基于高密度電法和微動探測法的地下人防工程探測

李巍，沈銀斌

（1.合肥東部新中心建設投資有限公司，安徽 合肥 230011；2.機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710043）

0 前言

為滿足城市建設規劃的要求，城市建筑物也在不斷地更新迭代。通常情況下，老舊建筑物的拆除僅僅拆除清理了地表建筑物，因此，在場地進行建筑物重建之前，應查明場地與周邊建筑物關系、場地周圍地下管線分布和場地內人防工程位置，以便為場地污染治理和后期場地開發利用規劃提供可靠的科學依據。

近年來，對于建筑場地地下空間的探查已引起了普遍重視。楊超等[1]利用高密度電阻率法對地下建筑物基礎進行探測，確定了地下建筑物基礎的分布特征。李巧靈等[2]研究了微動探測地下空間異常響應特征，正演了不同情況下陣列微動探測頻散曲線的響應特征。何委徽[3]采用高頻電磁法和高密度電法探查了地下垃圾填埋場的位置，為城市環境治理提供了依據。孫宗龍等[4]通過高密度電法和地震面波法對海口市某地地下防空洞進行勘察，實踐表明，綜合物探方法對地下防空洞的工程勘察效果較好。

綜上所述，相關研究已采用多種物探手段對地下空間、地下建筑等進行探測，但在實際工程建設中，綜合物探方法相比單一物探方法具有更高的探測準確度和精度。因此，本文提出了一種由高密度電法和微動探測法聯合測定的綜合物探方法，通過對合肥市某建筑場地地下人防工程的探測，展示了高密度電法和微動探測法聯合測定的綜合物探方法的應用效果，為后續合肥地區工程建設勘察提供理論依據。

1 高密度電法和微動探測法工作原理

1.1 高密度電法工作原理

高密度電法[5-7]，也叫高密度電阻率法，是在常規電法勘探基礎上發展起來的勘探方法，集電剖面和電測深于一體，既可以觀測地下一定深度范圍內的橫向電性變化情況，又可以觀測垂向電性的變化特征。現場高密度電法測量時，將一定數量的電極按一定間隔布置在測線上，由主機設定的程序自動控制電極分別作為供電電極或接收電極，由此組成多處不同極距的觀測系統并自動完成測量。每處高密度電法剖面可獲取大量不同觀測系統的視電阻率數據，然后利用高密度電法專用反演解釋軟件進行擬合計算分析，得到剖面下方倒梯形范圍內的各單元地層電阻率并形成電阻率等值線圖或電阻率色譜圖。

1.2 微動探測法工作原理

微動探測[8-9]的物理前提是不同地層（地質體）之間存在的波速差異。微動探測技術就是從微動信號中提取面波（瑞雷波）頻散曲線，通過對頻散曲線反演獲得地下介質的S波速度結構，以探查地下異常體的物探方法。通過S波速度在不同深度層次的高低變化，進行介質分層及構造識別。微動信號采用由多個獨立數據采集系統組成的微動陣列進行采集。

2 場地概況與測線布置

合肥城市地形基本為崗沖起伏的丘陵，在地貌單元上屬江淮丘陵的一部分。工作區為拆遷區，總體地勢平坦開闊，場地東北角為土堆，場地內雜草覆蓋。

根據前人資料和本次工作的實際測試成果，地下人防工程則呈現低電阻率、低縱波傳播速度特征。因此本次地球物理勘探需探測目標體——地下人防工程與圍巖間存在的明顯電特性和波速特性差異，為開展高密度電法和微動探測工作提供了地球物理前提條件。

結合對已知段人防工程的探查，對本次地球物理工作的方法有效性作如下分析：高密度電法是通過地下電性差異來識別目標體，勘查區內的人防通道均為充水狀態（滿水或半滿水狀態），相對于通道外土層表現為更為良好的導電性，在高密度電阻率法斷面圖中顯示為低阻異常特征；完整巖體（土層）介質相對均勻,波速較高，但當其因人防工程存在時，不論其滿水或半水狀態，其波速明顯降低，同時根據波的傳播速度、傳播時間來推斷、確定異常的深度及范圍等。

為了查明地下人防工程分布位置和埋深，結合搜集的人防工程平面位置圖以及以往的遙感影像資料，將場地劃分為三塊區域進行地球物理探測，區域1和區域2進行了高密度電法和微動探測兩種物探手段，區域3由于在柏油路上，只進行了微動探測一種方法，測線布置如圖1所示。

