浅谈物探在场地污染调查中的运用

黄蔚阁

（广东省有色矿山地质灾害防治中心，广东 广州 510080）

1 项目概况

调查地块原为鱼塘，当地开展土地结构调整，将原养殖用的鱼塘用地调整为种植草苗的用地，后期在对该地块开展开发过程中，在填土区域发现建筑垃圾和生活垃圾等固体废弃物填埋，为查明各类填土方量，判断填土类型，需开展地质调查工作。

2 地质背景

2.1 地层

根据收集的资料，结合现场踏勘，场地地层自上而下可分为 ：第四纪人工填土层（Q4ml）、残积层（Qhel），桂州组（Qhg）、大湾镇组（Qdw）古近纪辛庄村组（E1x），白垩纪百足山组（K1b），侏罗纪金鸡组（J1j），三叠纪小坪组（T3x），中元古代石英岩类（Pt2qz）及长安岩组（Pt2ĉ）。

2.1.1 中元古代

主要包括石英岩类（Pt2qz）及长安岩组（Pt2ĉ），区域上较大范围可见出露；其中石英岩类（Pt2qz）岩性为石英岩、长石石英岩、片状云母长石石英岩，夹少量云母片岩、石英片岩，长安岩组（Pt2ĉ）岩性为云母石英片岩、云母片岩、(混合质)黑云斜长片麻岩、变粒岩、变质砂岩和石英岩。

2.1.2 三叠纪

主要为小坪组（T3x），呈零星点状或呈北东、北北东向带状展布于区域东侧，厚度339m～1300m。岩性为复成分砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、砂岩，夹粉砂岩、炭质泥岩、粉砂质泥岩及煤线。含植物组合带。

2.1.3 侏罗纪

主要为金鸡组（J1j），零星出露于区域北西部，厚度135.3m～614.1m，岩性为砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，夹少量砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、炭质泥岩和煤线。含菊石廷限带。

2.1.4 白垩纪

区域主要出露百足山组（K1b），厚度大于369m，岩性主要为复成分砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、含少量凝灰质。含叶肢介组合带。

2.1.5 古近纪

主要为辛庄村组（E1x），厚度230m～500m，岩性为紫红色复成分砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、砂岩、粉砂岩、泥岩，含石膏层。含腹足类和介形虫。

2.1.6 第四纪

主要有桂洲组（Qhg）、大湾镇组（Qdw）、残积层（Qhel）和人工填土层（Q4ml）。

2.2 岩浆岩

区域内岩浆岩分布较为集中，主要分布在区域北侧和南东侧。侵入时代及岩性：中元古代二长片麻岩；早奥陶世为片麻状细粒、细粒斑状（含斑）黑云母二长花岗岩；晚三叠世（粗）中粒斑状黑云母二长花岗岩；中侏罗世为细、中细粒含斑（斑状）黑云母二长花岗岩和细粒黑云母二长花岗岩；晚侏罗世中粒斑状黑云母二长花岗岩；早白垩世中粒斑状角闪黑云母二长花岗岩和中细粒斑状角闪黑云母二长花岗岩。

2.3 构造

根据相关资料显示，区内地质构造复杂，总体上以北东向构造为主，还有北西及东西向构造，它们相互切割、复合，构成了本区构造的基本格架。区域的断裂构造比较发育，基本上可分为NE向和NW向两组，主要特征如下。

2.3.1 石碣断裂

区域上属于恩平—新丰断裂带，走向40°，倾向北西，为正断层。断层隐伏于第四系之下，控制三水第四系沉降中心边界，在区外石碣一带，钻孔中见构造角砾岩。罗村附近曾发生5.0级地震。

2.3.2 新会断裂

隶属于河源断裂带，走向40°，为正断层。

西起会城以西，向北东经江门延至市桥南侧，再向东可能穿过东江口与罗浮山断裂会合，后者一般认为是东西向的瘦狗岭断裂的东延部分，但在南岗附近却出现极不自然的拐弯，故很可受新会—市桥断裂干扰的结果。TM图上，其西北侧市桥、大良、荷塘、江门等地可见震旦、寒武系出露，南东侧则为白垩—第三纪红盆。在江门外海的钻孔打到了该断裂的破碎带，测得的TL年龄为10.05±0.7万年。在区外广州北部马鞍山、白云山、三元里等地均可见到该断裂出露。马鞍山出露点所取的断层泥的TL年龄为8.11±0.56万年。

