淺談物探在場地污染調(diào)查中的運(yùn)用

黃蔚閣

（廣東省有色礦山地質(zhì)災(zāi)害防治中心，廣東 廣州 510080）

1 項(xiàng)目概況

調(diào)查地塊原為魚塘，當(dāng)?shù)亻_展土地結(jié)構(gòu)調(diào)整，將原養(yǎng)殖用的魚塘用地調(diào)整為種植草苗的用地，后期在對該地塊開展開發(fā)過程中，在填土區(qū)域發(fā)現(xiàn)建筑垃圾和生活垃圾等固體廢棄物填埋，為查明各類填土方量，判斷填土類型，需開展地質(zhì)調(diào)查工作。

2 地質(zhì)背景

2.1 地層

根據(jù)收集的資料，結(jié)合現(xiàn)場踏勘，場地地層自上而下可分為 ：第四紀(jì)人工填土層（Q4ml）、殘積層（Qhel），桂州組（Qhg）、大灣鎮(zhèn)組（Qdw）古近紀(jì)辛莊村組（E1x），白堊紀(jì)百足山組（K1b），侏羅紀(jì)金雞組（J1j），三疊紀(jì)小坪組（T3x），中元古代石英巖類（Pt2qz）及長安巖組（Pt2?）。

2.1.1 中元古代

主要包括石英巖類（Pt2qz）及長安巖組（Pt2?），區(qū)域上較大范圍可見出露；其中石英巖類（Pt2qz）巖性為石英巖、長石石英巖、片狀云母長石石英巖，夾少量云母片巖、石英片巖，長安巖組（Pt2?）巖性為云母石英片巖、云母片巖、(混合質(zhì))黑云斜長片麻巖、變粒巖、變質(zhì)砂巖和石英巖。

2.1.2 三疊紀(jì)

主要為小坪組（T3x），呈零星點(diǎn)狀或呈北東、北北東向帶狀展布于區(qū)域東側(cè)，厚度339m～1300m。巖性為復(fù)成分礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、砂巖，夾粉砂巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及煤線。含植物組合帶。

2.1.3 侏羅紀(jì)

主要為金雞組（J1j），零星出露于區(qū)域北西部，厚度135.3m～614.1m，巖性為砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，夾少量礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、炭質(zhì)泥巖和煤線。含菊石廷限帶。

2.1.4 白堊紀(jì)

區(qū)域主要出露百足山組（K1b），厚度大于369m，巖性主要為復(fù)成分礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、含少量凝灰質(zhì)。含葉肢介組合帶。

2.1.5 古近紀(jì)

主要為辛莊村組（E1x），厚度230m～500m，巖性為紫紅色復(fù)成分礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、砂巖、粉砂巖、泥巖，含石膏層。含腹足類和介形蟲。

2.1.6 第四紀(jì)

主要有桂洲組（Qhg）、大灣鎮(zhèn)組（Qdw）、殘積層（Qhel）和人工填土層（Q4ml）。

2.2 巖漿巖

區(qū)域內(nèi)巖漿巖分布較為集中，主要分布在區(qū)域北側(cè)和南東側(cè)。侵入時(shí)代及巖性：中元古代二長片麻巖；早奧陶世為片麻狀細(xì)粒、細(xì)粒斑狀（含斑）黑云母二長花崗巖；晚三疊世（粗）中粒斑狀黑云母二長花崗巖；中侏羅世為細(xì)、中細(xì)粒含斑（斑狀）黑云母二長花崗巖和細(xì)粒黑云母二長花崗巖；晚侏羅世中粒斑狀黑云母二長花崗巖；早白堊世中粒斑狀角閃黑云母二長花崗巖和中細(xì)粒斑狀角閃黑云母二長花崗巖。

2.3 構(gòu)造

根據(jù)相關(guān)資料顯示，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，總體上以北東向構(gòu)造為主，還有北西及東西向構(gòu)造，它們相互切割、復(fù)合，構(gòu)成了本區(qū)構(gòu)造的基本格架。區(qū)域的斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，基本上可分為NE向和NW向兩組，主要特征如下。

2.3.1 石碣斷裂

區(qū)域上屬于恩平—新豐斷裂帶，走向40°，傾向北西，為正斷層。斷層隱伏于第四系之下，控制三水第四系沉降中心邊界，在區(qū)外石碣一帶，鉆孔中見構(gòu)造角礫巖。羅村附近曾發(fā)生5.0級(jí)地震。

