地球物理方法如何探測(cè)隱伏在地下的防空洞

于 鵬

防空洞是用來(lái)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(zhēng)中減輕人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，在戰(zhàn)時(shí)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(duì)地面設(shè)施會(huì)造成不同程度的影響，有必要通過(guò)對(duì)防空洞進(jìn)行勘察和定位，減少其對(duì)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(duì)城市建設(shè)的影響越來(lái)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(kāi)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(wèn)題……由此可見(jiàn)，現(xiàn)如今對(duì)地下防空洞采取合理可靠的處理措施具有現(xiàn)實(shí)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(wú)法對(duì)其識(shí)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(jiǎn)單的事。目前要實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)其周?chē)鷰r石的物理性質(zhì)差異為基礎(chǔ)進(jìn)行的可以對(duì)地下目標(biāo)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的一系列方法的總稱。地球物理探測(cè)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(duì)探測(cè)目標(biāo)及其圍巖石有一定了解，然后根據(jù)探測(cè)區(qū)域的物性特點(diǎn)選擇行之有效的物探方法。目前，對(duì)于防空洞的探測(cè)一般采用高密度電法、探地雷達(dá)和瑞雷面波法，對(duì)于混凝土外圍的防空洞施以高精度磁測(cè)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(cè)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(duì)地下地電結(jié)構(gòu)具有一定成像功能的探測(cè)方法。防空洞位于土層內(nèi)，對(duì)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(wú)論出現(xiàn)哪種情況，特別是空洞時(shí)，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(cè)的地球物理前提。實(shí)際勘查案例顯示，采用高密度電法在陜西、?？?、廣州等多地取得了不錯(cuò)的效果。

探地雷達(dá)法

探地雷達(dá)是探測(cè)地下物體的地質(zhì)雷達(dá)的簡(jiǎn)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(shí)，高頻電磁波將反射回地面，由另一個(gè)天線接收。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁波強(qiáng)度與波形將隨著所通過(guò)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(shí)、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(guò)對(duì)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(shí)完整時(shí)，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(huì)發(fā)生畸變（離散、開(kāi)口、脫節(jié)或鋸齒狀）。因此運(yùn)用瑞雷面波法在實(shí)際防空洞勘察中也取得了不錯(cuò)效果。

地面磁法

地面磁法勘探是通過(guò)地面觀測(cè)地下介質(zhì)困磁性差異引起磁場(chǎng)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(chǎng)的作用下具有較強(qiáng)的磁性，另外磚塊在燒制的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生剩磁，因此可引入地表的高精度磁法測(cè)量為防空洞的準(zhǔn)確探測(cè)提供了更多的依據(jù)。

在對(duì)防空洞的實(shí)際勘測(cè)過(guò)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(shí)會(huì)同時(shí)采用兩種及以上的方法以獲取更精確的異常信息。實(shí)際勘測(cè)案例顯示，高精度磁測(cè)方法與高密度電法的結(jié)合使用可以對(duì)地下防空洞的探測(cè)起到很好的效果。其中高精度磁測(cè)簡(jiǎn)便、高效、數(shù)據(jù)處理相對(duì)容易，利于多測(cè)線觀測(cè)，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(guò)加大測(cè)線長(zhǎng)度獲得更大的探測(cè)深度，盡管觀測(cè)效率較磁測(cè)低一些，但其觀測(cè)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(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。因此，在研究防空洞及其周?chē)牡厍蛭锢硖匦曰A(chǔ)上，綜合考慮各種地球物理勘探方法的特點(diǎn)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(cè)的優(yōu)勢(shì)。

以上僅以隱伏防空洞的探測(cè)為例，說(shuō)明地球物理探測(cè)在國(guó)家建設(shè)和發(fā)展中所起的重要作用。此外，地球物理探測(cè)還能夠在地球系統(tǒng)研究、各類(lèi)資源勘探與開(kāi)發(fā)、工程與環(huán)境監(jiān)測(cè)及國(guó)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(shí)施導(dǎo)向。