地球物理方法如何探测隐伏在地下的防空洞

于 鹏

防空洞是用来防范空袭及保护地面居民的一种军事掩体，能够在战争中减轻人员伤亡和财产损失，在战时可发挥重要作用。现如今已处于和平年代，随着基础设施的大力发展，防空洞的存在对地面设施会造成不同程度的影响，有必要通过对防空洞进行勘察和定位，减少其对建筑物的影响程度。那些修建于20世纪30到70年代之间的防空洞随着岁月流逝，大多已年久失修，现如今随着旧城改造和城市建设的飞速发展，它们对城市建设的影响越来越明显。大连市某大楼因防空洞坍塌造成基础悬空，清华大学第三教学楼配电间受防空洞影响产生局部沉降而导致墙体开裂，西宁市人防工程的失效已经引起严重的环境地质问题……由此可见，现如今对地下防空洞采取合理可靠的处理措施具有现实意义。但是防空洞是一种埋于地下几米到几十米的地下设施，肉眼和一般的仪器无法对其识别定位，加之年代久远相关图纸资料的丢失，想准确地找到地下防空洞并不是一件简单的事。目前要实现对地下目标体的研究，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标相对其周围岩石的物理性质差异为基础进行的可以对地下目标实现准确定位的一系列方法的总称。地球物理探测常利用的岩石物性有密度、磁导率、电导率、弹性、热导率和放射性等，与此相应的勘探方法有重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地温法勘探、放射性勘探等。一般在选用具体方法前需对探测目标及其围岩石有一定了解，然后根据探测区域的物性特点选择行之有效的物探方法。目前，对于防空洞的探测一般采用高密度电法、探地雷达和瑞雷面波法，对于混凝土外围的防空洞施以高精度磁测也有一定效果。

高密度电法

高密度电法属于电阻率法，是一种剖面法和电测深法的组合式剖面勘察方法，是基于地层内存在电性差异为前提的对地下地电结构具有一定成像功能的探测方法。防空洞位于土层内，对于防空洞而言，可能出现的情况是空洞或者充填坍塌土，无论出现哪种情况，特别是空洞时，防空洞内都与围岩存在一定的电性差异，这是利用高密度电法进行防空洞探测的地球物理前提。实际勘查案例显示，采用高密度电法在陕西、海口、广州等多地取得了不错的效果。

探地雷达法

探地雷达是探测地下物体的地质雷达的简称，它利用高频电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面发射天线送入地下，在地下遇到两种不同介质的界面时，高频电磁波将反射回地面，由另一个天线接收。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波强度与波形将随着所通过介质的电性及几何形态变化而变化。因此研究接收到的电磁波双程走时、波形与振幅变化规律，可判断地下介质的结构。防空洞内介质电性及几何形态与围岩有明显差异，通过对地质雷达波形的分析，可以判断是否存在防空洞。

瑞雷面波法

在地质体密实完整时，瑞雷面波频散曲线是连续、圆滑的，在波阻抗突变的地方（防空洞顶界面）频散曲线会发生畸变（离散、开口、脱节或锯齿状）。因此运用瑞雷面波法在实际防空洞勘察中也取得了不错效果。

地面磁法

地面磁法勘探是通过地面观测地下介质困磁性差异引起磁场变化的一种地球物理勘察方法。考虑到有些防空洞外壁是由钢筋和砖块组成的，钢筋在地磁场的作用下具有较强的磁性，另外砖块在烧制的过程中也会产生剩磁，因此可引入地表的高精度磁法测量为防空洞的准确探测提供了更多的依据。

在对防空洞的实际勘测过程中，由于地下结构的复杂和各种地球物理方法的局限，有时会同时采用两种及以上的方法以获取更精确的异常信息。实际勘测案例显示，高精度磁测方法与高密度电法的结合使用可以对地下防空洞的探测起到很好的效果。其中高精度磁测简便、高效、数据处理相对容易，利于多测线观测，可获得异常体的走向延伸信息，但是其在深度上的分辨率很弱，而高密度电阻率法可以通过加大测线长度获得更大的探测深度，尽管观测效率较磁测低一些，但其观测的数据能够帮助获得地下的精细电阻率结构，二者在一定程度上可实现互补。因此，在研究防空洞及其周围的地球物理特性基础上，综合考虑各种地球物理勘探方法的特点和效率，可更快速、准确地获得防空洞的埋深、位置及延伸，非常好地体现综合地球物理探测的优势。

以上仅以隐伏防空洞的探测为例，说明地球物理探测在国家建设和发展中所起的重要作用。此外，地球物理探测还能够在地球系统研究、各类资源勘探与开发、工程与环境监测及国防工程中的难题等领域提供创新性的科学技术及实施导向。