國15個Ⅰ類地磁臺之一，監(jiān)測該區(qū)地磁場的變化。建成后的格爾木地磁臺將提供高精度、高保真、穩(wěn)定連續(xù)的地磁觀測資料，格爾木地磁觀測項目以其重要的地理位置在地球基本磁場和空間地球物理場測定及地震預(yù)報方面正發(fā)揮越來越大的作用，為監(jiān)測青藏高原地震活動和孕震環(huán)境提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為青藏高原地區(qū)防震減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)和臺站優(yōu)化布局的目標(biāo)進(jìn)行初步設(shè)計，落實觀測場地具體位置。《地震臺站建設(shè)規(guī)范地磁臺站》（DB/T9—2004）和《地震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求》（GB/T19531—2004）要求：只有無磁或弱磁性的地磁觀測環(huán)境，才是滿足現(xiàn)代化數(shù)據(jù)地磁儀器的工作條件的唯一方法。所以，對于地磁房的建設(shè)，建筑材料的檢測合格與否才是關(guān)鍵的首要條件，只有弱磁性的地磁房觀測環(huán)境，才能產(chǎn)出穩(wěn)定合格的數(shù)據(jù)。

1臺站簡介

格爾木地磁臺始建于1973年（始建臺址在諾木洪），1975年遷至青海省格爾木市河西小島。臺址位于柴達(dá)木盆地南部，東昆侖斷裂帶的北部。1981年，中國地震局撥專款對該臺站進(jìn)行了改擴(kuò)建，形成了地磁Ⅰ類、測震和水氡Ⅱ類的國家級綜合性地震基本臺站。本項目建設(shè)于青海省格爾木市河西小島格爾木地震臺院內(nèi)，本次建設(shè)地下相對觀測室，新建建筑面積110m2；征地31.357畝，修建圍墻540m。近年來，格爾木地區(qū)大量移民，許多農(nóng)民在臺站周圍私自建房，開墾土地，對格爾木地磁臺地磁觀測環(huán)境造成一定破壞。原定2015年對格爾木地磁房進(jìn)行改造，但因之前的建筑規(guī)范經(jīng)多次檢測不達(dá)標(biāo)，因此于2019年為格爾木建設(shè)新地磁房，順利落成的臺站地磁房會彌補(bǔ)監(jiān)視區(qū)的空缺并對地磁臺網(wǎng)的布局進(jìn)行了完善，提升我國地磁基本場和變化場等地震背景場探測能力。工程于2019年9月完工。在格爾木臺建設(shè)中，包括場地清理、建筑材料檢測、磁房建設(shè)，梯度檢測以及儀器架設(shè)等環(huán)節(jié)，對建設(shè)過程進(jìn)行分析，能夠給其他臺站地磁房的改造和建設(shè)提供一些借鑒。

2檢測儀器

對于建筑材料的磁性檢測，格爾木臺使用的是1套G856磁力儀材料的磁性檢測、2套GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀和日變量的觀測。其中一臺GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀作為備用儀器。GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀指標(biāo)為：分辨率0.01nT、靈敏度<0.05nT、采樣率3~60s、絕對精度±0.2nT、動態(tài)范圍20000~120000nT、梯度容差>7000nT/m，適用于材料磁性檢測。三套儀器均符合檢測標(biāo)準(zhǔn)，GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀精度為0.01nT，產(chǎn)出數(shù)據(jù)比較慢，通常在3~4s左右；G856磁力儀精度為0.1nT，產(chǎn)出數(shù)據(jù)比較快，通常在1~2s左右，但其探頭具有固定指向性，操作起來不具備靈活性。所以，經(jīng)兩套儀器對比，GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀有方便快捷、讀數(shù)精準(zhǔn)，操作簡單等諸多優(yōu)勢，故在檢測材料時多用GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀進(jìn)行檢測，而G856磁力儀多用于日變量的觀測。同時，為了方便檢測大理石墩，購置兩套SM-30磁化率儀，該儀器使用較為方便，能夠快速檢測石墩磁性。