圖1 工作區地下人防工程探測物探測線位置示意圖

3 地下人防工程探測

3.1 人防通道異常的識別

圖2所示為工作區已探明的豎井4和南側出入口東側之間的高密度電法剖面成果圖，在點號152～167附近電阻率整體較低，如前述若人防通道充水，在高密度電阻率法的視電阻率剖面圖上會顯示低阻特性，但從實際效果來看，人防通道呈充水低阻特性，其右側還存在較為明顯的中低阻特征，其是人防通道圍巖（磚拱結構）的反映。而地表3m范圍內則呈現明顯的中高阻特性，這是由地表雜填土造成的，雜填土呈松散狀，含大量建筑垃圾及植物根系，成分以黏性土為主，不均勻，欠固結，并且此層在全場地都有分布。

圖2 L6線高密度電法視電阻率剖面圖

圖3所示為工作區已探明的豎井4和南側出入口東側之間的微動探測速度剖面成果圖，由橫波速度剖面可知，場地內地層層狀特征較為明顯，由淺至深，其中雜填土、黏土層組成的覆蓋層底深度在5m左右，橫波速度約為300m/s；下伏為粉質粘土層、強風化層，橫波速度約為600m/s；測線的5m處，存在明顯的低速異常，異常區域呈閉合狀態，異常橫波速度值遠小于周邊圍巖，異常頂深度約為 8.5m，寬度約為1m，高度約為2m，根據已有的資料可以推斷此異常為人防工程引起，人防工程處于未填充或半填充狀態，相較于周邊圍巖有很大的物性差異，故呈低速異常。

圖3 L7線微動探測視速度剖面圖

綜上所述，高密度電和微動的聯合探測結果表明，工作場地內存在地下人防通道，人防工程處于未填充或半填充狀態，且人防通道呈充水狀態。

3.2 工作區人防工程位置確定

由圖1可知，工作區內人防工程分三塊區域，基于高密度電法和微動探測法的聯合探測結果，我們借助探地雷達對三塊區域內人防工程的位置進行了推斷。

區域1內探測異常如圖4、圖5所示。

圖4 物探L1線剖面（上：高密度電阻率剖面；下：微動探測速度剖面）

圖5 微動探測剖面（上左：L8線；上右：L9線；下：L10線）

區域1在L1線高密度電阻率剖面存在低阻異常，其右側也存在較為明顯的中低阻特征；在L1微動探測視速度剖面圖上也存在低速異常。在北側的L8、L9、L10線也存在類似L1線的低速異常。根據物探結果推斷，L1剖面至L9剖面之間的人防通道走向為30°，埋深8～10m；L9剖面至L10剖面在和平路北側綠化帶拐彎，L10線存在兩個通道。L2剖面以南無地下人防通道。綜上所述，將區域1的人防通道位置和疑似范圍投影到平面上，其平面位置如圖6所示。

圖6 區域1人防工程推斷平面位置圖

區域2探測異常如圖7、圖8所示，在L6線微動探測視速度剖面和L6線高密度電阻率剖面存在低阻異常，其右側也存在較為明顯的中低阻特征；在L7微動探測視速度剖面上也存在低速異常。根據綜合物探結果推斷，L6剖面至L7剖面之間的人防通道走向為20°，埋深8.5～10.5m，L6剖面至豎井4地下人防工程較多，L7剖面至出入口有拐彎可能。綜上所述，將區域2的人防通道位置和疑似范圍投影到平面上，其平面位置如圖9所示。

圖7 物探L6線剖面（上：高密度電阻率剖面；下：微動探測速度剖面）

圖8 微動探測L7線剖面

圖9 區域2人防工程推斷平面位置圖

區域3探測異常如圖10所示，推斷L11剖面至L12剖面之間的人防通道走向為30°，埋深9～11m，L12剖面至L13剖面在馬路北側綠化帶拐彎，推斷異常寬度2m。其平面位置如圖11所示。

圖10 微動探測剖面（上左：L11線；上右：L12線；下：L13線）

圖11 區域3人防工程推斷平面位置圖

4 結論

本文利用高密度電法和微動探測法對合肥地區某場地地下人防工程進行探測，得出以下結論：

①通道內充水的地下人防工程，會顯著降低介質的電阻率和S波波速，可通過電阻率和S波波速的異常來確定地下人防工程的位置；

②高密度電法能夠準確反映地下介質視電阻率分布的真實情況，微動探測法能夠進行地下介質分層以及異常體識別，二者聯合能夠更加準確地探明地下空間異常體，為工程建設提供可靠的依據。