高密度電法在污染源調(diào)查中的應(yīng)用

費(fèi)運(yùn)良，降向正，張大勇，高飛翔，劉 影

(長(zhǎng)春黃金研究院有限公司)

某選礦廠采用全泥氰化生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氰化尾礦漿經(jīng)壓濾機(jī)脫水后，生成含水約20 %的濾餅，運(yùn)輸至鋪有防滲膜的尾礦庫內(nèi)堆存。該選礦廠在例行監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，15#地下水監(jiān)測(cè)井(下稱“15#井”)中地下水污染物質(zhì)量濃度超標(biāo)，其中1號(hào)尾礦庫、2號(hào)尾礦庫、選礦廠及周邊企業(yè)尾礦庫均可能對(duì)15#井造成污染。為保護(hù)地下水環(huán)境、盡快找到地下水污染源頭，組織開展了地下水污染源調(diào)查。運(yùn)用高密度電法對(duì)15#井附近地塊的物理性質(zhì)進(jìn)行勘探[1]，并結(jié)合已知水文地質(zhì)資料、各監(jiān)測(cè)井的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)流經(jīng)15#井的地下水滲流通道進(jìn)行分析，最終確認(rèn)該選礦廠的2號(hào)尾礦庫為15#井地下水污染的源頭。研究結(jié)果為該選礦廠下一步整改方案制定及實(shí)施提供指導(dǎo)及依據(jù)。

1 地質(zhì)特征

1)三疊系郭家山組(Tg)：巖性由一套灰色薄層狀泥晶灰?guī)r、淺灰色中厚層狀含鮞灰?guī)r、灰白色塊狀含鮞灰?guī)r組成，屬于淺海相—陸相沉積巖。

調(diào)查區(qū)地下水類型為第四系松散巖類孔隙裂隙水，含水層主要為松散的洪積相砂礫卵石，底部灰?guī)r等為其相對(duì)隔水底板。含水層富水性取決于含水層厚度及滲透性能，縱向上在2號(hào)尾礦庫北面溝谷，自北至南含水層厚度逐漸變厚，富水性逐漸增強(qiáng)；在2號(hào)尾礦庫南側(cè)區(qū)域，總體來說從北向南含水層厚度逐漸變厚，富水性逐漸增強(qiáng)。

調(diào)查區(qū)埋深30～50 m為基底，基底以上為腐殖土、粉土與卵石層，層位存在一定的電阻率差異，且表層大部分為導(dǎo)電條件良好的草地。本次調(diào)查區(qū)地質(zhì)條件符合高密度電法勘探要求[2]，因此采用該方法進(jìn)行污染源調(diào)查。

2 高密度電法

高密度電法是基于直流電阻率法基本原理，利用微機(jī)程控技術(shù)，集電剖面法和電測(cè)深法于一體，沿剖面一次性陣列方式布極，實(shí)現(xiàn)各類裝置、不同排列極距的電阻率監(jiān)測(cè)，從而獲取測(cè)量剖面下方地電斷面分布信息的方法[3-4]。目前，高密度電法野外工作裝置形式較多，總電極數(shù)與點(diǎn)距可根據(jù)場(chǎng)地條件與探測(cè)深度任意選擇[5-6]。根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果及對(duì)收集資料的分析，本次勘探選擇試驗(yàn)效果較好的溫納裝置。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，可疑污染源有選礦廠、1號(hào)尾礦庫、2號(hào)尾礦庫及周邊企業(yè)尾礦庫。為最終確定污染源，在調(diào)查區(qū)內(nèi)共設(shè)置8條高密度電法測(cè)線。測(cè)線位置及周邊概況見圖1。

圖1 測(cè)線位置及周邊概況簡(jiǎn)圖

3 結(jié)果與討論

3.1 污染源及污染路徑調(diào)查

為對(duì)15#井的污染源及污染路徑進(jìn)行初步調(diào)查，共布設(shè)8條測(cè)線，測(cè)線上測(cè)點(diǎn)間距均為5 m。各測(cè)線電阻率反演圖見圖2～9。

圖2 測(cè)線1電阻率反演圖

圖3 測(cè)線2電阻率反演圖

圖4 測(cè)線3電阻率反演圖

圖5 測(cè)線4電阻率反演圖

圖6 測(cè)線5電阻率反演圖

圖7 測(cè)線6電阻率反演圖

圖8 測(cè)線7電阻率反演圖

圖9 測(cè)線8電阻率反演圖

測(cè)線1在180 m附近經(jīng)過18#井，剖面整體電阻率呈地表較高、深部較低的特征。結(jié)合資料分析，地表電阻率高低分布不均勻是由淺部淡黃色粉土與青灰色卵石混合導(dǎo)致，粉土層質(zhì)地均勻表現(xiàn)為低阻異常，電阻率小于200 Ω·m；卵石層表現(xiàn)為高阻異常，電阻率大于200 Ω·m，深度為0～40 m。深部大于40 m區(qū)域由于處于地下水下游位置，圍巖空隙含水率較淺表層高，且分布較為均勻，電阻率整體小于200 Ω·m，在110 m、160 m深24 m附近有低阻凹陷，推測(cè)為地下水滲流通道。

