地球物理方法如何探測隱伏在地下的防空洞

于 鵬

防空洞是用來防范空襲及保護(hù)地面居民的一種軍事掩體，能夠在戰(zhàn)爭中減輕人員傷亡和財產(chǎn)損失，在戰(zhàn)時可發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)如今已處于和平年代，隨著基礎(chǔ)設(shè)施的大力發(fā)展，防空洞的存在對地面設(shè)施會造成不同程度的影響，有必要通過對防空洞進(jìn)行勘察和定位，減少其對建筑物的影響程度。那些修建于20世紀(jì)30到70年代之間的防空洞隨著歲月流逝，大多已年久失修，現(xiàn)如今隨著舊城改造和城市建設(shè)的飛速發(fā)展，它們對城市建設(shè)的影響越來越明顯。大連市某大樓因防空洞坍塌造成基礎(chǔ)懸空，清華大學(xué)第三教學(xué)樓配電間受防空洞影響產(chǎn)生局部沉降而導(dǎo)致墻體開裂，西寧市人防工程的失效已經(jīng)引起嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問題……由此可見，現(xiàn)如今對地下防空洞采取合理可靠的處理措施具有現(xiàn)實意義。但是防空洞是一種埋于地下幾米到幾十米的地下設(shè)施，肉眼和一般的儀器無法對其識別定位，加之年代久遠(yuǎn)相關(guān)圖紙資料的丟失，想準(zhǔn)確地找到地下防空洞并不是一件簡單的事。目前要實現(xiàn)對地下目標(biāo)體的研究，一般要用到地球物理勘探方法，防空洞也不例外。地球物理勘探方法是以地下目標(biāo)相對其周圍巖石的物理性質(zhì)差異為基礎(chǔ)進(jìn)行的可以對地下目標(biāo)實現(xiàn)準(zhǔn)確定位的一系列方法的總稱。地球物理探測常利用的巖石物性有密度、磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、彈性、熱導(dǎo)率和放射性等，與此相應(yīng)的勘探方法有重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、地溫法勘探、放射性勘探等。一般在選用具體方法前需對探測目標(biāo)及其圍巖石有一定了解，然后根據(jù)探測區(qū)域的物性特點選擇行之有效的物探方法。目前，對于防空洞的探測一般采用高密度電法、探地雷達(dá)和瑞雷面波法，對于混凝土外圍的防空洞施以高精度磁測也有一定效果。

高密度電法

高密度電法屬于電阻率法，是一種剖面法和電測深法的組合式剖面勘察方法，是基于地層內(nèi)存在電性差異為前提的對地下地電結(jié)構(gòu)具有一定成像功能的探測方法。防空洞位于土層內(nèi)，對于防空洞而言，可能出現(xiàn)的情況是空洞或者充填坍塌土，無論出現(xiàn)哪種情況，特別是空洞時，防空洞內(nèi)都與圍巖存在一定的電性差異，這是利用高密度電法進(jìn)行防空洞探測的地球物理前提。實際勘查案例顯示，采用高密度電法在陜西、?？凇V州等多地取得了不錯的效果。

探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)是探測地下物體的地質(zhì)雷達(dá)的簡稱，它利用高頻電磁波，以寬頻帶短脈沖的形式，由地面發(fā)射天線送入地下，在地下遇到兩種不同介質(zhì)的界面時，高頻電磁波將反射回地面，由另一個天線接收。電磁波在介質(zhì)中傳播時，其路徑、電磁波強度與波形將隨著所通過介質(zhì)的電性及幾何形態(tài)變化而變化。因此研究接收到的電磁波雙程走時、波形與振幅變化規(guī)律，可判斷地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)。防空洞內(nèi)介質(zhì)電性及幾何形態(tài)與圍巖有明顯差異，通過對地質(zhì)雷達(dá)波形的分析，可以判斷是否存在防空洞。

瑞雷面波法

在地質(zhì)體密實完整時，瑞雷面波頻散曲線是連續(xù)、圓滑的，在波阻抗突變的地方（防空洞頂界面）頻散曲線會發(fā)生畸變（離散、開口、脫節(jié)或鋸齒狀）。因此運用瑞雷面波法在實際防空洞勘察中也取得了不錯效果。

地面磁法

地面磁法勘探是通過地面觀測地下介質(zhì)困磁性差異引起磁場變化的一種地球物理勘察方法?？紤]到有些防空洞外壁是由鋼筋和磚塊組成的，鋼筋在地磁場的作用下具有較強的磁性，另外磚塊在燒制的過程中也會產(chǎn)生剩磁，因此可引入地表的高精度磁法測量為防空洞的準(zhǔn)確探測提供了更多的依據(jù)。

在對防空洞的實際勘測過程中，由于地下結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和各種地球物理方法的局限，有時會同時采用兩種及以上的方法以獲取更精確的異常信息。實際勘測案例顯示，高精度磁測方法與高密度電法的結(jié)合使用可以對地下防空洞的探測起到很好的效果。其中高精度磁測簡便、高效、數(shù)據(jù)處理相對容易，利于多測線觀測，可獲得異常體的走向延伸信息，但是其在深度上的分辨率很弱，而高密度電阻率法可以通過加大測線長度獲得更大的探測深度，盡管觀測效率較磁測低一些，但其觀測的數(shù)據(jù)能夠幫助獲得地下的精細(xì)電阻率結(jié)構(gòu)，二者在一定程度上可實現(xiàn)互補。因此，在研究防空洞及其周圍的地球物理特性基礎(chǔ)上，綜合考慮各種地球物理勘探方法的特點和效率，可更快速、準(zhǔn)確地獲得防空洞的埋深、位置及延伸，非常好地體現(xiàn)綜合地球物理探測的優(yōu)勢。

以上僅以隱伏防空洞的探測為例，說明地球物理探測在國家建設(shè)和發(fā)展中所起的重要作用。此外，地球物理探測還能夠在地球系統(tǒng)研究、各類資源勘探與開發(fā)、工程與環(huán)境監(jiān)測及國防工程中的難題等領(lǐng)域提供創(chuàng)新性的科學(xué)技術(shù)及實施導(dǎo)向。