盧建旗，張建民

（1.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080;2.饒河縣水務(wù)局，黑龍江饒河 155700）

1 概況

我國東北地區(qū)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，寬約1.2 m。規(guī)模較大的洞身用磚襯砌，還有一部分內(nèi)部無襯砌。這種小規(guī)模的防空洞在現(xiàn)今已經(jīng)被廢棄，修建防空洞的原始資料也無從查證。因此，地下防空洞是建筑地基的一大隱患。而探測地下防空洞，尤其是東北地區(qū)的防空洞一直是物探工作的一個難題。隨著探地雷達在普通單位的出現(xiàn)，很多物探工作者試圖利用這種高精度的探測儀器進行地下防空洞的探測，但在東北地區(qū)，由于低液限黏土對電磁波的強吸收作用，使得探地雷達的探測深度受到很大的限制，難以達到預(yù)期的效果。眾所周知，建筑場地的地下防空洞探測是一項責任大、難度大、風(fēng)險高的勘察工作，一旦出現(xiàn)遺漏，后果不堪設(shè)想。因此，我們一般采用多種手段進行探測，同時對物探工作查明的所有異常進行鉆孔驗證。本文通過對哈爾濱市某建筑工地地基防空洞探測工作中已經(jīng)驗證存在防空洞的物探物探測線中的異常進行分析?？偨Y(jié)了各種方法的異常特征，為今后的防空洞探測工作積累經(jīng)驗[1]。

2 方法原理

2.1 高密度電阻率法

高密度電阻率法的基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，都是以巖土體的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)來研究地層在人工施加穩(wěn)定電場的作用下傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，進而計算巖土體視電阻率，通過研究地層的視電阻率變化來分析巖土層的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征。高密度電阻率法是集電剖面法和電測深優(yōu)點為一體的一種電阻率地學(xué)層析成像（Geotomography，簡稱GT）技術(shù)，其反演結(jié)果為二維視電阻率斷面。它具有數(shù)據(jù)密度大（點距密集）、信息量大、工作效率高的特點，能較直觀、準確地反映被測地質(zhì)體的電性斷面特征[2]。

2.2 瞬態(tài)瑞雷法

瑞雷波地震勘探主要是利用瑞雷波的兩種特性：①瑞雷波在分層介質(zhì)中傳播時的頻散特性;②瑞雷波傳播速度與介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)的密切相關(guān)性[3]。

瑞雷波沿地表傳播，表層的厚度約為一個波長。因此，同一波長的瑞雷波的傳播特征反映了地質(zhì)條件在水平方向的變化情況，不同波長的瑞雷波的傳播特征反映著不同深度的地址情況。在地面上沿波的傳播方向，以一定的道間距Δx設(shè)置N+1個檢波器，就可以檢測到瑞雷波在NΔx長度范圍內(nèi)的傳播過程，設(shè)瑞雷波的頻率為fi，相鄰檢波器記錄的瑞雷波的時間差為Δt或相位差為Δφ，則相鄰道長度內(nèi)瑞雷波的傳播速度計算公式為：

測量范圍NΔx內(nèi)平均波速計算公式為：

在同一地段測量出一系列頻率的VR值，就可以得到一條VR-f曲線，即所謂的頻散曲線或轉(zhuǎn)換為VR-λR曲線，λR為波長，其計算公式為：

VR-f曲線或VR-λR曲線變化規(guī)律與地下地質(zhì)條件存在著內(nèi)在聯(lián)系，通過對頻散曲線過行反演解釋，可得到地下某一深度范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造情況和不同深度的瑞雷波傳播速度VR值。另一方面，VR值的大小與介質(zhì)的物理性質(zhì)特性有關(guān)，據(jù)此可對巖石的物理性質(zhì)做出評價。