3建筑用材的磁性檢測

3.1檢測方法。檢測依據(jù)：相較于相同物質(zhì)的建筑材料磁性檢測，△F和被檢測物的體積成正比，與儀器測量探頭到被測物體距離的平方成反比，即被測材料體積越大（但在實際檢測中材料一般不超過0.5m3），距離越小就可以越準(zhǔn)確地檢測材料的磁性。利用GSM-19T和G856兩套磁力儀可以測出所需場地任何位置的地磁場場強(qiáng)F值。因此在格爾木地震臺地磁房建設(shè)過程中，一般會使用G856磁力儀作為日變量的觀測儀器，用于觀察當(dāng)日是否有磁擾動或是磁暴現(xiàn)象。將儀器的探頭指北的同時固定在一個特定區(qū)域內(nèi)，測出10~20組日變量數(shù)據(jù)以確定當(dāng)日的磁場是否穩(wěn)定。用GSM-19T磁力儀檢測材料磁性大小，GSM-19T磁力儀顯示的F值為該區(qū)域地磁場強(qiáng)度，被測建材磁感應(yīng)強(qiáng)度及剩磁強(qiáng)度的矢量和，矢量和與前期測試時的地磁場場強(qiáng)差ΔF，所得結(jié)果就是檢測建筑材料是否符合規(guī)范要求的數(shù)值。3.2施工前準(zhǔn)備。由于格爾木地磁房是在原址上新建，所以場地堪選只需粗略測即可，需清空原有場地內(nèi)的所有材料，重新鋪設(shè)地平。開工前選擇一塊空地，在空地澆筑一塊10m×20m水泥地，用G856磁力儀和GSM-19T磁力儀對場地以1m×1m點(diǎn)距、探頭高度1.5m的磁場梯度測量。利用G856磁力儀固定場外某一定點(diǎn)位置進(jìn)行日變量的觀測，用GSM-19T磁力儀逐點(diǎn)進(jìn)行場地觀測，將測點(diǎn)值與日變量測值相減，該數(shù)值即為觀測點(diǎn)位的磁場變化量。利用surfer軟件將變化量生成等值線圖，測量結(jié)果顯示場地磁場梯度差異不大，則此空地區(qū)域內(nèi)可進(jìn)行建筑材料的檢測。3.3檢測步驟。格爾木臺地磁房建筑材料磁性檢測步驟：（1）制作無磁性方木桌，在連接處不得使用鐵釘，必須使用銅釘進(jìn)行連接固定，在磁力儀探頭一定區(qū)域內(nèi)不引起磁場波動。（2）在空地選擇一個無磁固定位置安放無磁性方桌，將磁力儀探頭放于方桌桌面一側(cè)的中間位置，探頭略高于方桌。（3）將被測材料放于統(tǒng)一材料袋中（較長材料除外），每袋約0.3m3。（4）放置材料前用G856磁力儀在距離方桌10m處測10組日變量數(shù)據(jù)以確定磁場穩(wěn)定。（5）用GSM-19T磁力儀測一組未放置材料的空值，然后將被測材料放于該桌面中心位置，每測得一組數(shù)據(jù)后將該材料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，依次測得4個方向的數(shù)據(jù)，最后移除該材料再測1組空值。（6）將觀測出來的6組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，當(dāng)其中任意2組數(shù)據(jù)之間的差值小于0.5nT時，說明該組材料符合地磁房建筑材料用材標(biāo)準(zhǔn)，若超出此范圍，則需重新檢測，若結(jié)果仍大于0.5nT則棄用。在實際操作中，為了減小材料混合后磁性數(shù)值的增大，在正式檢測當(dāng)中要求所測材料均小于0.3nT，防止日后材料澆筑時出現(xiàn)數(shù)值變大的可能性。當(dāng)檢測如銅筋等較長的材料時，為了檢測其磁性，可以用分段檢測的辦法進(jìn)行檢測。3.4樣品檢測。地磁房建設(shè)既要保證建筑質(zhì)量，又要保證建筑材料磁性合格，因此對建筑材料的實地跟蹤檢測也必須同步進(jìn)行。研究調(diào)查表明，格爾木臺磁房施工中可能使用到的建筑材料有：銅筋（替代鋼筋）、木材、石英砂（無磁性或弱磁性）、石灰石（墻體）、大理石儀器墩、白水泥（無磁性或弱磁性水泥）、銅制五金（銅釘、門把手等）等。在材料進(jìn)場前應(yīng)隨機(jī)抽取5袋建筑材料，用GSM-19T質(zhì)子磁強(qiáng)計和G856磁強(qiáng)計進(jìn)行磁力檢測。每袋材料測量6組數(shù)據(jù)，取最大差值作為試驗結(jié)果，若最大差值在合理范圍內(nèi)則代表該樣品為合格建筑材料。應(yīng)到生產(chǎn)石英砂、水泥等廠家進(jìn)行實地抽查以確保材料的弱磁性，但由于有些廠家距離格爾木比較遙遠(yuǎn)，只能先由廠家寄樣品進(jìn)行抽檢，樣品檢測合格后方能確定是否使用該廠家的材料。

