高密度電法在某廠區(qū)土壤及地下水污染探測中的應用

李 琪

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局326地質(zhì)隊，安徽 安慶 246000)

0 引言

某廠區(qū)主干道東側(cè)地塊疑似土壤和地下水受到污染，為服務后期土壤健康風險評估和污染土壤修復，必須進行污染場地修復前的土壤污染調(diào)查，確定場地土壤的主要污染物、污染濃度水平、各污染物的分布區(qū)域及范圍。本文采用高密度電阻率法對大面積疑似污染區(qū)域進行探測，了解場地土壤污染的電性特征與深度變化趨勢，從而達到確定污染深度與污染區(qū)域的目的。

1 地球物理基礎

由于組成地殼的不同巖層介質(zhì)往往在密度、彈性、導電性、磁性、放射性以及導熱性等方面存在差異，這些差異將引起相應的地球物理場的局部變化，通過觀測這些物理場的分布和變化特征，就可以達到推斷目標體分布情況的目的[1]。

有機物污染物難溶于水，同時密度比水大，因此被稱為重質(zhì)非水相液體(Dense Nonaqueous Phase Liquids，DNAPLs)[2]。DNAPLs進入含水層以后一般不能與水混合，而是以液相、氣相的形態(tài)賦存在土壤、地下水中[3]。由于水和多孔含水介質(zhì)是良導體，表現(xiàn)為低阻電性特征，而有機污染物導電性遠不及水，有機物在介質(zhì)孔隙內(nèi)替代一部分水后，其整個地電特性也就發(fā)生了變化，因此具備了開展地球物理探測的前提，可以通過探測電性差異達到區(qū)分污染區(qū)與未污染區(qū)的目的。

2 高密度電法

2.1 基本原理

與傳統(tǒng)的電阻率法不同，高密度電法只需將全部電極布置在一定間隔的測點上，通過主機自動控制供電電極和接收電極的變化，使電法勘探能像地震勘探一樣使用多次覆蓋方式進行測量[1，4]。

2.2 測線布置原則

地球物理探測效果易受外界噪聲干擾。如測線必須橫穿構(gòu)造，要盡量使測線橫穿構(gòu)造物的距離達到最短(垂直構(gòu)造物的長軸走向)；如遇高壓線，則需垂直高壓線布設。

測線布設以能控制所探測的目標為宜，對特殊目標的探測，應根據(jù)其具體情況布置特殊測網(wǎng)(圖1)。

圖1 高密度電阻率測線布置圖

3 資料處理

3.1 高密度電法成果說明

在實際勘查過程中，場地的污染物并非單一物質(zhì)，生活污(廢)水、生產(chǎn)廢水及場地周邊污染物都有可能進入地下，導致地下水受到多種有機物及無機物的污染。

在進行場地DNAPLs污染調(diào)查時，由于DNAPLs導電能力差，通常會出現(xiàn)高阻異常。但如果各種污(廢)水及導電性高的物質(zhì)進入地下水，DNAPLs的高阻異常特征會被掩蓋，因此DNAPLs污染的地下水表現(xiàn)為低阻異常。

土壤受到DNAPLs污染時，DNAPLs在介質(zhì)孔隙內(nèi)替代一部分水后，其整個地電特性也發(fā)生了變化，通常會出現(xiàn)高阻異常。

3.2 背景測線成果解釋

在進行測區(qū)高密度電阻率測試前，應進行電阻率背景測量，以評估測區(qū)未受污染土壤的正常電阻率情況，并利用背景測值來解譯后續(xù)測量結(jié)果。

整個背景測線電阻率為9～31 Ω·m，大致呈現(xiàn)層狀分布特征，縱向上電阻率呈現(xiàn)“低—高—低”變化的電性分布規(guī)律。第一層深度0.5～5 m，電阻率值為9～13 Ω·m；第二層深度5～15 m，電阻率值為18～31 Ω·m；第三層深度為15 m以下。第一層為上層滯水及地下水，第二層及第三層為粉質(zhì)黏土層或黏土層(圖2)。該測區(qū)基巖面以上，未受污染區(qū)域的地下水及土壤電阻率為9～30 Ω·m。

