综合地球物理方法在上海地区民防工程勘察中的应用实例

苗苗

上海申元岩土工程有限公司，上海， 200011

摘要：地球物理方法是利用地下不同介质的间的各种物性差异，而进行的一种间接探测手段。针对上海地区特有的民防工程，首先结合以往在该地区民防工程勘察中的实践经验和现有的场地条件，选取了地质雷达法和井中磁梯度法来对民防工程进行综合探测。其次，运用地质雷达分辨率好、工作效率高、操作简便和对探测体无损伤的特点，对整个测区范围内进行整体排摸，认为目标民防主体为砖混结构，民防顶板为混凝土混凝土结构；运用井中磁梯度法干扰小，精度高，结果直观可靠的特点，对民防工程进行精准定位，确定其空间位置参数。最后通过对地质雷达剖面的波组反射特征和磁梯度异常曲线特征的分析得出民防工程具体的结构特征和埋深位置。

关键词：地球物理方法；民防工程；地质雷达；井中磁梯度；

Application of comprehensive geophysical method in civil defense engineering survey in Shanghai

MIAO,Miao

( Shanghai Shen Yuan Geotechnical Engineering Co.,Ltd, Shanghai 200011,China)

Abstract: Geophysical method is an indirect detection method by using various physical property differences between different underground media. In view of the common civil defense projects in Shanghai, firstly, combined with the previous practical experience in the civil defense project survey in this area and the existing site conditions, the geological radar method and borehole magnetic gradient method are selected to comprehensively detect the civil defense projects. Secondly, using the characteristics of high resolution, high work efficiency, simple operation and no damage to the detection body of geological radar, the overall layout of the whole survey area is carried out. It is considered that the main body of civil defense is brick concrete structure and the roof of civil defense is concrete structure; Using the characteristics of small interference, high precision and intuitive and reliable results, the magnetic gradient method in the well is used to accurately locate the civil defense project and determine its spatial location parameters. Finally, through the analysis of the wave group reflection characteristics of the geological radar section and the anomaly curve characteristics magnetic gradient , the specific structural characteristics and buried depth of the civil defense project are obtained.

Key words: Geophysical method; civil defense engineering; Geological radar ;Borehole magnetic gradient

;

作者简介: 苗苗(1987-)，女，中国地质大学（北京）2011年，主要从事矿产勘查、城市工程物探工作，邮箱：272635201@qq.com。

0 引言

在上世纪1964-1974年间，由于当时所处的“深挖洞、广积粮”的特殊历史时期，上海地区建造了一系列的民防工程。后期因多年未投入使用, 在上世纪80年代陆续废弃封闭。现存许多民防因资料缺失，处于“失联”状态，且大部分民房工程结构老化、甚至主体结构开裂、顶部塌方，民防内部污秽堆积导致有毒有害气体聚集。这给后期施工带来诸多安全隐患，因此，采取地球物理方法对这些民防工程进行间接探测对城市安全和建设具有重要意义^[1][2]。

1工程概况

本次需要探测的民防工程位于上海市徐汇区人民政府院内，北邻南丹路、东邻漕溪北路，物探范围如下图1所示，场地内民防入口已被封堵，年代久远，后期场地地形变化较大，具体位置不明。本次探测需查明指定测区内可能存在的民防工程类别、平面位置、走向、埋深、结构形式、基础形式等。

图1物探范围及测线孔位布置图

2物性特征分析

物理性质差异是有效开展物探工作的理论前提，目标体与周围介质的物性差异越大，探 测效果越好^[3]。地质雷达法通过电磁波传播特征和不同介质间介电常数差异进行探测。表1为工程常见介质物性参数见。井中磁梯度法通过探测对象与背景场间磁化率差异进行探测。表2为工程勘察中常见物质的磁化率测定统计表。根据以往探测经验，上海地区的民防工程一般多为砖混结构，探测对象具有一定的物性差异，具备开展综合物探工作的物性前提（表1、表2）。

表1 地下不同介质的电磁性地球物理参数表^［4-6］

表2 常见介质的磁化率测定统计表^[4-7]

2民防工程探测原理及方法

2.1地质雷达法

地质雷达是利用特制的天线向下发射高频电磁波（频率一般为几十～几千兆赫兹），对地下目标进行扫描，获得探测影像。电磁波在遇到不同介质时会发生反射，且介质间物性差异越大，反射信号越强。信号通过处理，形成剖面，通过分析雷达剖面上振幅、频率及相位等的特征变化，就可以判断出地下介质的分布情况。地质雷达的探测原理如图2所示^[8-9]。

图2 地质雷达工作原理图

本次主要采用美国劳雷公司SIR-4000地质雷达，美国SIR-4000地质雷达的天线发射极和接收极为一体，具有快速、高效、非破坏性等特点，是浅基础或浅部障碍物探查的首选工具，SIR-4000系统主要包含两台天线和一台控制主机，仪器设备如下图3所示。

图3 SIR-4000地质雷达

根据探测深度要求，结合上海地区以往的工作经验，本次地质雷达测量参数的选择如下：

工作频率为100MHz时，测量时间范围0～300ns，每秒扫描32次，每次采样1024个；工作频率为400MHz时测量时间范围0～100ns，每秒扫描50次，每次采样512个；增益参数则以最大限度地补偿介质吸收和抑制杂波为原则，由现场试验确定。采用垂直和水平两种滤波，通频带尽可能采用宽频以避免原始数据失真。

