卢建旗，张建民

（1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080;2.饶河县水务局，黑龙江饶河 155700）

1 概况

我国东北地区的地下小型防空洞埋藏深度在地下7～10 m，洞高一般在1～2 m，宽约1.2 m。规模较大的洞身用砖衬砌，还有一部分内部无衬砌。这种小规模的防空洞在现今已经被废弃，修建防空洞的原始资料也无从查证。因此，地下防空洞是建筑地基的一大隐患。而探测地下防空洞，尤其是东北地区的防空洞一直是物探工作的一个难题。随着探地雷达在普通单位的出现，很多物探工作者试图利用这种高精度的探测仪器进行地下防空洞的探测，但在东北地区，由于低液限黏土对电磁波的强吸收作用，使得探地雷达的探测深度受到很大的限制，难以达到预期的效果。众所周知，建筑场地的地下防空洞探测是一项责任大、难度大、风险高的勘察工作，一旦出现遗漏，后果不堪设想。因此，我们一般采用多种手段进行探测，同时对物探工作查明的所有异常进行钻孔验证。本文通过对哈尔滨市某建筑工地地基防空洞探测工作中已经验证存在防空洞的物探物探测线中的异常进行分析。总结了各种方法的异常特征，为今后的防空洞探测工作积累经验[1]。

2 方法原理

2.1 高密度电阻率法

高密度电阻率法的基本原理与传统的电阻率法完全相同，都是以岩土体的导电性差异为基础来研究地层在人工施加稳定电场的作用下传导电流的分布规律，进而计算岩土体视电阻率，通过研究地层的视电阻率变化来分析岩土层的岩性、结构、构造等特征。高密度电阻率法是集电剖面法和电测深优点为一体的一种电阻率地学层析成像（Geotomography，简称GT）技术，其反演结果为二维视电阻率断面。它具有数据密度大（点距密集）、信息量大、工作效率高的特点，能较直观、准确地反映被测地质体的电性断面特征[2]。

2.2 瞬态瑞雷法

瑞雷波地震勘探主要是利用瑞雷波的两种特性：①瑞雷波在分层介质中传播时的频散特性;②瑞雷波传播速度与介质的物理力学性质的密切相关性[3]。

瑞雷波沿地表传播，表层的厚度约为一个波长。因此，同一波长的瑞雷波的传播特征反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波的传播特征反映着不同深度的地址情况。在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距Δx设置N+1个检波器，就可以检测到瑞雷波在NΔx长度范围内的传播过程，设瑞雷波的频率为fi，相邻检波器记录的瑞雷波的时间差为Δt或相位差为Δφ，则相邻道长度内瑞雷波的传播速度计算公式为：

测量范围NΔx内平均波速计算公式为：

在同一地段测量出一系列频率的VR值，就可以得到一条VR-f曲线，即所谓的频散曲线或转换为VR-λR曲线，λR为波长，其计算公式为：

VR-f曲线或VR-λR曲线变化规律与地下地质条件存在着内在联系，通过对频散曲线过行反演解释，可得到地下某一深度范围内的地质构造情况和不同深度的瑞雷波传播速度VR值。另一方面，VR值的大小与介质的物理性质特性有关，据此可对岩石的物理性质做出评价。

2.3 地震映象法

地震映象法是利用人工激发的地震波在地下岩土介质中的传播规律，研究在小偏移距条件下不同介质的反射波特性，揭示地下岩土体分布状态的一种物探方法。采用固定偏移距进行测量，根据地震记录波形图上观测到直达波、面波、声波、反射波等多种波的波形、频率、振幅和同相轴的变化来判断地下可能存在的异常体。

3 场地条件

工作区内在深度0～20 m内主要为低液限黏土及粉质黏土。防空洞埋深一般在7～10 m，由于建筑基础开挖深度约4 m，因此，本工区的防空洞顶面埋深在3.7m。见图1。

图1 地下防空洞埋深及规模示意图

4 工程实例

本文通过哈尔滨市某建筑地基地下防空洞探测的工作实例，运用已验证存在防空洞的物探测线进行分析，总结防空洞异常在各种物探方法中的异常类型特征。

4.1 高密度电阻率法

高密度电阻率法采用1 m电极距，60道电极。有效探测深度约9.8 m。高密度电阻率法采用温纳尔装置，由于防空洞探测属于低阻体中查找高阻异常，高阻体的电阻率与低阻围岩的差别较小，只要防空洞内部没有被土或淤泥填充也会形成高阻圈闭，见图2。

4.2 瞬态瑞雷波法

瑞雷波法地震勘探采用1 m偏移距，1 m道间距，6道采集;0.2 m测点间距。防空洞位置位于测线5 m处。从图3可以看出，在测线4.5 m位置出现了主要异常，相对于7～11 m范围瑞雷波速出现了有规律的升高。同时在0～3 m也出现了有规律的高速异常。这是由于第一个瑞雷波测点的排列尾道已经达到了防空洞顶部的位置形成了一系列的高速异常，而当震源远离防空洞位置以后再没有出现高速异常。

4.3 地震映象法

地震映象法采用0.2 m测点间距，1 m偏移距，锤击震源。详见图4。在防空洞顶部出现的异常形态为同相轴不连续，绕射增强的现象，同时在防空洞顶部地震波频率升高。由于防空洞规模较小，不会出现类似抛物线形状的反射波异常。

5 小结

对于东北地区的地下防空洞，由于其埋藏深、规模小、围岩电阻率小，波速低等特点，对物探工作带来很大的困难。运用单一的方法很难得出确切的结论。对于地震映象法来说，由于锤击震源产生的地震波频率较低，而高频成分受到黏土的强滤波作用而很快衰减，同时，面波成分以及横波成分的强振幅也会掩盖防空洞的反射波。很难得到理想的效果，尤其黏土的不均匀也会造成很多的反射波异常难以分辨。但在防空洞的两侧一般都会出现较强的旁侧反射（有砖拱条件）和地面沉降而形成同相轴下陷的现象。高密度电阻率法对空洞的异常反映较规则，但由于围岩的电阻率较低，异常体的电阻率变化不是很大，如果有土体的不均匀以及防空洞被淤泥填充的情况也很难分辨。瑞雷波法在防空洞探测中是一种较好的方法，由于围岩不均匀在波速上不会有太大的变化，对防空洞的波速异常反应比较敏感。但这种方法的缺点是资料处理的工作量很大，排列长度会影响到异常体的范围，因此也会出现假异常。

图2 高密度色谱图

图3 瑞雷波速度等值线图

图4 地震映象波形剖面图

[1]刘光鼎.地球物理引论[M].上海：上海科学技术出版社，2005.

[2]卢建旗，马建国.多道面波勘探技术在水利工程中的应用[J].黑龙江水利科技，2005，33（1）：19-20.

[3]杨成林.瑞雷波勘探[M].北京：地质出版社，1993.