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。現(xiàn)如今已處于和平年代，隨著基礎設施的大力發(fā)展，防空洞的存在對地面設施會造成不同程度的影響，有必要通過對防空洞進行勘察和定位，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的飛速發(fā)展，它們對城市建設的影響越來越明顯。大連市某大樓因防空洞坍塌造成基礎懸空，清華大學第三教學樓配電間受防空洞影響產(chǎn)生局部沉降而導致墻體開裂，西寧市人防工程的失效已經(jīng)引起嚴重的環(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施，肉眼和一般的儀器無法對其識別定位，加之年代久遠相關圖紙資料的丟失，想準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相對其周圍巖石的物理性質(zhì)差異為基礎進行的可以對地下目標實現(xiàn)準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、磁導率、電導率、彈性、熱導率和放射性等，與此相應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構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、海口、廣州等多地取得了不錯的效果。

探地雷達法

探地雷達是探測地下物體的地質(zhì)雷達的簡稱，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)的結構。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。考慮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，由于地下結構的復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電阻率結構，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域提供創(chuàng)新性的科學技術及實施導向。