综合物探方法在防空洞勘察中的应用

孙宗龙，潘仕海，崔恒哲



综合物探方法在防空洞勘察中的应用

孙宗龙1，潘仕海2，崔恒哲2

( 1.安徽省勘查技术院,安徽 合肥 230031;2.三亚建筑工程质量检测中心,海南 三亚 572000)

20世纪60年代修建的防空洞随着岁月流逝年久失修，对现在的房屋等基础建设的修建带来了障碍。因此，探明区域内防空洞的空间位置所在很有必要。介绍了高密度电法和地震面波法的原理、应用及其特点,并应用高密度电法和地震面波法两种方法对海口市某地地下防空洞进行勘察，取得了较好的地质效果。实践表明，综合物探方法对地下防空洞的工程勘察效果较好。

高密度电法；地震面波；综合物探；防空洞；工程勘察

( 1.GeologicalExplorationTechnologiesInstituteofAnhuiProvince,HefeiAnhui230031,China;2.SanyaConstructionEngineeringQualityandInspectionCenter,SanyaHainan572000,China)

1 引 言

由于历史的原因，20世纪50～60年代，在许多地方建设了大量的地下防空洞。现在这些防空洞有的基本废弃无用，但废弃的防空洞常常会引起路面塌陷或地面沉降。为此，采用有效物探方法进行防空洞勘察，查明防空洞的埋深、大小和规模，对安全施工和建设具有重要的作用。

高密度电法、地震面波等多种物探方法在防空洞的探测中具有较好的效果。郭有劲[1]利用多种物探方法对喀什某地的防空洞进行探查，取得了较好的效果；葛如冰等[2]利用高密度电阻率法在复杂防空洞探测中亦取得了好的应用效果；朱翔鹏[3]等利用瑞雷面波法对某地防空洞的探测进行了应用研究；宋希利等[4]、孙宗龙等[5]利用高密度电阻率法在防空洞勘察中亦取得了好的应用效果；付小明等[6]利用声波CT在防空洞探测中的应用，取得了较好的效果。

本文通过高密度电阻率法和地震面波法综合物探方法对海口市某建筑物场地地下防空洞的探测实例，介绍了高密度电法和地震面波法的基本理论和野外工作方法、资料处理和解释推断，展示了综合物探方法在防空洞勘察中的应用效果。

2 高密度电法基本原理

高密度电法的基本工作原理与常规电阻率法大体相同。它是以岩土体的电性差异为基础的一种电法勘探方法。根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。高密度电阻率法的探测依据是地下介质间的导电性差异，和常规电阻率法一样，它通过A、B电极向地下供电流，然后在M、N极间测量电位差ΔV。根据实测的视电阻率剖面进行计算、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况， 从而可以划分地层，确定地质异常体位置等[3-5]。

高密度电阻率法主要有如下优点：电极布设是一次完成，测量过程中无须更换电极；能有效地进行多种电极排列方式的参数测定，可以获得较丰富的关于地电结构的信息；数据的采集和收录实现了自动化，数据采集速度快。

本次高密度电法工作中均对每根电极进行挖坑浇水，以减小接地电阻。地面为水泥板测段，采用先在测点上堆放黏土并浇水，同时尽量加大供电电压，以提高观测精度[9,10]。

3 地震面波方法基本原理

面波法探测主要是利用瑞雷面波的两种特性。一是瑞雷面波在不均匀介质中传播时的频散特性；二是瑞雷面波传播速度与介质的物理力学性质的密切相关性。防空洞探测是在地面以瞬时冲击力作震源激发面波，并沿直线接收、记录，然后对所采集的面波波形进行处理得到该点的频散曲线。当地下存在防空洞时，在防空洞时程的相应位置处便会出现速度陡降的现象[7,8]。

本次地震面波勘探野外施工中检波点、炮点采用皮尺测量定位，特别注重检波器的埋设，将上面松软土、杂草挖除后插入检波器，并保证与地面垂直牢固接触；各排列观测采取重炮叠加，以保证采集数据的准确性；面波法以排列两端点激发接收到折射波互换时差来衡量数据精度[10,11]，要求互换时差≤4 ms。

图1 面波勘探原理示意图Fig.1 The schematic map of surface wave exploration

4 工区概况

勘查场地位于海口市金盘工业区(图2)，区内拟新建A、B、C等住宅楼，为保证建筑场地基础施工安全，要求查明场地及周边地下防空洞的分布位置、范围及埋深，为建筑物设计及基础施工提供物探资料。

