楊 勇，楊文明，馬立榮，宋 城

（寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，寧夏銀川 750021）

目前，城市淺層地下空間已成為城市基礎設施不可或缺的重要組成，與人民群眾的生命、生活有著千絲萬縷的聯(lián)系。因此，對城市淺層地下空間的精細探測和評價愈加重要。一般來講，城市淺層地下空間是指地下15 m 以內(nèi)的地下空間。該空間主要容納了人防工程及供水、電力、燃氣、通信等市政公共設施。隨著城市快速發(fā)展，建設規(guī)模不足、管理水平不高等問題凸顯，一些城市相繼發(fā)生了由淺層地下空間巖土性質(zhì)、施工缺陷等引發(fā)的地面塌陷等事故，嚴重影響了人民群眾生命財產(chǎn)安全和城市運行秩序[1—2]。

地球物理探測技術是利用目標體與周邊介質(zhì)的物性差異，通過分析研究觀測到的地球物理場達到探查地下目標體、地下人工埋設的物探目的，廣泛應用于城市地下構筑物探測、隱患排查、災害評估等方面。目前，根據(jù)探測深度、目的、技術要求的不同，地下空間探測技術采用的技術方法也不同[1]，而且城鎮(zhèn)區(qū)人文干擾眾多，場地環(huán)境復雜，這也是諸多地球物理探測施工和分析解釋的主要技術難點。選擇抗干擾能力強、探測深度較大、分辨率高的地球物理手段對解決城市淺層地下空間精細探測問題至關重要，是地球物理探測技術在城市淺層地下空間探測應用的主要方向。本文以某城區(qū)廢棄的人防工程為主要研究對象，采用微動探測、探地雷達、高密度電法等多種物探方法進行對比研究。

1 研究區(qū)概況

20 世紀六、七十年代，國家為了應對日趨嚴峻的國際形勢，在全國廣泛開展了群眾性的挖防空洞和防空壕的活動。該研究區(qū)和國內(nèi)許多城鎮(zhèn)一樣，在地下修筑了四通八達的防空工事，由于當時的技術力量不足、圖紙資料缺乏等狀況，這些防空工事缺乏精確位置、結構和分布情況，且多已廢棄。

該研究區(qū)淺層多為第四系更新世馬蘭黃土所覆蓋，厚度一般在3～20 m，最厚達70 m。在城鎮(zhèn)基礎建設中，淺層地下空間內(nèi)以人工鋪墊的砂、卵石、混凝土和瀝青等為主要介質(zhì)。由表1 可知，淺層地下空間主要介質(zhì)的物性具有一定差異，具有地球物理探測的物性基礎。

表1 研究區(qū)淺層地下空間主要介質(zhì)的物性參數(shù)

2 方法技術

2.1 微動探測技術

地球上有著由非地震引起的微小振動，這種振動就叫微動[3]。自然界海浪、氣壓變化、人類工業(yè)及交通活動在地表都會引起微動信號。這些微動信號與信號源、傳播機制以及地層結構等有關，在充足的時間尺度內(nèi)，可以認為它是一種平穩(wěn)隨機過程。由于多重反射和折射，微動信號在傳播中積累了地層原始特征的信息[4]。因此，可以通過采集微動信號來分析觀測點下覆地層的結構信息。微動探測技術的物理前提是基于不同時代地層、巖性或不同介質(zhì)的波速差異，利用微動信號所引起的面波、體波等地球物理場來分析解譯不同介質(zhì)的目標體。

該次工作采用重慶盈創(chuàng)地維物探儀器有限公司Mole-D 型節(jié)點式微動儀，點距1.5～2.0 m，邊長為20～25 m，探測深度約15 m。

2.2 新型地質(zhì)雷達

地質(zhì)雷達利用雷達天線對地下隱伏目標體進行全斷面掃描的方式獲得斷面的掃描圖像。具體工作原理：當雷達系統(tǒng)利用天線向地下發(fā)射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質(zhì)內(nèi)部傳播遇到介電差異較大的介質(zhì)界面時，就會發(fā)生反射、透射和折射[5]。兩種介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射回的電磁波與發(fā)射天線同步移動的接收天線接收后，由雷達主機精確記錄下反射回的電磁波的運動特征，再通過信號技術處理，形成全斷面的掃描圖，技術人員通過對雷達圖像分析，解譯地下目標物的空間分布特征。受地下介質(zhì)電導率的影響，電磁波在傳播過程中的能量會迅速衰減，當有效能量值達到背景值后，探地雷達的深度達到最大探測深度。新型地質(zhì)雷達通過提高儀器發(fā)射功率、疊加次數(shù)可有效壓制背景噪聲的能量值，從而提高雷達的探測深度。