4磁房建設(shè)磁性檢測

4.1跟蹤檢測。跟蹤檢測地磁房建筑材料也是重要環(huán)節(jié)。在地磁房澆筑地平以及墻體時，每鋪高0.5m，以0.5m為間隔，作業(yè)人員身著無磁性衣服，手持GSM-19T磁力儀探頭在距離被測物10cm處逐點(diǎn)進(jìn)行測試，每個測點(diǎn)讀數(shù)一次，相鄰兩點(diǎn)之差大于0.5nT時要重新測量。在排除日變干擾時，對超差較大的區(qū)域進(jìn)行挖掘，排除有可能影響磁場的雜質(zhì)以及鐵磁性物質(zhì)，重復(fù)測量直至合格為止。此次格爾木臺地磁房的建設(shè)實時跟蹤檢測大理石墩、水泥、石灰石、石英砂等，都是為了達(dá)到磁性的要求。施工過程中部分石英砂跟蹤檢測結(jié)果如表1~3所示，均合格。4.2場地檢測。由于格爾木臺是在原址上進(jìn)行重建工程，2015年改造已將原址開挖，所以動工之前先進(jìn)行了一次場地測量，待全部清空磁房內(nèi)所有材料后進(jìn)行第二次場地測量。采用GSM-19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀，探頭設(shè)置的探桿高度為1m，測點(diǎn)間距為1m，在地磁房場地前后清理測量磁場的梯度。前后兩次測量梯度對比如圖1所示，可見格爾木臺地磁房建設(shè)達(dá)到國家地磁臺站建設(shè)規(guī)范要求。4.3混凝土攪拌后的檢測。制作一個無磁性的2m×3m木質(zhì)檢測方盤，在施工場地內(nèi)選擇一個遠(yuǎn)離工程機(jī)械干擾較大的區(qū)域放置檢測盤。由于混凝土數(shù)量較大，需用工程機(jī)械車來回運(yùn)輸，所以工程機(jī)械車將攪拌好的混凝土放進(jìn)檢測盤后，需要撤離至離檢測盤100m外的距離，以減小干擾。以30cm的距離作為檢測點(diǎn)，將GSM-19T磁力儀探頭盡量緊貼于攪拌好的混凝土表面，進(jìn)行橫豎9個測點(diǎn)的磁性檢測，每測一次都要保證與前一測點(diǎn)的測量值之差小于3nT，如果大于3nT則要翻找混凝土，排除干擾性物質(zhì)后仍然不合格，則方盤內(nèi)的材料棄用。4.4地磁房梯度檢測。2019年9月，格爾木臺地磁房全面建成，進(jìn)行磁場梯度檢測，采用GSM-19T磁力儀對地磁觀測室進(jìn)行檢測，G856磁力儀作為日變量進(jìn)行觀測，作業(yè)人員身著無磁性衣服進(jìn)入磁房，手持GSM-19T磁力儀探頭，探桿高度為1m，測點(diǎn)間距1m，東西觀測室內(nèi)磁場梯度如圖2所示。從檢測結(jié)果看，存在不理想的地方，但對日后儀器產(chǎn)出的數(shù)據(jù)影響不大。對大理石觀測墩也進(jìn)行檢測，測量結(jié)果合格。結(jié)果表明建設(shè)地磁房的所有建筑材料對磁房的磁場沒有造成影響，達(dá)到了國家的規(guī)范要求。4.5遇到的問題。（1）在檢測碎石，石英砂等材料時，每袋的檢測數(shù)據(jù)都合格，但所有材料混合后磁性較大，甚至達(dá)到5nT以上。（2）檢測混凝土?xí)r出現(xiàn)不合格的次數(shù)明顯增多，經(jīng)排除檢查，多為雜質(zhì)摻和。采用以下方法：先對石英砂、碎石等這些磁性較大的材料進(jìn)行篩選，再用高強(qiáng)度磁鐵把鐵磁性物質(zhì)吸出。規(guī)定在0.5nT以內(nèi)為合格，但在實際測量中盡量控制在0.3nT以內(nèi)，以防混合后數(shù)值再有上升的可能性。