圖2 高密度電阻率背景測線成果圖

3.3 測區(qū)探測成果解釋

高密度電法適用于探測土壤及地下水污染情況，處理后的成果圖可以較好地反映地下環(huán)境特征。

L1測線長度為134 m，在水平位置0～80 m、深度1.5～7 m處，存在一電阻率值約為2 Ω·m的連續(xù)相對低阻異常區(qū)；在水平位置92～130 m、深度1.5～12 m處，存在一電阻率值約為2 Ω·m的連續(xù)相對低阻異常區(qū)；2處低阻區(qū)域大致呈現(xiàn)層狀分布。同時，在水平位置14～50 m、深度7～17.5 m，水平位置72～78 m、深度7～10 m及水平位置96～110 m、深度7～17.5 m存在3處電阻率值為50～150 Ω·m的不連續(xù)的相對高阻異常區(qū)，3處異常邊界封閉，呈團狀分布(圖3)。結(jié)合現(xiàn)場資料及電阻率介質(zhì)特征推測，剖面地下水較淺，約1.5 m見地下水，局部1 m左右可見地下水，地下水底板埋深7 m左右。剖面在水平位置0～80 m、92～130 m處的相對低阻異常，推測地下水受到嚴重污染；根據(jù)剖面在水平位置14～50 m、72～78 m、96～110 m的不連續(xù)異常高阻區(qū)，推測可能為DNAPLs污染造成。該剖面地下水均受污染，土壤局部受到污染，最深污染深度可達17.5 m左右。

圖3 L1線高密度電阻率法測量成果圖

L2、L3、L4為相互平行測線，并與L1、L5、L6平行，測線間隔8.5 m、測線長度為134 m。L2、L3、L4測線整體形態(tài)基本一致，3條測線剖面水平位置0～88 m、深度1.5～7 m均存在一電阻率值小于2 Ω·m的連續(xù)相對低阻異常區(qū)；剖面在水平位置0～84 m、深度7～17.5 m、局部深度至21 m處均存電阻率值為50～300 Ω·m的連續(xù)的相對高阻異常區(qū)。3條測線在水平位置84～134 m，均存在部分團狀異常區(qū)塊(圖4)。剖面地下水較淺，約1.5 m見地下水，局部1.1 m左右可見地下水，地下水底板埋深7 m左右。剖面在水平位置0～88 m的相對低阻異常，推測地下水受到嚴重污染；剖面在水平位置0～84 m的連續(xù)異常高阻區(qū)，推測可能為DNAPLs污染造成。3條測線在水平位置84～134 m存在的部分團狀異常區(qū)塊，推測該區(qū)域局部受到污染。測線主要污染在0～84 m處，污染深度范圍為0～17.5 m，局部最深污染可達21 m左右，同時在測線84～136 m處，地下水基本受到污染，土壤局部受輕污染。

圖4 L2線(a)、L3線(b)、L4線(c)高密度電阻率法測量成果圖

L5測線長度為134 m，剖面在水平位置0～88 m、深度1.3～7 m存在一電阻率值約為2 Ω·m的連續(xù)相對低阻異常區(qū)；剖面在水平位置105～108 m，存在一電阻率值約為2 Ω·m、深度由地表向下擴展的低阻異常。同時，剖面在水平位置0～46 m、深度7～17.5 m，水平位置72～80 m、深度8～11 m及水平位置96～102 m、深度7～11 m存在3處電阻率值為50～3 000 Ω·m的不連續(xù)的相對高阻異常區(qū)，3處異常邊界封閉，呈團狀分布(圖5)。剖面地下水較淺，平均約1.3 m見地下水，局部1 m左右可見地下水，地下水底板埋深7 m左右。剖面在水平位置0～88 m處的相對低阻異常，推測地下水受到嚴重污染；剖面在水平位置105～108 m的低阻異常，可能為測線邊上廢水坑影響，同時該異常與L4線水平位置106～108 m處的異常形態(tài)基本一致，也為廢水坑影響。從整體上看，該剖面地下水均受污染，土壤在水平位置84 m后，受到較輕微污染，最深污染深度可達17.5 m左右。