本次数据处理采用SIR-4000地质雷达专用软件RANDAN7进行解编处理，地质雷达探测资料处理流程：编辑数据块→距离归一化→时间调整→设置介电常数→增益调整→频率滤波→水平背景去除→偏移归位→反褶积→希尔伯特变换→根据探测需求选用不同的显示方式突出目标物。

2.2井中磁梯度法

在整个地球表面，都有地磁场的分布，一般情况下，区域内的地球磁场基本是稳定分布的，磁场强度理论上为均匀场，当其中有铁磁性物质存在时，由于受大地磁场的磁化作用，将会在其周围产生次生磁场，从而产生磁异常^[10-12]。

本次主要采用XEGT-1型磁梯度仪，该仪器操作简便、精度高，为磁梯度探测中首选仪器。仪器设备如下图4所示。

图4 XEGT-1型磁梯度仪

根据前期雷达探测成果布置磁梯度孔位，本次井中磁梯度为确保精度，磁测点距设为0.1m，采用上下往返测量方式进行，根据磁梯度值的变化可以明确地判断目标体的埋深及平面位置。

3测线布置及数据采集

根据要求，本次工作首先对整个探测区域进行了地质雷达探测，共布设雷达测线154条，测线总长度7.32km（图1）；让然后根据地质雷达探测成果布设磁梯度钻孔21个，钻孔深度平均8.4m，钻孔总长度176m；磁梯度测点间距0.1m，采用往复测量，测点总数3520个（表3）。

表3 磁梯度钻孔统计表

4地球物理异常解释

4.1地质雷达典型剖面异常解释

地质雷达现场探测时，为了同时获得较高的分辨率和较为精确的位置范围，地质雷达探测采用了时间和距离两种模式，在采用时间模式采集数据时，根据异常显示随时在场地标记记录和雷达图像打标记录，确保后期资料处理有统一性。以下列举几处典型异常进行本次雷达探测成果解释说明。

(1)民防工程主体

根据地质雷达剖面，民防两侧墙体边界处雷达波呈明显的正负反射，横纵向差异显著，如图5中12-13m、图6中1.0m位置。民防内部雷达波被吸收、正负反射稍弱，如图7中扫面线500-900段25-70ns段，说明民防内部充水，民防埋深1.2-3.5m。

图5 民防主体边界墙地质雷达影像剖面图（测线151）

图6 民防主体边界墙地质雷达影像剖面图（测线52）

图7 民防主体内部地质雷达影像剖面图（测线51）

(2)民防工程西向通道

根据地质雷达剖面，图8扫描线2600-3000段、图9扫面线1000-1400段20-40ns时雷达波呈明显的正负反射，横纵向差异显著，为民防平顶强反射，宽度2.0m，埋深1.2-1.5m。

图8西向民防通道地质雷达影像剖面图（测线166）

图9 西向民防通道地质雷达影像剖面图（测线72）

(3)民防工程东向通道

根据地质雷达剖面，图10水平距离0-2m段、图11水平距离11-16m、图12水平距离0-3m、图13扫描线1500-2400、图14扫面线400-1000段30-70ns时雷达波呈明显的正负反射，横纵向差异显著，宽度2.0-4.0m，埋深0.9-3.5m；疑似为东侧民防通道。

图10 东向民防通道地质雷达影像剖面图（测线139）

图11 东向民防通道地质雷达影像剖面图（测线46）

图12 东向民防通道地质雷达影像剖面图（测线138）

图13 东向民防通道地质雷达影像剖面图（测线134）

图14 东向民防通道地质雷达影像剖面图（测线132）

4.1井磁梯度曲线典型异常解释

（1）钻孔ZK1于1.5m见民防顶板，顶板厚0.4m；3.5m见民防底板；根据ZK1磁梯度剖面图，1.4-1.8m时磁梯度曲线异常明显，为民防顶板反应；3.5-4.0m时磁梯度曲线异常明显，为民防底板反应。

图15 ZK1磁梯度剖面图

（2）钻孔ZK3未见民防顶板，3.6m见民防底板；根据ZK3磁梯度剖面图，1.3-1.6m时磁梯度曲线有异常点反应，但异常相对较小，说明民防顶板距离该钻孔有0.3-0.5m的间距；3.5-4.2m时磁梯度曲线异常显著，为民防底板反应。

图16 ZK3磁梯度剖面图

5 结论

本次探测工作采用了地质雷达、井中磁梯度法综合物探方法探测区域内的老民防基础的规格、尺寸、埋深及平面分布，取得了较好的探测工作成果。

根据雷达影像资料及磁梯度探测成果推断，该民防工程结构已经老化、内部充水。民防主体为砖混结构，整体为平顶。民防顶板为混凝土混凝土结构，厚度0.4-0.5m，埋深1.45-1.50m；民防高1.8-2.0m，底板为混凝土结构，厚度0.50m，底板埋深3.3-4.0m。四周侧墙为红砖砌，宽度为0.40m。含阶梯式入口一个，入口两侧为混凝土，入口埋深0-3.5m。另外，该民防工程还包含西向、东向和南向的通道三处，通道内积淤，道通道宽度2.0m，顶板埋深0.9m。

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