測(cè)線2在230 m附近穿過15#井，并在290 m附近靠近16#井。剖面深度50 m內(nèi)電性差異明顯，地表左側(cè)為山脊強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r礫石，右側(cè)為含水率較低的腐殖土與卵石層，深度0～20 m，呈現(xiàn)高阻異?，F(xiàn)象。剖面主要存在3處低阻異常，第一處在100～150 m、深度20～80 m處，異常呈塊狀、東低西高傾斜，推測(cè)為沿山脊橫向延伸的2號(hào)尾礦庫西北側(cè)向東南側(cè)地下水滲流通道；第二處在160～230 m、深度20～40 m處，推測(cè)為15#井下方受污染地下水的滲流通道；第三處在240～300 m，異常呈明顯團(tuán)狀，推測(cè)為受污染地下水的滲流通道。電阻率反演剖面右側(cè)下方推測(cè)為富水性砂礫卵石，總體電阻率小于150 Ω·m。

測(cè)線3西側(cè)從山脊底部到東側(cè)穿過進(jìn)廠公路，地表由一層腐殖土和少量含水卵石夾沙土組成，電阻率大于200 Ω·m。0～50 m處為山體，其主要由灰?guī)r組成，電阻率大于1 000 Ω·m，呈現(xiàn)高阻異?，F(xiàn)象；60～150 m處呈現(xiàn)低阻異?，F(xiàn)象，推測(cè)為沿山脊由 2號(hào)尾礦庫西南側(cè)流向地塊東南側(cè)的地下水滲流通道；260～400 m處有2處明顯低阻異常，推測(cè)為流向15#井受污染地下水的滲流通道；剖面右側(cè)下方呈現(xiàn)低阻異?，F(xiàn)象，推測(cè)其為富水性砂礫卵石，總體電阻率小于150 Ω·m。

測(cè)線4地表由一層腐殖土和少量含水卵石夾沙土組成，電阻率大于200 Ω·m。60～250 m底部的電阻率整體小于200 Ω·m，主要由含水率較高的卵石夾泥沙組成，推測(cè)為沿山脊延伸的2號(hào)尾礦庫西北側(cè)向東南側(cè)地下水滲流通道；在280 m與340～380 m處可見2處明顯低阻異常，其含水率較高，推測(cè)為流向15#井受污染地下水的滲流通道；剖面右側(cè)下方呈現(xiàn)低阻異?，F(xiàn)象，推測(cè)其為富水性砂礫卵石，總體電阻率小于150 Ω·m。

測(cè)線5是為重點(diǎn)觀測(cè)9#井附近地下水分布情況而布設(shè)的，130 m處為9#井，且260 m處靠近10#井南側(cè)。在電阻率反演圖上明顯可見3處低阻異常，分別于70～80 m、120～135 m、160～190 m處。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況與鉆探資料分析，3處低阻異?？赡芏际?號(hào)尾礦庫受污染地下水的滲流通道，經(jīng)卵石空隙流出，圍巖由相對(duì)隔水的灰?guī)r組成。

測(cè)線6在0～450 m、深度30 m處電阻率基本大于400 Ω·m，為少量含水卵石與砂礫；深度大于30 m時(shí)的整體電阻率較地表低，且分布不均勻，推測(cè)深部卵石與砂礫中富水性增加。在430～450 m的低阻異常區(qū)與尾礦庫東南角對(duì)應(yīng)，推測(cè)為2號(hào)尾礦庫受污染地下水的滲流通道。470～550 m經(jīng)過山前，地表可見明顯坡積物，基巖基本出露，電阻率大于1 000 Ω·m;底部有2處明顯低阻異常，電阻率小于30 Ω·m，推測(cè)此為含水區(qū)。

測(cè)線7沿壩頂布設(shè)，兩側(cè)分別布設(shè)到西側(cè)壩底與東側(cè)壩肩，地形起伏明顯。30～360 m為尾礦庫區(qū)域，壩體含水率較高，電阻率為60～200 Ω·m，與壩體內(nèi)側(cè)有防滲膜及庫內(nèi)長(zhǎng)期灑水抑塵有關(guān)；360～500 m東側(cè)壩肩為山體，主要由灰?guī)r組成，呈高阻異?，F(xiàn)象，與實(shí)際地質(zhì)情況吻合。壩體與大地接觸面(標(biāo)高3 433 m)以下的剖面上明顯可見3處低阻異常，結(jié)合已知的資料推測(cè)：60～110 m可能為地下水滲流通道；200 m附近異?？赡芘c壩體內(nèi)側(cè)有防滲膜及庫內(nèi)長(zhǎng)期灑水抑塵有關(guān)；300～340 m依靠山體，明顯低阻異常，且低阻區(qū)域高于壩體與大地接觸面，推測(cè)此范圍可能為2號(hào)尾礦庫滲漏至地下水的滲流通道。為判斷300～340 m是否存在尾礦庫滲漏，需對(duì)尾礦庫東側(cè)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

