高密度电法在某厂区土壤及地下水污染探测中的应用

李 琪

(安徽省地质矿产勘查局326地质队，安徽 安庆 246000)

0 引言

某厂区主干道东侧地块疑似土壤和地下水受到污染，为服务后期土壤健康风险评估和污染土壤修复，必须进行污染场地修复前的土壤污染调查，确定场地土壤的主要污染物、污染浓度水平、各污染物的分布区域及范围。本文采用高密度电阻率法对大面积疑似污染区域进行探测，了解场地土壤污染的电性特征与深度变化趋势，从而达到确定污染深度与污染区域的目的。

1 地球物理基础

由于组成地壳的不同岩层介质往往在密度、弹性、导电性、磁性、放射性以及导热性等方面存在差异，这些差异将引起相应的地球物理场的局部变化，通过观测这些物理场的分布和变化特征，就可以达到推断目标体分布情况的目的[1]。

有机物污染物难溶于水，同时密度比水大，因此被称为重质非水相液体(Dense Nonaqueous Phase Liquids，DNAPLs)[2]。DNAPLs进入含水层以后一般不能与水混合，而是以液相、气相的形态赋存在土壤、地下水中[3]。由于水和多孔含水介质是良导体，表现为低阻电性特征，而有机污染物导电性远不及水，有机物在介质孔隙内替代一部分水后，其整个地电特性也就发生了变化，因此具备了开展地球物理探测的前提，可以通过探测电性差异达到区分污染区与未污染区的目的。

2 高密度电法

2.1 基本原理

与传统的电阻率法不同，高密度电法只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，通过主机自动控制供电电极和接收电极的变化，使电法勘探能像地震勘探一样使用多次覆盖方式进行测量[1，4]。

2.2 测线布置原则

地球物理探测效果易受外界噪声干扰。如测线必须横穿构造，要尽量使测线横穿构造物的距离达到最短(垂直构造物的长轴走向)；如遇高压线，则需垂直高压线布设。

测线布设以能控制所探测的目标为宜，对特殊目标的探测，应根据其具体情况布置特殊测网(图1)。

图1 高密度电阻率测线布置图

3 资料处理

3.1 高密度电法成果说明

在实际勘查过程中，场地的污染物并非单一物质，生活污(废)水、生产废水及场地周边污染物都有可能进入地下，导致地下水受到多种有机物及无机物的污染。

在进行场地DNAPLs污染调查时，由于DNAPLs导电能力差，通常会出现高阻异常。但如果各种污(废)水及导电性高的物质进入地下水，DNAPLs的高阻异常特征会被掩盖，因此DNAPLs污染的地下水表现为低阻异常。

土壤受到DNAPLs污染时，DNAPLs在介质孔隙内替代一部分水后，其整个地电特性也发生了变化，通常会出现高阻异常。

3.2 背景测线成果解释

在进行测区高密度电阻率测试前，应进行电阻率背景测量，以评估测区未受污染土壤的正常电阻率情况，并利用背景测值来解译后续测量结果。

整个背景测线电阻率为9～31 Ω·m，大致呈现层状分布特征，纵向上电阻率呈现“低—高—低”变化的电性分布规律。第一层深度0.5～5 m，电阻率值为9～13 Ω·m；第二层深度5～15 m，电阻率值为18～31 Ω·m；第三层深度为15 m以下。第一层为上层滞水及地下水，第二层及第三层为粉质黏土层或黏土层(图2)。该测区基岩面以上，未受污染区域的地下水及土壤电阻率为9～30 Ω·m。

图2 高密度电阻率背景测线成果图

3.3 测区探测成果解释

高密度电法适用于探测土壤及地下水污染情况，处理后的成果图可以较好地反映地下环境特征。

L1测线长度为134 m，在水平位置0～80 m、深度1.5～7 m处，存在一电阻率值约为2 Ω·m的连续相对低阻异常区；在水平位置92～130 m、深度1.5～12 m处，存在一电阻率值约为2 Ω·m的连续相对低阻异常区；2处低阻区域大致呈现层状分布。同时，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处电阻率值为50～150 Ω·m的不连续的相对高阻异常区，3处异常边界封闭，呈团状分布(图3)。结合现场资料及电阻率介质特征推测，剖面地下水较浅，约1.5 m见地下水，局部1 m左右可见地下水，地下水底板埋深7 m左右。剖面在水平位置0～80 m、92～130 m处的相对低阻异常，推测地下水受到严重污染；根据剖面在水平位置14～50 m、72～78 m、96～110 m的不连续异常高阻区，推测可能为DNAPLs污染造成。该剖面地下水均受污染，土壤局部受到污染，最深污染深度可达17.5 m左右。

图3 L1线高密度电阻率法测量成果图

L2、L3、L4为相互平行测线，并与L1、L5、L6平行，测线间隔8.5 m、测线长度为134 m。L2、L3、L4测线整体形态基本一致，3条测线剖面水平位置0～88 m、深度1.5～7 m均存在一电阻率值小于2 Ω·m的连续相对低阻异常区；剖面在水平位置0～84 m、深度7～17.5 m、局部深度至21 m处均存电阻率值为50～300 Ω·m的连续的相对高阻异常区。3条测线在水平位置84～134 m，均存在部分团状异常区块(图4)。剖面地下水较浅，约1.5 m见地下水，局部1.1 m左右可见地下水，地下水底板埋深7 m左右。剖面在水平位置0～88 m的相对低阻异常，推测地下水受到严重污染；剖面在水平位置0～84 m的连续异常高阻区，推测可能为DNAPLs污染造成。3条测线在水平位置84～134 m存在的部分团状异常区块，推测该区域局部受到污染。测线主要污染在0～84 m处，污染深度范围为0～17.5 m，局部最深污染可达21 m左右，同时在测线84～136 m处，地下水基本受到污染，土壤局部受轻污染。

