高密度電法技術(shù)在承德市雙灤區(qū)土壤污染防治工程中的應(yīng)用

劉 健

（1.河北煤炭科學(xué)研究院有限公司，河北 邢臺 054000；2.河北省礦井物探工程研究中心，河北 邢臺 054000）

高密度電法探測地點為承德市雙灤區(qū)生活垃圾處理場及其周邊一定范圍，由于該地區(qū)作為生活垃圾處理場，其地下填埋了大量的生活垃圾，以至于可能或已經(jīng)對該地區(qū)地下一定范圍內(nèi)造成了污染，直接或間接對周邊居民的生活產(chǎn)生了一定的影響，為查明該地區(qū)地下一定范圍內(nèi)的裂隙情況，以便協(xié)助該地區(qū)的土地污染防治工程，2021 年7 月，河北煤炭科學(xué)研究院有限公司地質(zhì)物探中心對該地區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場探測。

1 勘查區(qū)主要情況

1.1 地形地貌

勘查區(qū)地處冀北燕山東段，位于燕山沉陷帶與高原后背斜過度帶，區(qū)內(nèi)主要河流為灤河，灤河北岸寬闊平坦，發(fā)育河流Ⅰ級階地。南岸大部分緊鄰山地，地形陡峻。主要地貌單元有，剝蝕構(gòu)造低山亞類、侵蝕堆積河谷平原亞類。

1.2 地層巖性

1.2.1 地層巖性出露與分布

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及鉆探成果，區(qū)內(nèi)地層由老到新有，中生界侏羅系后城組（J2h）、新生界第四系。

（1） 中生界侏羅系。

在調(diào)查區(qū)西部灤河兩岸分布廣泛，巖性單調(diào)，層位穩(wěn)定。全部巖系以河流相紅色砂礫巖為主，地層厚度變化較大，層頂埋深7 ～9 m。

（2） 新生界第四系。

全新統(tǒng)（O4al+pl）：主要分布在灤河河漫灘與河床，在各支溝谷也有分布。在灤河河谷地段上部為沖洪積粉土或粉砂、下部為砂卵石層，以圓礫為主，中粗砂充填，局部有粉砂等砂類土透鏡體。在各支溝谷中上部多以沖洪積粉土為主，下部為砂礫石，充填物多以粉土為主。

上更新統(tǒng)（O3al+pl）：分布在山麓邊緣，灤河二級階地中。由紅色、紅褐色含礫狀亞砂土、亞粘土組成，層厚0 ～30 m。

1.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

調(diào)查區(qū)內(nèi)主要斷裂為偏橋子—偏嶺斷裂帶，屬尚義—平泉深斷裂東段，由2 ～4 條近平行的斷層構(gòu)成，在平面上呈蛇狀彎曲。斷裂帶中為中元古界長城系地層，擠壓扭曲發(fā)育，旁側(cè)羽狀斷層多，為右行壓性斷裂。

1.2.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)的巖漿巖巖體主要為中生代侏羅紀(jì)早世石英正長斑巖類，以巖基和巖株的形式侵入，有的出露于地表，有的隱伏于地下。該類巖體出露在區(qū)域的北部張富溝—十八盤一帶，出露面積約為6.0 km2，其山體多風(fēng)化成平緩的饅頭狀山丘。其富水性受巖性、地形地貌及構(gòu)造條件的綜合控制，尤其以構(gòu)造控水最為明顯。

1.3 勘查區(qū)水文地質(zhì)條件

1.3.1 含水巖組

根據(jù)含水層巖性，水源地地下水含水巖組有松散巖類含水巖組和基巖裂隙含水巖組。

（1） 松散巖類孔隙水含水巖組。

松散巖類孔隙水分布于灤河二級階地、一級階地及山間溝谷中，含水介質(zhì)主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積松散巖，巖性主要為含砂粘土、砂、砂卵礫石等。

（2） 基巖裂隙水含水巖組。

根據(jù)調(diào)查區(qū)地下水埋藏條件、賦存空間、補給來源，該區(qū)基巖裂隙水主要為基巖風(fēng)化裂隙水。

1.3.2 地下水類型

根據(jù)該區(qū)含水介質(zhì)、水力特征和地下水賦存條件，該區(qū)地下水劃分為2 種類型，松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。區(qū)內(nèi)第四系松散巖類孔隙水埋藏淺，易開采，開發(fā)利用程度較高；基巖裂隙水因埋藏深、水量貧乏，開發(fā)利用程度較低。

1.3.3 地下水補給、徑流、排泄條件

（1） 松散巖類孔隙水。

松散巖類孔隙水主要補給來源為大氣降水補給，其次是基巖山區(qū)側(cè)向徑流補給，區(qū)內(nèi)該類型地下水排泄方式主要以側(cè)向徑流補給地表水和人工開采為主。山間溝谷孔隙潛水排泄方式除蒸發(fā)排泄外，主要消耗于人工開采和向下游方向徑流排泄。

（2） 基巖裂隙水補給、徑流、排泄條件。

基巖風(fēng)化裂隙水主要接受大氣降水垂直入滲補給。豐水季節(jié)大氣降水通過地表節(jié)理裂隙補給地下水之后順勢沿溝（谷） 底部向下游方向徑流，在地勢低洼部位或以泉的形式排泄，或者以潛流的方式側(cè)向補給河（溝） 谷孔隙潛水，地下水動態(tài)（水位、水溫） 受季節(jié)控制明顯。