从第四系等厚线的展布来看，东北起自东江北干流的沉积中心，经石楼、沙湾、东凤至潭江下游的沉积中心，连成一条十分醒目的北东向的沉积带，显示这条断裂的位置。此外，宋代滨线（1000a）也大致沿该断裂展布。

2.3.3 东莞-厚街断裂

区域上归为河源断裂带，又称“东莞断裂”，走向40°～50°，为正断层。

区内多为第四系覆盖。在黑白卫星照片上，沿东莞盆地南缘经珠江口至横栏一带表现为一暗色的色带及北东向的线状水系。在珠江三角洲平原中，北西向水系遇断裂发生拐弯，河流走向转为北东向。在中山黄圃至三角镇之间布置两条测线进行断层氡气测量，在大围、新围之间的北东向河流两侧出现两个特高异常带，与河流走向较一致，其最高异常值分别达328脉冲/分和269脉冲/分，反映上述两个地段的异常带相应地下基岩存在北东向断裂。往南西至中山东升镇一带，第四系钻孔剖面显示，遇断裂第四系沉积厚度出现突变，表现出同沉积断裂特征，反映断裂自晚更新世（约40000a）以来一直都有活动。

2.3.4 横沥～虎门断裂

属于紫金-博罗断裂带，走向35°～60°，倾向南东，倾角40°～55°，局部达65°，早期逆断层，晚期正断层。

自寮步镇黄菊元村一带进入区内，向南西经虎门、横沥至横栏、小岗一带，区域内延长约60km，宽约30m～60m。

北段寮步—虎门一带，地表断续出露，结构面呈舒缓波状；地貌上沿断裂表现为长条状山脊或平直的沟谷。发育宽约30m～60m不等的构造岩带，可分为下盘带、前锋逆冲带及上盘带三部分。下盘带为白垩纪百足山组紫红色粉砂质泥岩，发育左旋斜列透镜体。该带宽度大于10m。前锋逆冲带，宽度约为10m～40m，主要岩性为构造片岩，发育S-C面理及拉伸线理，C面理产状为110°∠41°，S面理表现较弱，走向大致为225°，线理产状40°∠30°。在构造片岩内，发育有被拉长的石英透镜体，指示左旋逆冲剪切。上盘带主要发育有硅化碎裂岩、构造角砾岩、碎裂中细粒花岗岩及硅化中细粒花岗岩。在靠近前锋逆冲带处，见有脆性变形而形成的构造角砾岩及硅化碎裂岩，该处是脆性变形最强烈的部位，其宽度约2m左右，可见断层泥经硅化作用及褐铁矿化作用之后，又胶结了构造角砾岩碎块，角砾以次圆状，椭园状为主，大小一般在5mm～15mm之间。带内还发育有黄铁矿化、褐铁矿化小脉及小团包。并见有数条平行排列的石英脉，脉宽约10mm～50mm。在硅化碎裂岩及构造角砾岩之后，为碎裂中细粒花岗岩、硅化中细粒花岗岩，宽度大于8m。岩石组构格式为含点极密的大圆环带型，环带轴右倾指示构造变形为左旋逆冲推覆，点极密向菱底面滑移所形成，指示中低温、高应变速率的脆性变形环境，在该环境中，岩石经历了剪切—碎裂—硅化胶结过程。另外，环带梯度小、变形不强来看，该期逆冲推覆在该样品中影响不强，且后期改造不明显。

南段发育于珠江三角洲盆地，大致沿万顷沙、港口一线展布，在中山三角，港口一带第四系等厚线出现同向扭曲，以及厚度大于40m的沉积中心的展布暗示断裂带的位置。

2.3.5 粪箕山断裂

区域上属铜湖断裂南段，总体走向50°～60°，倾向南东，倾角50°～60。该断裂主要经历了两期变形，早期逆断层，晚期正断层。区域上属铜湖断裂南段，沿大朗—长安一带分布，区内长约40km。空间展布上具舒缓波状，地貌上沿断裂表现为长条状山脊。该断裂主要经历了两期变形，主期变形为逆冲推覆，使震旦纪地层逆冲于三叠纪小坪组之上。马鞍山一带见元古代石英岩覆于石英斑岩之上，在断裂的下盘近断裂面处，形成宽约40m的构造岩带，由构造片岩、硅化碎裂岩组成；在破碎带内，还发育许多条呈雁行排列的石英细脉。