图4 L2线(a)、L3线(b)、L4线(c)高密度电阻率法测量成果图

L5测线长度为134 m，剖面在水平位置0～88 m、深度1.3～7 m存在一电阻率值约为2 Ω·m的连续相对低阻异常区；剖面在水平位置105～108 m，存在一电阻率值约为2 Ω·m、深度由地表向下扩展的低阻异常。同时，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处电阻率值为50～3 000 Ω·m的不连续的相对高阻异常区，3处异常边界封闭，呈团状分布(图5)。剖面地下水较浅，平均约1.3 m见地下水，局部1 m左右可见地下水，地下水底板埋深7 m左右。剖面在水平位置0～88 m处的相对低阻异常，推测地下水受到严重污染；剖面在水平位置105～108 m的低阻异常，可能为测线边上废水坑影响，同时该异常与L4线水平位置106～108 m处的异常形态基本一致，也为废水坑影响。从整体上看，该剖面地下水均受污染，土壤在水平位置84 m后，受到较轻微污染，最深污染深度可达17.5 m左右。

图5 L5线高密度电阻率法测量成果图

L6测线长度为122 m，剖面在水平位置0～108 m、深度1.3～6 m存在一电阻率值约为2 Ω·m的连续相对低阻异常区；剖面在水平位置28～44 m、68～92 m，深度从约9 m向下延伸，存在2处电阻率值小于4 Ω·m的相对低阻异常区；同时，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处电阻率值为50～150 Ω·m的相对高阻异常区，2处异常边界封闭，呈团状分布(图6)。剖面地下水较浅，约1.3 m见地下水，局部1 m左右可见地下水，地下水底板埋深约6 m左右。剖面在水平位置0～108 m处的相对低阻异常，推测地下水受到严重污染；剖面在水平位置28～44 m、68～92 m的低阻异常区，推测可能为地下水向下渗漏所致，或曾被开挖掩埋所致。剖面在水平位置53～58 m和98～103 m的高阻异常区推测可能为DNAPLs污染造成。该剖面地下水均受污染，土壤局部受较轻微污染。

图6 L6线高密度电阻率法测量成果图

L7与L8线为两条相交测线，交点位置为L7的32 m处(L8的37 m处)，L7长度为48 m，L8长度为60 m(图7)。L7与L8整体电阻率不高，基本为1～65 Ω·m，L8在水平位置8～16 m处，经现场勘测为建筑基底废料垃圾影响所致。剖面揭示地下水较浅，约1.5 m见地下水，局部1.2 m左右可见地下水，地下水底板埋深约5 m左右，局部6～7 m，地下水层电阻率相对较低，小于4 Ω·m，由上述推测地下水受到污染。2条剖面未见明显高阻异常，只在局部可见电阻率约为65 Ω·m的小区域；在L7水平位置32 m与L8水平位置37 m处，同时出现一极低阻异常特征，异常向下延伸，未封闭，地表未见明显干扰物，推测为地下暗沟或填坑造成。该剖面地下水均受污染，土壤局部受较轻微污染，呈团状分布，局部深度至7～8 m。

图7 L7与L8线高密度电阻率法测量成果图

为更直观地反映测区污染分布状态，将测区所有高密度电阻率法测量结果组成切片图(图8)。测区整体地下水位较浅，平均深度约1.7 m，局部地区1.3 m左右见水，地下水底板埋深7 m左右，均呈现极低阻特性，推测地下水均受严重污染，尤其在水平位置0～86 m呈现小于2 Ω·m超低阻特性，推测该处地下水污染更为严重，而水平位置86～134 m地下水污染相对轻微。

图8 高密度电阻率法测量结果切片图

L1—L5线在水平位置0～86 m处，平均深度7～17.5 m，局部最深21 m左右，均出现连续的相对高阻异常区，推测可能为DNAPLs污染造成，且为主要的污染汇集处。在水平位置86～134 m，只出现局部相对高阻异常，异常值不高，推测可能为DNAPLs轻微污染造成。

整个测区污染可分为2个部分，主要污染区域为水平位置0～86 m，土壤及地下水均受严重污染，平均污染深度0～17.5 m，局部污染深度至21 m，且污染整体成片状分布；水平位置86～134 m范围内受局部轻微污染。

4 结论

(1)通过高密度电阻率法测量表明，测区整体地下水位平均深度约1.7 m，局部地区为1.3 m左右，地下水底板埋深约7 m。地下水呈现极低阻特性，均受严重污染。

(2)测区污染分为2个部分，其中主要污染区域为水平位置0～86 m，土壤及地下水均受严重污染，平均污染深度0～17.5 m，局部污染深度至21 m，且污染整体成片状分布；水平位置86～134 m受局部较轻微污染。