2 探測方法及原理

在自然條件下，有很多因素會影響到地下巖層巖石的電阻率，主要是巖石的礦物組成成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖石的空隙、裂隙發(fā)育程度和含水性等。

重要的造巖礦物如云母、石英、長石等硅酸鹽類礦物的電阻率達(dá)到了106Ω·m 以上，因此礦物骨架的電阻率是非常高的，對巖石的電阻率變化起主要作用的是巖石的含水性、空隙裂隙發(fā)育程度及水的礦化度。

據(jù)此，采用高密度電法探測技術(shù)，可查明該地區(qū)地下一定范圍內(nèi)巖層的裂隙情況，對探測控制范圍內(nèi)水文地質(zhì)條件做出科學(xué)評價。

銅塊打磨拋光去除表面氧化層，用乙醇和去離子水多次清洗，氮氣吹干待用。配置濃度為0.02 M硝酸銀溶液, 銅塊浸入硝酸銀溶液，控制化學(xué)鍍時間分別為10 s、20 s、30 s、60 s。取出后，用去離子水清洗表面，除去未參加反應(yīng)的硝酸銀，然后氮氣吹干待用。

3 現(xiàn)場施工及其他事項

為了順利完成高密度電法探測工作，施工前項目組對所使用的惠州YBD11 礦用網(wǎng)絡(luò)并行電法儀進(jìn)行了必要的檢修和維護(hù)保養(yǎng)。

3.1 工作布置及工作量

根據(jù)探測目的、地質(zhì)條件及現(xiàn)場工作環(huán)境，不同探測方法選用最佳設(shè)備、工作設(shè)計和施工。此次物探設(shè)計參考施工地地質(zhì)條件、遵循目的任務(wù)。

此次施工使用的儀器為惠州YBD11 礦用網(wǎng)絡(luò)并行電法儀，發(fā)射點間距10 m，接收點間距5 m，測量深度120 m。電測深共分為14 條測線，編號1 ～14，每條測線長度均為320 m，測線總長度4480 m。

3.2 其 他

在高密度電法探測探測過程中，高密度電法探測部分測線處在山溝、山脊及部分裸露的巖石上，測點雖準(zhǔn)確的布置在了相應(yīng)的位置，但仍然可能會影響所采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

4 探測結(jié)果

通過對高密度電法探測采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，結(jié)合該地區(qū)的水文地質(zhì)資料，此次高密度電法探測共圈定15 處異常區(qū)，C1 ～C15。其中C1 ～C6、C8、C10、C12 ～C15 為相對低阻異常；C7、C9、C11 為相對高阻異常。

C1：位于2 線120 ～180 m，深度5 ～60 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙（圖1）。

圖1 2 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.12 wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

C2：位于4 線150 ～170 m，深度25 ～80 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙（圖2）。

圖2 4 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.24 wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

C3：位于5 線170 ～210 m，深度5 ～50 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙（圖3）。

圖3 5 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.35 wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

圖4 6 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.46 wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

C5：位于7 線200 ～220 m，深度5 ～110 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙（圖5）。

圖5 7 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.57 wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

C6：位于8 線0 ～20 m，深度5 ～90 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙。

C7：位于8 線300 ～320 m，深度5 ～120 m。分析為不含水的導(dǎo)水裂隙。（圖6）。

圖6 8 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.68 wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

C8：位于9 線0 ～20 m，深度20 ～100 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙。

C9：位于9 線0 ～20 m，深度5 ～120 m。分析為不含水的導(dǎo)水裂隙（圖7）。

圖7 9 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.79 wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

C10：位于10 線110 ～230 m，深度30 ～70 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙。

C11：位于10 線300 ～320 m，深度5 ～120 m。分析為不含水的導(dǎo)水裂隙（圖8）。

圖8 10 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.810 wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

C12：位于11 線190 ～300 m，深度5 ～50 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙（圖9）。

圖9 11 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.911 wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

C13：位于12 線200 ～320 m，深度25 ～40 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙（圖10）。

圖10 12 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.1012wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

C14：位于13 線150 ～170 m，深度5 ～80 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙（圖11）。

圖11 13 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.1113wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

C15：位于14 線30 ～120 m，深度25 ～40 m。分析為可能含水的導(dǎo)水裂隙（圖12）。

圖12 14 線高密度電法視電阻率對數(shù)等值線斷面圖Fig.1214wire high density electrical method apparent resistivity logarithmic contour section

5 結(jié)語

通過在承德市雙灤區(qū)生活垃圾處理場及周邊一定范圍內(nèi)進(jìn)行的高密度電法探測工作可以看出，采用干密度大電法技術(shù)對地下一定范圍內(nèi)巖層的裂隙情況探測效果明顯，通過對高密度電法技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場探測和數(shù)據(jù)的后期整理分析可以準(zhǔn)確的判斷出，勘察區(qū)探測范圍內(nèi)的相對異常區(qū)的位置及范圍，很好的了解了勘察區(qū)地下一定范圍內(nèi)巖層的裂隙情況，為后期在該位置進(jìn)行的土壤污染防治工程工作的開展提供了一定的數(shù)據(jù)支持及技術(shù)依據(jù)。