在岩组图上，岩石组构格式为大圆环带和边缘混合叠加型，主期为右倾大圆环带，环带轴在Z轴右侧开角约32°，反映主期变形为左旋逆冲推覆，环带中主强点极密由菱面滑移所形成，反应为低温，次强点极密由柱面滑移所形成，指示主期变形可能经历了韧性（糜棱岩化）—脆性（碎裂岩化）的转变过程。后期叠加了不含点极密的右倾边缘环带，环带不完整，指示后期还叠加了一定程度的脆性右旋滑脱引张。

3 调查方法的选取

通过对调查填土区域现场踏勘，发现调查区存在较多建筑垃圾，整体呈分布分散、填埋无规则的特点，无法判别场地表层土壤下方具体填埋情况。同时，未能获得任何关于调查区填土工程设计、作业施工等相关资料，结合以往同类项目经验，本次调查拟参考常见的地质调查技术手段，对地下填埋物质体量及其分布进行探查。常见的地质调查技术方法有物探、化探、钻探和槽探等，各方法可行性比选如表1所示。

表1 各种地质调查技术方法适用性比选

由表1可知，地质调查常用的物探、化探、钻探、槽探技术各自适用性上存在不足，须物探、钻探两种方法相互结合、相互验证，以满足本次调查工作的需要。其中，物探工作主要作用是扫面，通过响应数值差异反衍，查明场地内填土层厚度、埋深及起伏形态，同时结合钻探成果进行验证，对红线范围内的填土方总量进行计算；钻探工作主要为查明填土层厚度、分层及各层填土性质，验证物探工作成果，同时满足各类监测样品采集工作需要。

3.1 物探方法选取

工程物探勘察项目在市场上主要采用高密度电法、地质雷达法、浅层地震法，这些方法与场地地下介质的性质密切相关，因此先简要介绍场地内地下介质概况，再对比上述物探方法的优缺点，结合我单位以往工作经验，综合确定本次调查采用的物探方法。

3.1.1 场地地球物理条件

根据已收集的项目地邻近地块工地地质资料，结合现场踏勘，场地地层按成因自上而下可分为：第四系人工填土层（Q4ml）、第四系海陆交互沉积层（Q4mc）、基岩分为上第三系砂岩（N1）及下古生界花岗岩（Pz1）。

3.1.2 高密度电阻率法

高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的电阻率差异。其工作原理如下。

高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于四极测深与电剖面法的结合（如图1、图2所示）。通过电极向地下供电形成人工电场，其电场的分布与地下岩土介质的电阻率ρ的分布密切相关，通过对地表不同部位人工电场的测量，了解地下介质视电阻率ρs的分布，根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。该方法对围岩的含水情况特别敏感，围岩破碎含水，其视电阻率明显降低，完整、坚硬岩土的视电阻率明显高于断层带或破碎带和富水带围岩的视电阻率。这种方法原理清晰，图像直观，是一种分辨率较高的物探方法。近年来随着计算机数据采集技术的改进，使勘探效率大大提高，增大了剖面的覆盖面积和探测深度，在强干扰的环境下也能取得可靠数据，大大地提高了信噪比，可准确地探测地质体。该方法在工程与水文地质勘探和矿产、水利资源调查、垃圾填埋场调查中有着广泛而成功的应用。

图1 高密度电法工作示意图

图2 高密度电法数据反衍示意图

3.1.3 地质雷达法

地质雷达法地质雷达探测是一种以被测体内部不同介质的介电常数差异为基础的物探方法。通过野外测试和了解，考虑本测区岩土层介质物性参数差异不大，垃圾填埋场毗邻海边，淤泥层含量较大，严重影响低频信号，探测深度较浅，另外场地垃圾最大埋深约20m，无法满足场地探测深度要求，所以地质雷达法不是最佳探测方法。