根据现场调查，区内分布2条隐藏防空洞，洞壁为玄武岩块石筑建，拱形结构，洞高、洞宽不详，防空洞顶部埋深在0～3 m。根据现有资料可初步推断该两防空洞通过拟建的A、B住宅楼。

图2 物探测线布置及解释推断平面Fig.2 Layout and interpretation of geophysical survey line

5 布线及参数选择

根据规划设计图、结合地形地物布设高密度电法测线，在A、B住宅楼及周边共布置8条高密度电法测线，在已知防空洞、塌陷楼加布测线3条，为追踪防空洞走向，加布SN向测线1条。地震面波勘探点的布设主要在高密度电法测量结果的异常处进行布设。具体方法技术分述如下。

5.1 高密度电法勘探

具体参数选择如下：

装 置：温纳装置α排列

观测极数：60个

极 间 距：1 m

观测剖面：16条

使用仪器：

本次物探工作采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-3型高密度电阻率测量系统，系统组成如下：

WDJD-3多功能数字直流激电仪

接收部分：

电压通道：±6V

测量精度：Vp≥10 mv时，±0.5% 1个字

Vp<10 mv时,±1% ±1个字

电流通道：5A

测量精度：Ip≥10 mA时，±0.5% ±1个字

Ip﹤10 mA时，±1% ±1个字

视极化率测量精度：±1% ±1个字

对50 Hz工频干扰压制优于89 dB

输入阻抗：≥50 MΩ

发射部分：最大供电电压：900 V

最大供电电流：5 A

5.2 地震面波勘探

采用核工业北京地质研究院生产的CSA24道浮点地震仪，该仪器具瞬时浮点放大，A/D转换21 bit，通频带0.2～5 000 Hz。

地震面波勘探方法具有灵活、快速的测试优点，在国内外地质勘察领域得到广泛应用。特别适宜于地质层位划分、人防洞、地基夯实效果检测、滑坡体探测。当地形坡度大、钻机无法到位时和碎石土层无法准确获取标贯试验数据或土工试验成果时，一般采用地震面波法进行勘察。

工作中采用道间距1 m、偏移距1 m、采样率0.5 ms、检波器4 Hz、接收道数12～24道进行测试。

6 资料处理与解释

高密度电法勘探的资料整理、计算、解释、图件绘制，贯穿于整个野外勘探工作的开始至结束的全过程。

高密度电法勘探资料处理流程大致如下：原始记录→传输→编辑→格式转换→删除坏点→最小二乘反演→影像成图→成果图解释推断。

地震面波处理目前主要是对面波基阶组分的频散数据作出合理的数值反演。处理步骤：数据读取→增益调整→体波切除→滤波→面波选取→频率波数变换→频散曲线的求取→正反演计算→显示模型地层速度结构。数据处理分为时间距离、频率波数、距离频率、深度速度四个阶段，逐步进行数据清理、基阶组分提取、近道互相关叠加和初始模型参数确定并进入自动反演。

现以4号测线和9号测线的高密度电法和该两测线上的3个地震面波点资料为例，给出高密度电法资料处理与解释结果，地震面波处理与解释结果。

6.1 高密度电法结果与分析

4号测线实测视电阻率断面图及反演电阻率断面如图3所示。测点0～20之间两层电性结构分布完整，21～50点浅部电性层厚度减小、电阻率值降低，下部低阻层上拱，出现圆弧状，弧顶为35号；51～115点浅部高阻层近似消失，显示大范围低阻电性层，表现为人为深开挖痕迹，解释为该地段下方分布防空洞，推断防空洞与测线斜交分布。

在54～65点浅部出现低阻异常带，视电阻率为14.1～35.8 Ω·m，分别在56点、63点出现两极小值，埋深约4 m，视电阻率为21.6 Ω·m、14.1 Ω·m，解释为空洞积水坑。

浅部地层中在53点出现高低阻电性变化界面，对应反演断面中偏低阻一侧均出现低阻带状异常。这种横向电性变化界面反映地下地层岩性层分布突变或含水性的突变，一般均是地基不均匀沉降的界面。

9号线实测视电阻率断面及反演电阻率断面如图4所示。测点0～80点之间分布高阻电性层，实测视电阻率为154～347 Ω·m，解释地质层连续完整分布；80～91点为电性层渐变段；92～106点下方实测低阻异常呈方形分布，并延伸至浅地表， 实测视电阻率为39～69 Ω·m，其中92点下方高低阻界面呈现垂向分布特性，解释为当时人工开挖洞壁。后经基坑开挖揭露，防空洞南北走向，近似垂直9号线，洞顶在地面的垂向投影位置为99点，洞宽2 m，洞顶埋深2.8 m，洞壁局部出现塌陷。