2.3.2 新會(huì)斷裂

隸屬于河源斷裂帶，走向40°，為正斷層。

西起會(huì)城以西，向北東經(jīng)江門延至市橋南側(cè)，再向東可能穿過東江口與羅浮山斷裂會(huì)合，后者一般認(rèn)為是東西向的瘦狗嶺斷裂的東延部分，但在南崗附近卻出現(xiàn)極不自然的拐彎，故很可受新會(huì)—市橋斷裂干擾的結(jié)果。TM圖上，其西北側(cè)市橋、大良、荷塘、江門等地可見震旦、寒武系出露，南東側(cè)則為白堊—第三紀(jì)紅盆。在江門外海的鉆孔打到了該斷裂的破碎帶，測得的TL年齡為10.05±0.7萬年。在區(qū)外廣州北部馬鞍山、白云山、三元里等地均可見到該斷裂出露。馬鞍山出露點(diǎn)所取的斷層泥的TL年齡為8.11±0.56萬年。

從第四系等厚線的展布來看，東北起自東江北干流的沉積中心，經(jīng)石樓、沙灣、東鳳至潭江下游的沉積中心，連成一條十分醒目的北東向的沉積帶，顯示這條斷裂的位置。此外，宋代濱線（1000a）也大致沿該斷裂展布。

2.3.3 東莞-厚街?jǐn)嗔?/p>

區(qū)域上歸為河源斷裂帶，又稱“東莞斷裂”，走向40°～50°，為正斷層。

區(qū)內(nèi)多為第四系覆蓋。在黑白衛(wèi)星照片上，沿東莞盆地南緣經(jīng)珠江口至橫欄一帶表現(xiàn)為一暗色的色帶及北東向的線狀水系。在珠江三角洲平原中，北西向水系遇斷裂發(fā)生拐彎，河流走向轉(zhuǎn)為北東向。在中山黃圃至三角鎮(zhèn)之間布置兩條測線進(jìn)行斷層氡氣測量，在大圍、新圍之間的北東向河流兩側(cè)出現(xiàn)兩個(gè)特高異常帶，與河流走向較一致，其最高異常值分別達(dá)328脈沖/分和269脈沖/分，反映上述兩個(gè)地段的異常帶相應(yīng)地下基巖存在北東向斷裂。往南西至中山東升鎮(zhèn)一帶，第四系鉆孔剖面顯示，遇斷裂第四系沉積厚度出現(xiàn)突變，表現(xiàn)出同沉積斷裂特征，反映斷裂自晚更新世（約40000a）以來一直都有活動(dòng)。

2.3.4 橫瀝～虎門斷裂

屬于紫金-博羅斷裂帶，走向35°～60°，傾向南東，傾角40°～55°，局部達(dá)65°，早期逆斷層，晚期正斷層。

自寮步鎮(zhèn)黃菊元村一帶進(jìn)入?yún)^(qū)內(nèi)，向南西經(jīng)虎門、橫瀝至橫欄、小崗一帶，區(qū)域內(nèi)延長約60km，寬約30m～60m。

北段寮步—虎門一帶，地表斷續(xù)出露，結(jié)構(gòu)面呈舒緩波狀；地貌上沿?cái)嗔驯憩F(xiàn)為長條狀山脊或平直的溝谷。發(fā)育寬約30m～60m不等的構(gòu)造巖帶，可分為下盤帶、前鋒逆沖帶及上盤帶三部分。下盤帶為白堊紀(jì)百足山組紫紅色粉砂質(zhì)泥巖，發(fā)育左旋斜列透鏡體。該帶寬度大于10m。前鋒逆沖帶，寬度約為10m～40m，主要巖性為構(gòu)造片巖，發(fā)育S-C面理及拉伸線理，C面理產(chǎn)狀為110°∠41°，S面理表現(xiàn)較弱，走向大致為225°，線理產(chǎn)狀40°∠30°。在構(gòu)造片巖內(nèi)，發(fā)育有被拉長的石英透鏡體，指示左旋逆沖剪切。上盤帶主要發(fā)育有硅化碎裂巖、構(gòu)造角礫巖、碎裂中細(xì)?；◢弾r及硅化中細(xì)?；◢弾r。在靠近前鋒逆沖帶處，見有脆性變形而形成的構(gòu)造角礫巖及硅化碎裂巖，該處是脆性變形最強(qiáng)烈的部位，其寬度約2m左右，可見斷層泥經(jīng)硅化作用及褐鐵礦化作用之后，又膠結(jié)了構(gòu)造角礫巖碎塊，角礫以次圓狀，橢園狀為主，大小一般在5mm～15mm之間。帶內(nèi)還發(fā)育有黃鐵礦化、褐鐵礦化小脈及小團(tuán)包。并見有數(shù)條平行排列的石英脈，脈寬約10mm～50mm。在硅化碎裂巖及構(gòu)造角礫巖之后，為碎裂中細(xì)?；◢弾r、硅化中細(xì)粒花崗巖，寬度大于8m。巖石組構(gòu)格式為含點(diǎn)極密的大圓環(huán)帶型，環(huán)帶軸右傾指示構(gòu)造變形為左旋逆沖推覆，點(diǎn)極密向菱底面滑移所形成，指示中低溫、高應(yīng)變速率的脆性變形環(huán)境，在該環(huán)境中，巖石經(jīng)歷了剪切—碎裂—硅化膠結(jié)過程。另外，環(huán)帶梯度小、變形不強(qiáng)來看，該期逆沖推覆在該樣品中影響不強(qiáng)，且后期改造不明顯。