測(cè)線8 350 m處為排水溝，排水溝兩側(cè)電性差異明顯，東側(cè)為山坡牧場(chǎng)，電阻率整體大于400 Ω·m，西側(cè)為1號(hào)尾礦庫下游平地；200～350 m地表電阻率不高，小于30 Ω·m，有明顯淺表積水現(xiàn)象，低阻異常因體積效應(yīng)有向下滲透現(xiàn)象，中間被一高阻地質(zhì)體隔斷，結(jié)合鉆孔推測(cè)為灰?guī)r。測(cè)線8僅在200～350 m可能形成地下水徑流的富水區(qū)，但該區(qū)域地下水(1#～4#井)污染物質(zhì)量濃度均未超標(biāo)，可初步排除1號(hào)尾礦庫造成15#井污染的可能。

由測(cè)線1～7探測(cè)結(jié)果可得電阻率明顯較小區(qū)域的走勢(shì)圖，結(jié)合已知地質(zhì)資料可知流經(jīng)15#井的地下水滲流通道與滲流方向(見圖10)。

圖10 流經(jīng)15#井的地下水滲流通道與滲流方向圖

由圖10可知：流經(jīng)15#井的地下水主要來自2個(gè)方向，一是來自2號(hào)尾礦庫西南側(cè)，沿山體向東南方向延伸，此方向地下水(1#井、5#井、7#井、8#井、11#井、13#井)污染物質(zhì)量濃度均未超標(biāo)；二是來自2號(hào)尾礦庫東南側(cè)，一直向南延伸至15#井，此方向地下水(6#井、9#井、12#井)污染物質(zhì)量濃度超標(biāo)，初步判斷2號(hào)尾礦庫東南側(cè)滲流通道內(nèi)的地下水是造成15#井地下水污染的原因。

3.2 尾礦庫重點(diǎn)區(qū)域探測(cè)

為進(jìn)一步判斷2號(hào)尾礦庫東南側(cè)滲流通道內(nèi)的地下水是否受到2號(hào)尾礦庫的污染，在其東側(cè)布設(shè)3條 測(cè)線，即測(cè)線9、測(cè)線10、測(cè)線11(見圖10)，測(cè)線間距為10 m。每條測(cè)線測(cè)點(diǎn)間距為5 m、測(cè)量物理點(diǎn)為40個(gè)、測(cè)線長(zhǎng)度為200 m。各測(cè)線電阻率反演圖見圖11～13。

圖11 測(cè)線9電阻率反演圖

圖12 測(cè)線10電阻率反演圖

圖13 測(cè)線11電阻率反演圖

從圖11～13可看出：測(cè)線9與測(cè)線10均在70 m處見明顯的壩體與尾礦電性分界線，并在壩前形成明顯積水的低阻異常區(qū)，且異常下方未見明顯異常邊界；2條測(cè)線相隔僅10 m，平行布置，測(cè)線所經(jīng)地地質(zhì)情況基本一致，電阻率反演圖地質(zhì)特征一致性很高，檢驗(yàn)了儀器設(shè)備的可靠性[4]。測(cè)線11與測(cè)線9、測(cè)線10下方的地質(zhì)情況稍有差異，在45 m附近可見明顯分界，壩前低阻異常區(qū)底部有明顯分界線。綜合可知，測(cè)線9～11下部存在受污染水滲入地下的情況，即2號(hào)尾礦庫內(nèi)受污染水會(huì)通過東南側(cè)區(qū)域?qū)Φ叵滤斐晌廴尽?/p>

4 結(jié) 論

1)通過對(duì)已知山體、壩體、監(jiān)測(cè)井的識(shí)別，以及測(cè)線9與測(cè)線10電阻率反演圖地質(zhì)特征的一致性，表明高密度電法探查地下水滲流通道方法的可行性，儀器設(shè)備的可靠性與數(shù)據(jù)采集和處理工作的真實(shí)有效性。

2)從測(cè)線1～7污染路徑分析可知，在2號(hào)尾礦庫東南、西南兩側(cè)均存在地下水滲流通道流經(jīng)15#井。結(jié)合監(jiān)測(cè)井的檢測(cè)數(shù)據(jù)可初步判斷,2號(hào)尾礦庫東南側(cè)的滲流通道是導(dǎo)致15#井污染物質(zhì)量濃度超標(biāo)的原因。

3)測(cè)線8僅在200～350 m處可能形成地下水徑流的富水區(qū)。結(jié)合地下水檢測(cè)數(shù)據(jù)可排除1號(hào)尾礦庫造成15#井污染物質(zhì)量濃度超標(biāo)的可能。

4)測(cè)線9～11下部存在受污染水滲入地下的情況，即2號(hào)尾礦庫內(nèi)受污染水會(huì)通過東南側(cè)區(qū)域?qū)Φ叵滤斐晌廴尽?/p>

5)結(jié)合水文地質(zhì)資料、檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，2號(hào)尾礦庫內(nèi)受污染水通過東南側(cè)區(qū)域?qū)Φ叵滤斐晌廴?，同時(shí)受污染的地下水通過地下水滲流通道擴(kuò)散至15#井，造成15#井污染物質(zhì)量濃度超標(biāo)。