該次采用加拿大Ultra pulse EKKO 新型大探深雷達開展試驗工作，雷達頻率分別選擇100，50，25 MHz；使用點測模式，點距0.5 m。

2.3 高密度電法

高密度電阻率法是以巖土導電性差異為基礎，研究在人工施加穩(wěn)定電流場的作用下地下傳導電流分布規(guī)律。該方法是一種陣列勘探方法，野外測量時只需要將全部電極置于觀測剖面的各測點上，以實現(xiàn)地下探測，達到多次覆蓋；然后利用程控電極轉(zhuǎn)換裝置和微機工程電測儀實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動采集。將測量結果輸入電腦后，還可以對數(shù)據(jù)進行處理并給出關于地電斷面分布的各種圖示結果。

該次采用GD-10 集中式高密度電法系統(tǒng)，道間距1 m，最大電極距60 個，探測深度10 m。

3 結果與分析

3.1 L01 測線探測情況

L01 測線采用微動和大探深雷達2 種探測技術。由微動測量結果顯示（圖1），整個測線的淺表0.5～3.0 m 深度內(nèi)主要反映了速度不均勻的松散人工回填土，橫波速度Vs變化范圍在190～250 m/s。探測深度3～15 m 大致以測線34 m 位置為界，測線10～34 m 段3～10 m 主要為松散黃土層，Vs速度一般在260 m/s 左右；深度10～15 m 表現(xiàn)為相對穩(wěn)定的高速砂礫石層。測線34～56 m 段3～4 m 主要為低速松散黃土層；深度4～15 m 表現(xiàn)為砂礫石層。測線22～30 m 段5～8 m 深度內(nèi)存在3 處低阻區(qū)域，編號為Ⅰ號低速區(qū)、Ⅱ號低速區(qū)、Ⅲ號低速區(qū)。分析認為，Ⅰ號低速區(qū)主要為人防工事的反映，而Ⅱ、Ⅲ號低速區(qū)則主要反映人防工事隨時間推移而在兩側(cè)形成的極度松散區(qū)（人防工事影響區(qū)）。

此外，在該測線上還部署了大探深雷達探測，結果見圖2。測線28～30 m 段6 m 深度內(nèi)反射能量變化較大，存在明顯的同相軸不連續(xù)異常現(xiàn)象。該異常與微動探測結果顯示的低速區(qū)域在測線平面位置上是吻合的，應該是人防工事的反映。

3.2 L02 測線探測情況

圖1 L01 測線微動解釋成果

圖2 L01 測線大探深雷達解釋成果

L02 測線部署完成了高密度電法和新型地質(zhì)雷達探測試驗。從高密度電法結果看（圖3），整條測線表層主要是由于路面硬化中鋪墊的砂石、水泥等介質(zhì)，形成了水平層狀分布的高阻異常。值得注意的是，測線30 m 位置4～6 m 深度存在圈閉的高阻異常體，該異常具有明顯的空洞特征。新型地質(zhì)雷達探測結果見圖4。由圖4 可知，在相同位置反射波存在較為明顯的繞射現(xiàn)象，雷達波曲線呈明顯的雙曲線形態(tài)，綜合分析該位置應該為人防工事（地道）的反映。

4 結論

（1）高密度電法對場地環(huán)境有一定要求，如瀝青路面、瓷磚鋪裝地面絕緣或難以供電地段無法開展高密度電法，但在局部如綠化帶、人行道等地段開展高密度電法，能夠有效地分辨地下不同介質(zhì)的目標體，配合其他探測手段可以更為精確地確定目標體的位置，減少探測結果的多解性。

圖3 L02 測線高密度電法反演成果圖

圖4 L02 測線新型地質(zhì)雷達解釋成果

（2）微動探測、新型地質(zhì)雷達探測深度較大，分辨率較高，且對場地環(huán)境要求相對較低，能夠較為精細地探測地下具有明顯差異的不同介質(zhì)目標體，可以作為開展淺層地下空間構筑物探測、隱患排查、災害評估等工作的有效技術手段。