南段發(fā)育于珠江三角洲盆地，大致沿萬頃沙、港口一線展布，在中山三角，港口一帶第四系等厚線出現(xiàn)同向扭曲，以及厚度大于40m的沉積中心的展布暗示斷裂帶的位置。

2.3.5 糞箕山斷裂

區(qū)域上屬銅湖斷裂南段，總體走向50°～60°，傾向南東，傾角50°～60。該斷裂主要經(jīng)歷了兩期變形，早期逆斷層，晚期正斷層。區(qū)域上屬銅湖斷裂南段，沿大朗—長安一帶分布，區(qū)內(nèi)長約40km。空間展布上具舒緩波狀，地貌上沿?cái)嗔驯憩F(xiàn)為長條狀山脊。該斷裂主要經(jīng)歷了兩期變形，主期變形為逆沖推覆，使震旦紀(jì)地層逆沖于三疊紀(jì)小坪組之上。馬鞍山一帶見元古代石英巖覆于石英斑巖之上，在斷裂的下盤近斷裂面處，形成寬約40m的構(gòu)造巖帶，由構(gòu)造片巖、硅化碎裂巖組成；在破碎帶內(nèi)，還發(fā)育許多條呈雁行排列的石英細(xì)脈。

在巖組圖上，巖石組構(gòu)格式為大圓環(huán)帶和邊緣混合疊加型，主期為右傾大圓環(huán)帶，環(huán)帶軸在Z軸右側(cè)開角約32°，反映主期變形為左旋逆沖推覆，環(huán)帶中主強(qiáng)點(diǎn)極密由菱面滑移所形成，反應(yīng)為低溫，次強(qiáng)點(diǎn)極密由柱面滑移所形成，指示主期變形可能經(jīng)歷了韌性（糜棱巖化）—脆性（碎裂巖化）的轉(zhuǎn)變過程。后期疊加了不含點(diǎn)極密的右傾邊緣環(huán)帶，環(huán)帶不完整，指示后期還疊加了一定程度的脆性右旋滑脫引張。

3 調(diào)查方法的選取

通過對調(diào)查填土區(qū)域現(xiàn)場踏勘，發(fā)現(xiàn)調(diào)查區(qū)存在較多建筑垃圾，整體呈分布分散、填埋無規(guī)則的特點(diǎn)，無法判別場地表層土壤下方具體填埋情況。同時(shí)，未能獲得任何關(guān)于調(diào)查區(qū)填土工程設(shè)計(jì)、作業(yè)施工等相關(guān)資料，結(jié)合以往同類項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，本次調(diào)查擬參考常見的地質(zhì)調(diào)查技術(shù)手段，對地下填埋物質(zhì)體量及其分布進(jìn)行探查。常見的地質(zhì)調(diào)查技術(shù)方法有物探、化探、鉆探和槽探等，各方法可行性比選如表1所示。

表1 各種地質(zhì)調(diào)查技術(shù)方法適用性比選

由表1可知，地質(zhì)調(diào)查常用的物探、化探、鉆探、槽探技術(shù)各自適用性上存在不足，須物探、鉆探兩種方法相互結(jié)合、相互驗(yàn)證，以滿足本次調(diào)查工作的需要。其中，物探工作主要作用是掃面，通過響應(yīng)數(shù)值差異反衍，查明場地內(nèi)填土層厚度、埋深及起伏形態(tài)，同時(shí)結(jié)合鉆探成果進(jìn)行驗(yàn)證，對紅線范圍內(nèi)的填土方總量進(jìn)行計(jì)算；鉆探工作主要為查明填土層厚度、分層及各層填土性質(zhì)，驗(yàn)證物探工作成果，同時(shí)滿足各類監(jiān)測樣品采集工作需要。