圖5 L5線高密度電阻率法測量成果圖

L6測線長度為122 m，剖面在水平位置0～108 m、深度1.3～6 m存在一電阻率值約為2 Ω·m的連續(xù)相對低阻異常區(qū)；剖面在水平位置28～44 m、68～92 m，深度從約9 m向下延伸，存在2處電阻率值小于4 Ω·m的相對低阻異常區(qū)；同時，剖面在水平位置53～58 m(深度7～12 m)、水平位置98～103 m(深度7～11 m)，存在2處電阻率值為50～150 Ω·m的相對高阻異常區(qū)，2處異常邊界封閉，呈團狀分布(圖6)。剖面地下水較淺，約1.3 m見地下水，局部1 m左右可見地下水，地下水底板埋深約6 m左右。剖面在水平位置0～108 m處的相對低阻異常，推測地下水受到嚴重污染；剖面在水平位置28～44 m、68～92 m的低阻異常區(qū)，推測可能為地下水向下滲漏所致，或曾被開挖掩埋所致。剖面在水平位置53～58 m和98～103 m的高阻異常區(qū)推測可能為DNAPLs污染造成。該剖面地下水均受污染，土壤局部受較輕微污染。

圖6 L6線高密度電阻率法測量成果圖

L7與L8線為兩條相交測線，交點位置為L7的32 m處(L8的37 m處)，L7長度為48 m，L8長度為60 m(圖7)。L7與L8整體電阻率不高，基本為1～65 Ω·m，L8在水平位置8～16 m處，經(jīng)現(xiàn)場勘測為建筑基底廢料垃圾影響所致。剖面揭示地下水較淺，約1.5 m見地下水，局部1.2 m左右可見地下水，地下水底板埋深約5 m左右，局部6～7 m，地下水層電阻率相對較低，小于4 Ω·m，由上述推測地下水受到污染。2條剖面未見明顯高阻異常，只在局部可見電阻率約為65 Ω·m的小區(qū)域；在L7水平位置32 m與L8水平位置37 m處，同時出現(xiàn)一極低阻異常特征，異常向下延伸，未封閉，地表未見明顯干擾物，推測為地下暗溝或填坑造成。該剖面地下水均受污染，土壤局部受較輕微污染，呈團狀分布，局部深度至7～8 m。

圖7 L7與L8線高密度電阻率法測量成果圖

為更直觀地反映測區(qū)污染分布狀態(tài)，將測區(qū)所有高密度電阻率法測量結(jié)果組成切片圖(圖8)。測區(qū)整體地下水位較淺，平均深度約1.7 m，局部地區(qū)1.3 m左右見水，地下水底板埋深7 m左右，均呈現(xiàn)極低阻特性，推測地下水均受嚴重污染，尤其在水平位置0～86 m呈現(xiàn)小于2 Ω·m超低阻特性，推測該處地下水污染更為嚴重，而水平位置86～134 m地下水污染相對輕微。

圖8 高密度電阻率法測量結(jié)果切片圖

L1—L5線在水平位置0～86 m處，平均深度7～17.5 m，局部最深21 m左右，均出現(xiàn)連續(xù)的相對高阻異常區(qū)，推測可能為DNAPLs污染造成，且為主要的污染匯集處。在水平位置86～134 m，只出現(xiàn)局部相對高阻異常，異常值不高，推測可能為DNAPLs輕微污染造成。

整個測區(qū)污染可分為2個部分，主要污染區(qū)域為水平位置0～86 m，土壤及地下水均受嚴重污染，平均污染深度0～17.5 m，局部污染深度至21 m，且污染整體成片狀分布；水平位置86～134 m范圍內(nèi)受局部輕微污染。

4 結(jié)論

(1)通過高密度電阻率法測量表明，測區(qū)整體地下水位平均深度約1.7 m，局部地區(qū)為1.3 m左右，地下水底板埋深約7 m。地下水呈現(xiàn)極低阻特性，均受嚴重污染。

(2)測區(qū)污染分為2個部分，其中主要污染區(qū)域為水平位置0～86 m，土壤及地下水均受嚴重污染，平均污染深度0～17.5 m，局部污染深度至21 m，且污染整體成片狀分布；水平位置86～134 m受局部較輕微污染。