3.1.4 浅层地震法

浅层地震法是利用人工激发地震波在岩土介质中的传播规律，探测浅部地质构造或测定岩土物理力学参数、进行物性分层、寻找构造带的一种地球物理勘察方法。当人工激发产生的地震波在向地下介质中传播时，由于人工填土（杂填土、素填土及建筑垃圾、混合固体废弃物等）与原状土在波阻抗方面差异不大，无法区分填土、原状土的分层界面，现场垃圾填埋场毗邻海边，存在大量淤泥层和积水，严重吸收低频信号，影响探测深度，所以浅层地震法不是最佳探测方法。

3.1.5 物探方法选取结果

本次调查场地内上部为人工填土，电阻率一般为10～几十Ω.m，场地的下部原状土多为淤泥，其电阻率一般为0.5～几Ω.m。因此，人工填土和原状土的电阻率与周边的风化残积土体存在较明显的电阻率差异，具备综合物探工作的地球物理前提。通过对高密度电法数据处理、解释，绘制成图，得到物探综合解释断面图，经分析计算，得出各测线填土、原状土的分层界面。

因此，本次选取高密度电阻率法作为本次调查工作的物探工作方法。本次电法数据采集使用的仪器为GEOPEN公司生产的E60B型高密度电法仪和终端选址开关电极及专用电缆设备。

本次勘察使用装置为：点距3m、60个电极、排列长度180m，勘探深度最大超过60m，滚动覆盖。

3.2 物探布设原则

3.2.1 测线布设原则

由于场地范围大，场地环境复杂，在优先保证达到物探工作目的的基础上，确保地质调查工作工期质量可控，确定本次物探测线线距为40m。

3.2.2 测线放设原则

物探线放测由测量专业技术人员现场实地放测，原则上每条物探线上起讫点、每隔50m放测一个测点，野外测点用木桩结合红布条或红布袋标示。

3.2.3 测深控制原则

根据已收集资料分析，场地内回填土厚度普遍在10m～20m，由于存在挤淤区，部分地段填土厚度≥20m，因此物探工作测深30m。

3.2.4 解译工作原则

由于工作时间紧、数据量大，解译工作人员必须参与到现场实物工作中，同时及时结合钻探工作成果对物探数据进行验证反演，在确保解译工作质量的基础上，加大人员投入缩短工期。

3.3 钻探布设原则

3.3.1 勘探线布设原则

本次钻探勘探线布设方向为与物探线布设方向垂直，各钻探点须布设于物探线上，线距为100m，点距为160m。

勘探线上勘探点点位由测量专业技术人员现场放测，由于场地限制或需根据实际情况调整钻孔孔位的，有专业技术人员现场实地调整，调整原则为沿勘探线走向调整，且应尽量靠近勘探线，同时调整后的孔位在终孔后测量专业技术人员现场复测。

3.3.2 孔深控制原则

本次地质调查钻孔终孔原则以揭露原状为准，是否原状土具体有调查单位专业技术人员现场判定，结合以往资料分析，大部分钻孔孔深在10m～20m之间，部分区域钻孔由于挤淤其孔深大于20m。

4 物探与钻探验证分析

为验证本项目中选用的物探方法在该场地调查中是否有效，特选择场地中zk45岩芯样与该钻孔所在物探线上物探工作形成的解译图进行对比，如图3。

图3 zk45附近物探与钻探成果验证图

结合钻孔资料与物探的成果进行综合分析；在物探资料10米左右存在明显的界面，上部电阻率10Ω·m～35Ω·m，而下部2Ω·m～9Ω·m，呈阶梯状，结合钻孔zk45分析，0m～10m为素填土，10～12淤泥，淤泥与素填土（包括其他垃圾类型）存在明显电阻率差异，因此高密度电法在此类勘察中行之有效的，效果比较明显。

5 结论

本次地质调查通过物探及钻探结合的方式，达到了查明调查地块各类填土存量，判断填土类型的目的。随着环保越来越受到各地的重视，污染场地调查工作在开展过程中也可能遇到各种不同场地类型，在不明确填埋物类型、埋深、范围的情况下，物探可作为一种方法选择，为调查工作提供有力的支撑。