图3 4号测线高密度观测视电阻率和反演电阻率断面Fig.3 The observed apparent resistivity and inverted resistivity sections of line 4

图4 9号测线高密度观测视电阻率和反演电阻率断面Fig.4 The observed apparent resistivity and inverted resistivity sections of line 9

对比分析可以看出，实测电阻率断面异常反映为当时人工开挖深坑痕迹，其异常规模较实际防空洞分布要大。

图5 地震面波反演及频散曲线Fig.5 The inversion of seismic surface wave and frequency dispersion map

6.2 地震面波结果与分析

41号面波点号位于高密度电法9号测线的100号测点，46和47号面波点号位于高密度电法4号测线的55号和67号测点处。从实测频散曲线可以看出41点、46点、47点存在频散曲线“倒钩”异常，反演结果出现浅部的高地震面波速度夹层，解释为地下防空洞形成，其中46点“倒钩”异常最为明显，见图5。这与高密度电阻率观测结果较为一致，结合高密度电阻率低阻异常分布，推断以上测点下方分布防空洞，长约52 m，宽2 m，埋深约3 m。

经钻探验证及后续基础开挖，高密度电法和地震面波点的异常确实为地下防空洞的反映。

7 结 论

1)本场地采用以高密度电法为主，地震面波方法进行异常验证，较好地查明了拟建A、B住宅楼地下防空洞分布，为下一步大楼基础设计施工提供了较准确的物探资料。

2)通过塌陷楼断面测试结果分析，得出建筑楼房外地下隐埋防空洞同样会引起楼房的不均匀沉降、甚至塌陷，反演电阻率断面显示软土体滑移带位于防空洞与大楼间偏大楼一侧，由此进一步得出，当反演断面中存在一定规模的垂向低阻异常带时，拟建建筑物均应考虑土体的不均匀沉降！

3)综合物探、钻探资料，饭店前防空洞至3号测线43点，斜穿B住宅楼，探测控制长度46 m，解释洞身高2 m，洞宽3 m，洞顶埋深0～1 m，防空洞走向北东8°。

[1]郭有劲.综合物探方法在地下防空洞探测中的应用[J].工程地球物理学报,2009，6(S1):140-144.

[2]葛如冰,曹震峰,彭飞.高密度电阻率法在复杂防空洞探测中的应用效果[J].工程地球物理学报,2009，6(5):620-623.

[3]朱翔鹏,张学强,严哲.瑞雷波在探测地下防空洞的应用研究[J].工程地球物理学报,2007，4(1):58-61.

[4]宋希利,宫述林,邢立亭.高密度电法在地下空洞探测中的应用研究[J].工程地球物理学报,2010，7(5):599-602.

[5]孙宗龙,潘仕海,崔恒哲.高密度电法在防空洞勘察中的应用[J].工程地球物理学报,2016，13(4):449-452.

[6]付小明,闵征辉,余志奇.声波CT在防空洞探测中的应用[J].工程地球物理学报,2015，12(1):106-110.

[7]王振东.面波勘探技术要点与最新进展[J].物探与化探,2006，30(1):1-6.

[8]李凯.面波勘探技术在工程勘察中的应用进展[J].工程地球物理学报,2011，8(1):97-104.

[9]DZ/T0073-1993,电阻率剖面法技术规程[S].

[10]DL/T5010-2005,水电水利工程物探规程[S].

[11]JGJ/T143-2004,多道瞬态面波勘察技术规程[S].

The Application of Comprehensive Geophysical Prospecting Method to the Investigation of Air-raid Shelter

Sun Zonglong1， Pan Shihai2， Cui Hengzhe2

The construction of the air-raid shelters in 1960s has brought obstacles to houses infrastructure construction in these years. Therefore, it is necessary to find out the space position of the air-raid shelters in the area. In this paper, we introduce the principle, application and characteristics of high density resistivity method and seismic surface wave method. Two methods of high density electrical method and seismic surface wave method are used to investigate the underground air-raid shelters in Haikou city. The results show that the comprehensive geophysical prospecting method is better for the investigation of the air-raid shelters.

high density resistivity method; seismic surface wave; integrated geophysical prospecting; air-raid shelter; engineer exploration

1672—7940(2016)05—0672—06

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.019

孙宗龙(1962-)，男，工程师，大学本科，主要从事地球物理勘查及地质工程工作。E-mail:13825013313@163.com

P631

A

2016-08-28