高密度电法在污染源调查中的应用

费运良，降向正，张大勇，高飞翔，刘 影

(长春黄金研究院有限公司)

某选矿厂采用全泥氰化生产工艺，生产过程中产生的氰化尾矿浆经压滤机脱水后，生成含水约20 %的滤饼，运输至铺有防渗膜的尾矿库内堆存。该选矿厂在例行监测时发现，15#地下水监测井(下称“15#井”)中地下水污染物质量浓度超标，其中1号尾矿库、2号尾矿库、选矿厂及周边企业尾矿库均可能对15#井造成污染。为保护地下水环境、尽快找到地下水污染源头，组织开展了地下水污染源调查。运用高密度电法对15#井附近地块的物理性质进行勘探[1]，并结合已知水文地质资料、各监测井的检测数据对流经15#井的地下水渗流通道进行分析，最终确认该选矿厂的2号尾矿库为15#井地下水污染的源头。研究结果为该选矿厂下一步整改方案制定及实施提供指导及依据。

1 地质特征

1)三叠系郭家山组(Tg)：岩性由一套灰色薄层状泥晶灰岩、浅灰色中厚层状含鲕灰岩、灰白色块状含鲕灰岩组成，属于浅海相—陆相沉积岩。

调查区地下水类型为第四系松散岩类孔隙裂隙水，含水层主要为松散的洪积相砂砾卵石，底部灰岩等为其相对隔水底板。含水层富水性取决于含水层厚度及渗透性能，纵向上在2号尾矿库北面沟谷，自北至南含水层厚度逐渐变厚，富水性逐渐增强；在2号尾矿库南侧区域，总体来说从北向南含水层厚度逐渐变厚，富水性逐渐增强。

调查区埋深30～50 m为基底，基底以上为腐殖土、粉土与卵石层，层位存在一定的电阻率差异，且表层大部分为导电条件良好的草地。本次调查区地质条件符合高密度电法勘探要求[2]，因此采用该方法进行污染源调查。

2 高密度电法

高密度电法是基于直流电阻率法基本原理，利用微机程控技术，集电剖面法和电测深法于一体，沿剖面一次性阵列方式布极，实现各类装置、不同排列极距的电阻率监测，从而获取测量剖面下方地电断面分布信息的方法[3-4]。目前，高密度电法野外工作装置形式较多，总电极数与点距可根据场地条件与探测深度任意选择[5-6]。根据前期试验结果及对收集资料的分析，本次勘探选择试验效果较好的温纳装置。

经现场踏勘，可疑污染源有选矿厂、1号尾矿库、2号尾矿库及周边企业尾矿库。为最终确定污染源，在调查区内共设置8条高密度电法测线。测线位置及周边概况见图1。

图1 测线位置及周边概况简图

3 结果与讨论

3.1 污染源及污染路径调查

为对15#井的污染源及污染路径进行初步调查，共布设8条测线，测线上测点间距均为5 m。各测线电阻率反演图见图2～9。

图2 测线1电阻率反演图

图3 测线2电阻率反演图

图4 测线3电阻率反演图

图5 测线4电阻率反演图

图6 测线5电阻率反演图

图7 测线6电阻率反演图

图8 测线7电阻率反演图

图9 测线8电阻率反演图

测线1在180 m附近经过18#井，剖面整体电阻率呈地表较高、深部较低的特征。结合资料分析，地表电阻率高低分布不均匀是由浅部淡黄色粉土与青灰色卵石混合导致，粉土层质地均匀表现为低阻异常，电阻率小于200 Ω·m；卵石层表现为高阻异常，电阻率大于200 Ω·m，深度为0～40 m。深部大于40 m区域由于处于地下水下游位置，围岩空隙含水率较浅表层高，且分布较为均匀，电阻率整体小于200 Ω·m，在110 m、160 m深24 m附近有低阻凹陷，推测为地下水渗流通道。

测线2在230 m附近穿过15#井，并在290 m附近靠近16#井。剖面深度50 m内电性差异明显，地表左侧为山脊强风化灰岩砾石，右侧为含水率较低的腐殖土与卵石层，深度0～20 m，呈现高阻异常现象。剖面主要存在3处低阻异常，第一处在100～150 m、深度20～80 m处，异常呈块状、东低西高倾斜，推测为沿山脊横向延伸的2号尾矿库西北侧向东南侧地下水渗流通道；第二处在160～230 m、深度20～40 m处，推测为15#井下方受污染地下水的渗流通道；第三处在240～300 m，异常呈明显团状，推测为受污染地下水的渗流通道。电阻率反演剖面右侧下方推测为富水性砂砾卵石，总体电阻率小于150 Ω·m。

测线3西侧从山脊底部到东侧穿过进厂公路，地表由一层腐殖土和少量含水卵石夹沙土组成，电阻率大于200 Ω·m。0～50 m处为山体，其主要由灰岩组成，电阻率大于1 000 Ω·m，呈现高阻异常现象；60～150 m处呈现低阻异常现象，推测为沿山脊由 2号尾矿库西南侧流向地块东南侧的地下水渗流通道；260～400 m处有2处明显低阻异常，推测为流向15#井受污染地下水的渗流通道；剖面右侧下方呈现低阻异常现象，推测其为富水性砂砾卵石，总体电阻率小于150 Ω·m。

测线4地表由一层腐殖土和少量含水卵石夹沙土组成，电阻率大于200 Ω·m。60～250 m底部的电阻率整体小于200 Ω·m，主要由含水率较高的卵石夹泥沙组成，推测为沿山脊延伸的2号尾矿库西北侧向东南侧地下水渗流通道；在280 m与340～380 m处可见2处明显低阻异常，其含水率较高，推测为流向15#井受污染地下水的渗流通道；剖面右侧下方呈现低阻异常现象，推测其为富水性砂砾卵石，总体电阻率小于150 Ω·m。

