高密度电法在某厂区土壤及地下水污染探测中的应用

2022-07-05 09:52
资源信息与工程 2022年3期
关键词:测线剖面高密度

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。

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