2.3 地震映象法

地震映象法是利用人工激發(fā)的地震波在地下巖土介質(zhì)中的傳播規(guī)律，研究在小偏移距條件下不同介質(zhì)的反射波特性，揭示地下巖土體分布狀態(tài)的一種物探方法。采用固定偏移距進行測量，根據(jù)地震記錄波形圖上觀測到直達波、面波、聲波、反射波等多種波的波形、頻率、振幅和同相軸的變化來判斷地下可能存在的異常體。

3 場地條件

工作區(qū)內(nèi)在深度0～20 m內(nèi)主要為低液限黏土及粉質(zhì)黏土。防空洞埋深一般在7～10 m，由于建筑基礎(chǔ)開挖深度約4 m，因此，本工區(qū)的防空洞頂面埋深在3.7m。見圖1。

圖1 地下防空洞埋深及規(guī)模示意圖

4 工程實例

本文通過哈爾濱市某建筑地基地下防空洞探測的工作實例，運用已驗證存在防空洞的物探測線進行分析，總結(jié)防空洞異常在各種物探方法中的異常類型特征。

4.1 高密度電阻率法

高密度電阻率法采用1 m電極距，60道電極。有效探測深度約9.8 m。高密度電阻率法采用溫納爾裝置，由于防空洞探測屬于低阻體中查找高阻異常，高阻體的電阻率與低阻圍巖的差別較小，只要防空洞內(nèi)部沒有被土或淤泥填充也會形成高阻圈閉，見圖2。

4.2 瞬態(tài)瑞雷波法

瑞雷波法地震勘探采用1 m偏移距，1 m道間距，6道采集;0.2 m測點間距。防空洞位置位于測線5 m處。從圖3可以看出，在測線4.5 m位置出現(xiàn)了主要異常，相對于7～11 m范圍瑞雷波速出現(xiàn)了有規(guī)律的升高。同時在0～3 m也出現(xiàn)了有規(guī)律的高速異常。這是由于第一個瑞雷波測點的排列尾道已經(jīng)達到了防空洞頂部的位置形成了一系列的高速異常，而當震源遠離防空洞位置以后再沒有出現(xiàn)高速異常。

4.3 地震映象法

地震映象法采用0.2 m測點間距，1 m偏移距，錘擊震源。詳見圖4。在防空洞頂部出現(xiàn)的異常形態(tài)為同相軸不連續(xù)，繞射增強的現(xiàn)象，同時在防空洞頂部地震波頻率升高。由于防空洞規(guī)模較小，不會出現(xiàn)類似拋物線形狀的反射波異常。

5 小結(jié)

對于東北地區(qū)的地下防空洞，由于其埋藏深、規(guī)模小、圍巖電阻率小，波速低等特點，對物探工作帶來很大的困難。運用單一的方法很難得出確切的結(jié)論。對于地震映象法來說，由于錘擊震源產(chǎn)生的地震波頻率較低，而高頻成分受到黏土的強濾波作用而很快衰減，同時，面波成分以及橫波成分的強振幅也會掩蓋防空洞的反射波。很難得到理想的效果，尤其黏土的不均勻也會造成很多的反射波異常難以分辨。但在防空洞的兩側(cè)一般都會出現(xiàn)較強的旁側(cè)反射（有磚拱條件）和地面沉降而形成同相軸下陷的現(xiàn)象。高密度電阻率法對空洞的異常反映較規(guī)則，但由于圍巖的電阻率較低，異常體的電阻率變化不是很大，如果有土體的不均勻以及防空洞被淤泥填充的情況也很難分辨。瑞雷波法在防空洞探測中是一種較好的方法，由于圍巖不均勻在波速上不會有太大的變化，對防空洞的波速異常反應(yīng)比較敏感。但這種方法的缺點是資料處理的工作量很大，排列長度會影響到異常體的范圍，因此也會出現(xiàn)假異常。

圖2 高密度色譜圖

圖3 瑞雷波速度等值線圖

圖4 地震映象波形剖面圖

[1]劉光鼎.地球物理引論[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2005.

[2]盧建旗，馬建國.多道面波勘探技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2005，33（1）：19-20.

[3]楊成林.瑞雷波勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，1993.