高密度電法在金屬固體廢棄物混合填埋場應急處置中的應用

趙亞飛，王 帥

（1 河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心，河南 鄭州 450016；2 河南省有色金屬地質礦產局第四地質大隊，河南 鄭州 450016）

在現(xiàn)實生活和生產中，存有一定數(shù)量的的簡易垃圾填埋場，由于歷史原因，一些填埋場存在未建設防滲措施，填埋不規(guī)范等問題，甚至在其中還堆存填埋有金屬廢棄物及工業(yè)污泥，此類填埋場已經形成重大環(huán)境安全隱患，引起各級環(huán)保部門高度關注。面對此類事件，各地政府也采取各種應急措施積極尋求解決方法，消除環(huán)境污染隱患。

本次工作就是物探高密度電法在某地垃圾場固體廢物應急處置工程場地中的實際應用，查明了工作區(qū)域內淤泥的填埋深度及范圍，為災害防治治理提供依據。

1 工區(qū)地質及地球物理特征

1.1 地質特征

工作區(qū)系太行山前丘陵向華北平原過渡地區(qū)，其地勢由北向東南傾斜，是華北平原的西部邊陲。海拔高度由305.9m降到108.5m，境內由西向東有明顯的低山—丘嶺—平原的過渡特征，丘嶺、平原、灘區(qū)各占三分之一。全鎮(zhèn)土壤分兩合土、砂土等土種，分布在東部平原和黃河灘區(qū)。

地層結構分層較明顯，經鉆探、標準貫入試驗及室內試驗綜合分析，在勘察深度（20.0m）范圍內，將場地內地層劃分為6個主層，1個亞層，各土層特征由上而下描述如下：①雜填土（Q4ml）：雜色，以工程施工垃圾以及污泥為主，局部表層為粉土。②粉質粘土（Q4al+pl）：黃褐色，可硬，見鐵錳質條紋，干強度中等，韌性中等，無搖震反應，切面稍具光澤。偶見姜石，地表為耕植土，該層分布在場地西部中間的位置。③粉土（Q4al+pl）：褐黃色，稍密-中密，稍濕，干強度低，韌性低，切面無光澤，搖震反應中，偶見蝸牛殼碎片及姜石顆粒；④粉砂（Q4al+pl）：褐黃色，中密，礦物成分以石英、長石為主。⑤粉質粘土（Q3al+l）：褐黃色，可塑～硬塑，干強度中等，韌性中等，無搖震反應，切面稍具光澤，含姜石顆粒，局部奮力含量稍高。⑥粉砂（Q4al+pl）：褐黃色，中密，礦物成分以石英、長石為主。⑦粉土（Q2al+l）：褐黃色，密室，稍濕，夾有少量姜石，干強度低，韌性低，切面無光澤，搖震反應中，偶見蝸牛殼碎片及姜石顆粒，該層下部夾薄層粉質粘土。

1.2 地球物理特征

直流電測深勘探是研究指定地點的巖層的電阻率參數(shù)隨深度的變化情況。剖面法探測反映了沿一定深度內的地電變化情況，即研究巖層電阻率在水平方向上的變化情況。本次物探野外工作選擇方法為高密度測量裝置作業(yè)，它集電測深和剖面法為一體，成本低，效率高，信息豐富，解釋方便等特點。

本次測量探測深度淺，主要研究對象為第四系淺層淤泥層。淺層巖性為雜填土、粉質粘土、粉土及粉砂等。其中，雜填土（Q4ml）以工程施工垃圾以及污泥為主，是主要工作對象。從巖性看，粉砂層為高阻，粉土中高阻，粉質粘土、淤泥層為低阻；其中淤泥層電阻率最低，一般小于6.0（Ω﹒m）。因此，利用高密度測量裝置尋找、劃分淤泥層具備地球物理前提條件。

2 工作量及工作方法

2.1 工作量

本次工作垃圾填埋場兩個重點區(qū)域進行物探勘查工作，場地范圍約350m*400m，分為2個區(qū)（Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)）。Ⅰ區(qū)范圍約80m*160m，Ⅱ區(qū)范圍約80m*120m。共完成高密度測量剖面22條，測點2618個，測點點距2米。具體工作量見表1。

表1 工作量表

2.2 工作方法

用于這項工作的高密度電勘探是一種基于巖石（土壤）電導率差異的電勘探方法。根據在施加的電場作用下地質中傳導電流的分布規(guī)律，假定深層地質中具有不同的電阻。地質體的發(fā)生頻率。由于電極在表面上的位置之間的距離不同，因此有可能收集表觀電阻率的值，以反映地質當中的不同點和不同深度，表觀電阻率的值包含有關不同地質體分布的信息。使用計算機技術處理數(shù)據并映射圖像。通過綜合分析和解釋，可以確定地下地質體投影的大小，形狀，范圍和位置。本文采用重慶奔騰數(shù)控地球物理勘探儀器公司生產的WGMD-3高密度電阻率測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用用于直流電的WDJD-3多功能數(shù)字IP設備作為測量和控制單元，并由WDZJ-3多電極傳感器組成。 該系統(tǒng)具有準確，高性能，大數(shù)據量，18種其他設備類型和電極定位功能，并且可以在困難的地面環(huán)境中執(zhí)行測量。系統(tǒng)上的Windows Electrical Advanced Techniques軟件可以對收集的數(shù)據進行直接和反向解釋的2D處理。垂直于地層的工作區(qū)中共有4條高密度電阻率線，控制長度為1200 m。測量排列AMNB采用溫納11.α2裝置, 斷面采用(連滾)、16剖、2秒、L=10、點距=5m，供電電壓為270V。

