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(shè)投資有限公司，安徽 合肥 230011；2.機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710043）

0 前言

為滿足城市建設(shè)規(guī)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(yīng)查明場地與周邊建筑物關(guān)系、場地周圍地下管線分布和場地內(nèi)人防工程位置，以便為場地污染治理和后期場地開發(fā)利用規(guī)劃提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

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(chǔ)進行探測，確定了地下建筑物基礎(chǔ)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(yīng)特征，正演了不同情況下陣列微動探測頻散曲線的響應(yīng)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(huán)境治理提供了依據(jù)。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(guān)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(shè)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(lián)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(lián)合測定的綜合物探方法的應(yīng)用效果，為后續(xù)合肥地區(qū)工程建設(shè)勘察提供理論依據(jù)。

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(guī)電法勘探基礎(chǔ)上發(fā)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(nèi)的橫向電性變化情況，又可以觀測垂向電性的變化特征?，F(xiàn)場高密度電法測量時，將一定數(shù)量的電極按一定間隔布置在測線上，由主機設(shè)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(tǒng)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(tǒng)的視電阻率數(shù)據(jù)，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(nèi)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(zhì)體）之間存在的波速差異。微動探測技術(shù)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(zhì)的S波速度結(jié)構(gòu)，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(zhì)分層及構(gòu)造識別。微動信號采用由多個獨立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(qū)為拆遷區(qū)，總體地勢平坦開闊，場地東北角為土堆，場地內(nèi)雜草覆蓋。

根據(jù)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(xiàn)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(jié)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(qū)內(nèi)的人防通道均為充水狀態(tài)（滿水或半滿水狀態(tài)），相對于通道外土層表現(xiàn)為更為良好的導(dǎo)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(zhì)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(tài)，其波速明顯降低，同時根據(jù)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(jié)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(qū)域進行地球物理探測，區(qū)域1和區(qū)域2進行了高密度電法和微動探測兩種物探手段，區(qū)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(qū)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(qū)已探明的豎井4和南側(cè)出入口東側(cè)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(cè)還存在較為明顯的中低阻特征，其是人防通道圍巖（磚拱結(jié)構(gòu)）的反映。而地表3m范圍內(nèi)則呈現(xiàn)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(jié)，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(qū)已探明的豎井4和南側(cè)出入口東側(cè)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(nèi)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(zhì)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(qū)域呈閉合狀態(tài)，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(jù)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(tài)，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(lián)合探測結(jié)果表明，工作場地內(nèi)存在地下人防通道，人防工程處于未填充或半填充狀態(tài)，且人防通道呈充水狀態(tài)。

3.2 工作區(qū)人防工程位置確定

由圖1可知，工作區(qū)內(nèi)人防工程分三塊區(qū)域，基于高密度電法和微動探測法的聯(lián)合探測結(jié)果，我們借助探地雷達對三塊區(qū)域內(nèi)人防工程的位置進行了推斷。

區(qū)域1內(nèi)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(qū)域1在L1線高密度電阻率剖面存在低阻異常，其右側(cè)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(cè)的L8、L9、L10線也存在類似L1線的低速異常。根據(jù)物探結(jié)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(cè)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(qū)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(qū)域1人防工程推斷平面位置圖

區(qū)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(cè)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(jù)綜合物探結(jié)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(qū)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(qū)域2人防工程推斷平面位置圖

區(qū)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(cè)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(qū)域3人防工程推斷平面位置圖

4 結(jié)論

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

①通道內(nèi)充水的地下人防工程，會顯著降低介質(zhì)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(zhì)視電阻率分布的真實情況，微動探測法能夠進行地下介質(zhì)分層以及異常體識別，二者聯(lián)合能夠更加準確地探明地下空間異常體，為工程建設(shè)提供可靠的依據(jù)。