3.1 物探方法選取

工程物探勘察項(xiàng)目在市場上主要采用高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)法、淺層地震法，這些方法與場地地下介質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)，因此先簡要介紹場地內(nèi)地下介質(zhì)概況，再對比上述物探方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合我單位以往工作經(jīng)驗(yàn)，綜合確定本次調(diào)查采用的物探方法。

3.1.1 場地地球物理?xiàng)l件

根據(jù)已收集的項(xiàng)目地鄰近地塊工地地質(zhì)資料，結(jié)合現(xiàn)場踏勘，場地地層按成因自上而下可分為：第四系人工填土層（Q4ml）、第四系海陸交互沉積層（Q4mc）、基巖分為上第三系砂巖（N1）及下古生界花崗巖（Pz1）。

3.1.2 高密度電阻率法

高密度電阻率法的物理前提是地下介質(zhì)間的電阻率差異。其工作原理如下。

高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，也稱自動(dòng)電阻率系統(tǒng)，是直流電法的發(fā)展，其功能相當(dāng)于四極測深與電剖面法的結(jié)合（如圖1、圖2所示）。通過電極向地下供電形成人工電場，其電場的分布與地下巖土介質(zhì)的電阻率ρ的分布密切相關(guān)，通過對地表不同部位人工電場的測量，了解地下介質(zhì)視電阻率ρs的分布，根據(jù)巖土介質(zhì)視電阻率的分布推斷解釋地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。該方法對圍巖的含水情況特別敏感，圍巖破碎含水，其視電阻率明顯降低，完整、堅(jiān)硬巖土的視電阻率明顯高于斷層帶或破碎帶和富水帶圍巖的視電阻率。這種方法原理清晰，圖像直觀，是一種分辨率較高的物探方法。近年來隨著計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)的改進(jìn)，使勘探效率大大提高，增大了剖面的覆蓋面積和探測深度，在強(qiáng)干擾的環(huán)境下也能取得可靠數(shù)據(jù)，大大地提高了信噪比，可準(zhǔn)確地探測地質(zhì)體。該方法在工程與水文地質(zhì)勘探和礦產(chǎn)、水利資源調(diào)查、垃圾填埋場調(diào)查中有著廣泛而成功的應(yīng)用。

圖1 高密度電法工作示意圖

圖2 高密度電法數(shù)據(jù)反衍示意圖

3.1.3 地質(zhì)雷達(dá)法

地質(zhì)雷達(dá)法地質(zhì)雷達(dá)探測是一種以被測體內(nèi)部不同介質(zhì)的介電常數(shù)差異為基礎(chǔ)的物探方法。通過野外測試和了解，考慮本測區(qū)巖土層介質(zhì)物性參數(shù)差異不大，垃圾填埋場毗鄰海邊，淤泥層含量較大，嚴(yán)重影響低頻信號(hào)，探測深度較淺，另外場地垃圾最大埋深約20m，無法滿足場地探測深度要求，所以地質(zhì)雷達(dá)法不是最佳探測方法。

3.1.4 淺層地震法

淺層地震法是利用人工激發(fā)地震波在巖土介質(zhì)中的傳播規(guī)律，探測淺部地質(zhì)構(gòu)造或測定巖土物理力學(xué)參數(shù)、進(jìn)行物性分層、尋找構(gòu)造帶的一種地球物理勘察方法。當(dāng)人工激發(fā)產(chǎn)生的地震波在向地下介質(zhì)中傳播時(shí)，由于人工填土（雜填土、素填土及建筑垃圾、混合固體廢棄物等）與原狀土在波阻抗方面差異不大，無法區(qū)分填土、原狀土的分層界面，現(xiàn)場垃圾填埋場毗鄰海邊，存在大量淤泥層和積水，嚴(yán)重吸收低頻信號(hào)，影響探測深度，所以淺層地震法不是最佳探測方法。