5結(jié)語

（1）在地磁房的建設(shè)過程中，建筑材料磁性檢測的程序至關(guān)重要，檢測的方法對地磁房最后的合格與否起到關(guān)鍵性作用。（2）在地磁房的建設(shè)過程中，在滿足檢測條件的前提下，可節(jié)約成本，并根據(jù)臺站自身條件恰當(dāng)選擇材料，同時施工過程也十分重要，必須密切監(jiān)測施工動態(tài)，例如在攪拌混凝土?xí)r必須小心謹(jǐn)慎，防止有鐵磁性的物質(zhì)摻入。（3）在地磁房建設(shè)完成時，測量梯度達(dá)標(biāo)，搬進(jìn)儀器后運(yùn)行產(chǎn)出的數(shù)據(jù)正常可用，說明格爾木地磁房的建設(shè)達(dá)到了國家規(guī)范要求。此次的建設(shè)經(jīng)驗也可以為青海省或者全國其他臺站日后建設(shè)或者改造地磁房提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]賴加成，游永平，羅開奇.地磁臺站建設(shè)中的材料磁性檢測[J].地震研究，2008，31（2）：155-159.

[2]全建軍，夏忠，劉水蓮，等.永安地磁臺的勘選與建設(shè)[J].地震地磁觀測與研究，2013，34（3）：96-101.

[3]DB/T9—2004，地震臺站建設(shè)規(guī)范地磁臺站[S].2004.

[4]辛倩倩，梁西昌，萬熠，等.基于磁力效應(yīng)的鐵磁性材料無損檢測實驗裝置開發(fā)[J].工具技術(shù)，2020，54（11）：97-101.

[5]賴加成，游永平，倪曉寅.G856磁力儀在地磁臺站建設(shè)中的應(yīng)用與實踐[J].福建地震，2004（2）：13-19.

[6]王安泉，陳健飛，楊勇，等.鐵磁性材料的脈沖渦流測厚與特征量提取[J].無損檢測，2020，42（11）：38-41.

[7]廖靜茹，孫然，楊占旭，等.多孔磁性復(fù)合材料制備及其應(yīng)用于果汁中福美雙分離檢測[C]//第21屆全國分子光譜學(xué)學(xué)術(shù)會議暨2020年光譜年會論文集.北京：中國質(zhì)譜學(xué)會，2020.

[8]洪利，尚魯龍，邱忠超，等.基于逆磁致伸縮效應(yīng)的鐵磁構(gòu)件應(yīng)力檢測方法研究[J].儀表技術(shù)與傳感器，2020（6）：92-94，99.

[9]李曉鵬，張小濤，江永建，等.涉縣地磁臺地磁觀測室建設(shè)材料磁性檢測[J].地震地磁觀測與研究，2017，38（2）：89-93.

[10]李勇.大連九龍地磁臺的材料磁性檢測[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報，2010，26（2）：75-78.

作者:徐愷暉 楊廣華 周瀚琳 楊 芳 單位:青海省地震局