本文采用重慶奔騰數(shù)控地球物理勘探儀器公司生產的WGMD-3高密度電阻率測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用用于直流電的WDJD-3多功能數(shù)字IP設備作為測量和控制單元，并由WDZJ-3多電極傳感器組成。該系統(tǒng)具有準確，高性能，大數(shù)據量，18種其他設備類型和電極定位功能，并且可以在困難的地面環(huán)境中執(zhí)行測量。系統(tǒng)上的Windows Electrical Advanced Techniques軟件可以對收集的數(shù)據進行直接和反向解釋的2D處理。測量排列AMNB采用溫納11.α2裝置, 斷面采用(連滾)、16剖、2秒、點距=4m，供電電壓為270V。

2.3 探測原理

高密度電法是綜合物探方法在進行多種工程探測時，是地質和災害研究的有效方法之一。它是基于巖石和土壤的電導率的差異，以及對人工創(chuàng)建的穩(wěn)定電流地下場分布的觀察和研究。實現(xiàn)解決地質問題目標的規(guī)律。高密度電法和常規(guī)電法一樣，通過A、B電極向地下供電流I，在M、N極間測量電位差△V，從而可求得該點（M、N的中點）的視電阻率?=K·△V/I，K為裝置系數(shù)，工作原理見下圖。

圖1 高密度電法工作原理

高密度電學方法結合了輪廓法和電學檢測法的效果，具有點間距小和采集密度高的特點。它完全放棄了電阻率的概念，并使用最新技術使用了大量的測量數(shù)據。反演方法直接對真實的電阻率曲線進行反演。該地圖可直接用于分析和解釋地下深部的巖石和土壤分布。它可以直接反映地質深層的位置與結構發(fā)展方向。用高密度電測量的2D地電斷面可以更大。直觀地顯示地質信息，例如邊界、密度，各種類型的巖石和土壤中的水含量以及異常體的位置和深度。

高密度電法具有很高的智能性，打破了傳統(tǒng)電法和高密度直流電研究系統(tǒng)，對傳統(tǒng)地質災害數(shù)據采集方法的局限性，采用任意四極自由組合的無限制數(shù)據采集是肯定的。高精密度可以收集傳統(tǒng)電氣數(shù)據收集方法無法收集的數(shù)十倍的數(shù)據，結合非常先進和獨特的領先國際數(shù)據處理軟件-2.5維反演軟件，可以實現(xiàn)的快速數(shù)據采集和計算機處理改變了電阻率研究的傳統(tǒng)操作方式，并大大提高了操作效率。結合地質調查數(shù)據和其他數(shù)據，可以更客觀地定性和半定量地確定山脈災害的發(fā)生地點和發(fā)展，從而滿足調查需求的目標。

3 成果介紹

資料分析推斷根據本區(qū)淤泥層主要分布在雜填土（Q4ml）①單元層內的特點，在定性分析的基礎上進行定量計算、解釋推斷。原始數(shù)據剖面主要用于定性分析，利用電阻率小于6.0Ω﹒m的低阻異常劃分淤泥層的分布范圍。反演剖面用于確定淤泥層的厚度及底板深度。

以G1線剖面分析例，下圖為高密度測量G1線原始數(shù)據剖面，異常明顯。低阻異常分布在樁號92～166，推測為淤泥層分布區(qū)。圖2為高密度測量G1線反演剖面，低阻淤泥層厚度不大。

圖2 高密度測量G1線反演剖面

（1）淤泥層分布范圍定性分析

綜合高密度測量G1、G2、……、G22線剖面成果，推測的淤泥層分布范圍，淤泥層分布劃分為2個區(qū)。

（2）淤泥層分布范圍垂向變化情況

為方便了解淤泥層分布在垂向的變化情況，工作中選 取 了 供 電 距AO=4、8、12、16、20m分 別 繪 制 了 視 電阻率等值線平面圖，反映了不同深度視電阻率在平面上的變化情況。視電阻率≤6.0（Ω﹒m）等值線大體代表了淤泥層分布，對比從地表→AO=4m→AO=8m，異常范圍大體一致，說明淤泥層埋藏深度一般在8m左右。從AO=8m→AO=12m→AO=16m→AO=20m，異常范圍逐漸變小，反映了淤泥層的空間分布變化形態(tài)。

（3）淤泥層厚度分布情況

根據工勘成果，本區(qū)淤泥層主要分布在雜填土（Q4ml）①單元層內，①單元層以工程施工廢棄垃圾以及污泥為主，局部表層為粉土。因此，確定淤泥層厚度首先計算淤泥層底板深度，再確定工程施工廢棄垃圾或者表層局部粉土的厚度，最后計算淤泥層厚度。在電性上淤泥層一般小于6.0（Ω﹒m），建筑生活垃圾或表層局部粉土與淤泥層比較、表現(xiàn)為相對高阻。依據這些特征，參照反演剖面成果計算淤泥層厚度，相應的等值線平面圖比較直觀的反應了工區(qū)淤泥層底板深度、厚度變化分布情況。

（4）結果驗證

本次工作經過工勘鉆孔成果進行比較，可以看出：雜填土①單元層的分布范圍與高密度測量低阻異常的分布范圍基本吻合，鉆孔揭露的①單元層（金屬廢棄垃圾和淤泥）底板深度界面與電性層界面對應，說明物探方法選擇正確。

4 結論

在金屬及其他固體廢棄物填埋的垃圾場中，運用高密度電法測量的物探工作方法選擇是可行的，能夠滿足在此類金屬及其他固體廢棄物填滿場中確定地下淤泥分布情況，可以為其應急處置、災害防治治理提供確切依據。