3.1.5 物探方法選取結(jié)果

本次調(diào)查場地內(nèi)上部為人工填土，電阻率一般為10～幾十Ω.m，場地的下部原狀土多為淤泥，其電阻率一般為0.5～幾Ω.m。因此，人工填土和原狀土的電阻率與周邊的風(fēng)化殘積土體存在較明顯的電阻率差異，具備綜合物探工作的地球物理前提。通過對高密度電法數(shù)據(jù)處理、解釋，繪制成圖，得到物探綜合解釋斷面圖，經(jīng)分析計(jì)算，得出各測線填土、原狀土的分層界面。

因此，本次選取高密度電阻率法作為本次調(diào)查工作的物探工作方法。本次電法數(shù)據(jù)采集使用的儀器為GEOPEN公司生產(chǎn)的E60B型高密度電法儀和終端選址開關(guān)電極及專用電纜設(shè)備。

本次勘察使用裝置為：點(diǎn)距3m、60個(gè)電極、排列長度180m，勘探深度最大超過60m，滾動(dòng)覆蓋。

3.2 物探布設(shè)原則

3.2.1 測線布設(shè)原則

由于場地范圍大，場地環(huán)境復(fù)雜，在優(yōu)先保證達(dá)到物探工作目的的基礎(chǔ)上，確保地質(zhì)調(diào)查工作工期質(zhì)量可控，確定本次物探測線線距為40m。

3.2.2 測線放設(shè)原則

物探線放測由測量專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場實(shí)地放測，原則上每條物探線上起訖點(diǎn)、每隔50m放測一個(gè)測點(diǎn)，野外測點(diǎn)用木樁結(jié)合紅布條或紅布袋標(biāo)示。

3.2.3 測深控制原則

根據(jù)已收集資料分析，場地內(nèi)回填土厚度普遍在10m～20m，由于存在擠淤區(qū)，部分地段填土厚度≥20m，因此物探工作測深30m。

3.2.4 解譯工作原則

由于工作時(shí)間緊、數(shù)據(jù)量大，解譯工作人員必須參與到現(xiàn)場實(shí)物工作中，同時(shí)及時(shí)結(jié)合鉆探工作成果對物探數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證反演，在確保解譯工作質(zhì)量的基礎(chǔ)上，加大人員投入縮短工期。

3.3 鉆探布設(shè)原則

3.3.1 勘探線布設(shè)原則

本次鉆探勘探線布設(shè)方向?yàn)榕c物探線布設(shè)方向垂直，各鉆探點(diǎn)須布設(shè)于物探線上，線距為100m，點(diǎn)距為160m。

勘探線上勘探點(diǎn)點(diǎn)位由測量專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場放測，由于場地限制或需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整鉆孔孔位的，有專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場實(shí)地調(diào)整，調(diào)整原則為沿勘探線走向調(diào)整，且應(yīng)盡量靠近勘探線，同時(shí)調(diào)整后的孔位在終孔后測量專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場復(fù)測。

3.3.2 孔深控制原則

本次地質(zhì)調(diào)查鉆孔終孔原則以揭露原狀為準(zhǔn)，是否原狀土具體有調(diào)查單位專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場判定，結(jié)合以往資料分析，大部分鉆孔孔深在10m～20m之間，部分區(qū)域鉆孔由于擠淤其孔深大于20m。

4 物探與鉆探驗(yàn)證分析

為驗(yàn)證本項(xiàng)目中選用的物探方法在該場地調(diào)查中是否有效，特選擇場地中zk45巖芯樣與該鉆孔所在物探線上物探工作形成的解譯圖進(jìn)行對比，如圖3。

圖3 zk45附近物探與鉆探成果驗(yàn)證圖

結(jié)合鉆孔資料與物探的成果進(jìn)行綜合分析；在物探資料10米左右存在明顯的界面，上部電阻率10Ω·m～35Ω·m，而下部2Ω·m～9Ω·m，呈階梯狀，結(jié)合鉆孔zk45分析，0m～10m為素填土，10～12淤泥，淤泥與素填土（包括其他垃圾類型）存在明顯電阻率差異，因此高密度電法在此類勘察中行之有效的，效果比較明顯。

5 結(jié)論

本次地質(zhì)調(diào)查通過物探及鉆探結(jié)合的方式，達(dá)到了查明調(diào)查地塊各類填土存量，判斷填土類型的目的。隨著環(huán)保越來越受到各地的重視，污染場地調(diào)查工作在開展過程中也可能遇到各種不同場地類型，在不明確填埋物類型、埋深、范圍的情況下，物探可作為一種方法選擇，為調(diào)查工作提供有力的支撐。