测线5是为重点观测9#井附近地下水分布情况而布设的，130 m处为9#井，且260 m处靠近10#井南侧。在电阻率反演图上明显可见3处低阻异常，分别于70～80 m、120～135 m、160～190 m处。结合现场情况与钻探资料分析，3处低阻异常可能都是2号尾矿库受污染地下水的渗流通道，经卵石空隙流出，围岩由相对隔水的灰岩组成。

测线6在0～450 m、深度30 m处电阻率基本大于400 Ω·m，为少量含水卵石与砂砾；深度大于30 m时的整体电阻率较地表低，且分布不均匀，推测深部卵石与砂砾中富水性增加。在430～450 m的低阻异常区与尾矿库东南角对应，推测为2号尾矿库受污染地下水的渗流通道。470～550 m经过山前，地表可见明显坡积物，基岩基本出露，电阻率大于1 000 Ω·m;底部有2处明显低阻异常，电阻率小于30 Ω·m，推测此为含水区。

测线7沿坝顶布设，两侧分别布设到西侧坝底与东侧坝肩，地形起伏明显。30～360 m为尾矿库区域，坝体含水率较高，电阻率为60～200 Ω·m，与坝体内侧有防渗膜及库内长期洒水抑尘有关；360～500 m东侧坝肩为山体，主要由灰岩组成，呈高阻异常现象，与实际地质情况吻合。坝体与大地接触面(标高3 433 m)以下的剖面上明显可见3处低阻异常，结合已知的资料推测：60～110 m可能为地下水渗流通道；200 m附近异常可能与坝体内侧有防渗膜及库内长期洒水抑尘有关；300～340 m依靠山体，明显低阻异常，且低阻区域高于坝体与大地接触面，推测此范围可能为2号尾矿库渗漏至地下水的渗流通道。为判断300～340 m是否存在尾矿库渗漏，需对尾矿库东侧进行进一步验证。

测线8 350 m处为排水沟，排水沟两侧电性差异明显，东侧为山坡牧场，电阻率整体大于400 Ω·m，西侧为1号尾矿库下游平地；200～350 m地表电阻率不高，小于30 Ω·m，有明显浅表积水现象，低阻异常因体积效应有向下渗透现象，中间被一高阻地质体隔断，结合钻孔推测为灰岩。测线8仅在200～350 m可能形成地下水径流的富水区，但该区域地下水(1#～4#井)污染物质量浓度均未超标，可初步排除1号尾矿库造成15#井污染的可能。

由测线1～7探测结果可得电阻率明显较小区域的走势图，结合已知地质资料可知流经15#井的地下水渗流通道与渗流方向(见图10)。

图10 流经15#井的地下水渗流通道与渗流方向图

由图10可知：流经15#井的地下水主要来自2个方向，一是来自2号尾矿库西南侧，沿山体向东南方向延伸，此方向地下水(1#井、5#井、7#井、8#井、11#井、13#井)污染物质量浓度均未超标；二是来自2号尾矿库东南侧，一直向南延伸至15#井，此方向地下水(6#井、9#井、12#井)污染物质量浓度超标，初步判断2号尾矿库东南侧渗流通道内的地下水是造成15#井地下水污染的原因。

3.2 尾矿库重点区域探测

为进一步判断2号尾矿库东南侧渗流通道内的地下水是否受到2号尾矿库的污染，在其东侧布设3条 测线，即测线9、测线10、测线11(见图10)，测线间距为10 m。每条测线测点间距为5 m、测量物理点为40个、测线长度为200 m。各测线电阻率反演图见图11～13。

图11 测线9电阻率反演图

图12 测线10电阻率反演图

图13 测线11电阻率反演图

从图11～13可看出：测线9与测线10均在70 m处见明显的坝体与尾矿电性分界线，并在坝前形成明显积水的低阻异常区，且异常下方未见明显异常边界；2条测线相隔仅10 m，平行布置，测线所经地地质情况基本一致，电阻率反演图地质特征一致性很高，检验了仪器设备的可靠性[4]。测线11与测线9、测线10下方的地质情况稍有差异，在45 m附近可见明显分界，坝前低阻异常区底部有明显分界线。综合可知，测线9～11下部存在受污染水渗入地下的情况，即2号尾矿库内受污染水会通过东南侧区域对地下水造成污染。

4 结 论

1)通过对已知山体、坝体、监测井的识别，以及测线9与测线10电阻率反演图地质特征的一致性，表明高密度电法探查地下水渗流通道方法的可行性，仪器设备的可靠性与数据采集和处理工作的真实有效性。

2)从测线1～7污染路径分析可知，在2号尾矿库东南、西南两侧均存在地下水渗流通道流经15#井。结合监测井的检测数据可初步判断,2号尾矿库东南侧的渗流通道是导致15#井污染物质量浓度超标的原因。

3)测线8仅在200～350 m处可能形成地下水径流的富水区。结合地下水检测数据可排除1号尾矿库造成15#井污染物质量浓度超标的可能。

4)测线9～11下部存在受污染水渗入地下的情况，即2号尾矿库内受污染水会通过东南侧区域对地下水造成污染。

5)结合水文地质资料、检测数据可知，2号尾矿库内受污染水通过东南侧区域对地下水造成污染，同时受污染的地下水通过地下水渗流通道扩散至15#井，造成15#井污染物质量浓度超标。