江苏省地质环境勘查院，江苏 南京 211100
摘要：为了定量分析某化工退役场地的污染范围，首先采集土壤标本进行物性测量，之后在场地内布设5条物探测线，使用高密度电阻率法进行测量，并选择其中一条测线使用地质雷达进行探测，从而得到不同测线上异常的空间分布特征，划分退役场地内的污染区域，并对两种物探方法的使用效果进行对比。结果表明，受污染严重区域土壤标本电阻率值多数降低，在此基础上确定场地内污染物的分布范围主要集中在场地中部，面积约为54456m2，污染深度超过20m。
关键词：物探；化工退役场地；污染探测
中图分类号：X53
Contamination Area Detection in Chemical Decommissioning Sitebased on Geophysical Method
SUN Shilong HU Chao WANG Nan
（Environmental Geology Exploration Institute of Jiangsu Province, Nanjing 211100, Jiangsu）
Abstract: In order to quantitatively analyze pollution range of a chemical decommissioning site, soil samples were collected for physical property measurement firstly. Then, high-density resistivity method was used for measurement in 5 object detection lines were laid in the site and one of the lines was selected for detection using geological radar. Finally, obtained spatial distribution characteristics of anomalies on different survey lines, determined pollution areas in the decommissioned sites and compared effects of two geophysical methods. The results showed that the soil resistivity values of most contaminated areas were mostly less than normal soil. The distribution of pollutants in the site was mainly concentrated in the middle of the site, with area of about 54456 m2 and pollution depth of more than 20 m.
Key words:geophysical method; chemical decommissioning site; pollution detection
1 引言
污染场地的调查方法主要为钻孔采样、分析测试、地球物理勘探等方法，随着地球物理勘探在场地污染调查上的逐渐发展，以高密度电阻率法和地质雷达为代表的地球物理勘探方法在污染场地调查中有着显著的社会效益和经济效益。[1-3]此类地球物理勘探方法具有成本低廉、非破坏性、花费时间少等特点。[4]本文以某化工退役场地为例，使用高密度电阻率法和地质雷达来探测退役场地的受污染区域。通过本文的研究，可以定量分析退役场地污染范围，提升场地调查和修复治理工作的高效性和全面性，为今后类似场地的治理修复提供一定的理论依据，对无损快速勘探领域具有研究意义。
某化工退役场地占地面积约11.2万m2，位于长江三角洲平原中的通吕水脊区，地形平坦，微有起伏，地表主要分布植被和建筑垃圾，地面高程2.58~3.29m，地基土主要为灰色粉质粘土夹粉土。场地东北部为通扬运河，河面宽度62m，水位标高1.3m，自西北向东南流。场地内潜水含水层的岩性主要为第四系全新统粉土、粉砂，地面以下3m以浅以灰黄色粉土夹粉砂为主，3m以下以灰色粉砂夹粉土为主，形成上细下粗的二元结构，厚度35~40m，富水性一般。调查期间（2018年11月25日）地下水位埋深1.07~1.59m，水位标高1.55~1.70m，地下水流向总体自西向东方向流入通扬运河。
2工作机理与方案
进入土壤的污染物会使土壤的导电性和介电性发生改变，当污染物的浓度达到一定程度时，可以借助相关技术观测到土壤导电性和介电性的变化，这是物探方法在污染调查中的物性基础。[5]高密度电阻率法的应用前提是土壤的导电性差异。它通过供电电极向地下提供电流(I)，然后再测得测量电极间电位差(ΔU)，从而可以求得该测量点的视电阻率值。[6]地质雷达以不同介质间存在的介电性差异为物理基础，由发射天线向地下发射高频（106Hz~109Hz）的脉冲电磁波，利用接收天线接收由地下不同电性界面反射回来的电磁反射波和地面直达波，根据地下电磁波传播路径、电磁场强度和波形随所通过介质的电磁性质及几何形态变化而变化的原理，来判断所通过介质的介电性。[7]
根据场地原厂房设施分布、施工条件，本次调查共布设5条剖面（图1），自南向北编号L1、L2、L3、L4和L5。地质雷达测线主要与高密度电阻率法L3线重合。从图1中可以看出，L1、L2、L3和L4测线近北东向，长度分别为358m、538m、478m和238m；L5测线近南西向，与L1、L2、L3和L4测线垂直，长度为238m。高密度电阻率法布点点距2m，地质雷达布点点距0.5m。
3 结果与讨论
3.1土壤标本电性测量
本次物探试验工作采集土壤标本26个，并采用标本架法进行电阻率测量。土壤电阻率测量结果见表2。根据标本电性测量结果，作为背景场取样的BJ1、BJ2、BJ3标本电阻率值在20Ω·m左右，受污染最严重区的A06、A22、B05、B08、B15、B20、B25标本电阻率值小于15Ω·m，可以认为受污染严重区域的地层电阻率值会降低。但受污染较严重区的A15、B21标本电阻率值在30Ω·m左右，不符合电阻率降低的规律，推断为局部有机污染物浓度过高影响，表明场区污染物成分、分布复杂。
3.2高密度电阻率法测量
不同测线上使用高密度电阻率法测量的视电阻率场及推测的污染区域如图2所示，从图2中可以看出，场地的视电阻率介于2~50Ω·m之间，其中低阻区域的视电阻率介于2~5Ω·m之间，高阻区域的视电阻率介于20~50Ω·m之间。从图2(a)中可以看出，L1测线视电阻率较低的位置主要为西段35~76m和中段248~315m，视电阻率较高的位置主要为中段140~230m。从图2(b)中可以看出，L2测线视电阻率较低的位置主要为西段110~330m和东段416~515m，视电阻率较高的位置主要为西段0~110m。从图2(c)中可以看出，L3测线视电阻率较低的位置主要为西段36~238m，视电阻率较高的位置主要为中段320~430m。从图2(d)中可以看出，L4测线视电阻率较低的位置主要为西段30~210m和东段430~460m，视电阻率较高的位置主要为东段300~420m。从图2(e)中可以看出，L5测线视电阻率较低的位置主要为中段90~180m，视电阻率较高的位置主要为南段220~230m。对推测的污染分布区域进行统计如表3所示，结合图1、图2和表3可以看出，污染区域主要集中在场地中部，面积约为54456m2，污染深度超过20m。
（(a)L1测线测量结果; (b) L2测线测量结果; (c) L3测线测量结果; (d) L4测线测量结果）
3.3地质雷达测量
地质雷达测量试验工作布置在高密度电阻率法L3线60~480m区段，以方便对比高密度电阻率法结果（图3）。地质雷达测量剖面影像图中有多处竖直条带状强反射，根据野外记录推断为碎砖、土石堆引起；在剖面深度1.0~1.5m区段有一水平条带状强反射，推断为地下潜水界面引起；在剖面深度2.0~5.5m区段雷达波振幅普遍衰减，少部分区段振幅较强，但地质雷达异常与污染分布没有规律性特征；在剖面深度5.5m以下区段雷达波频率升高，主要为干扰噪声。场地试验表明地质雷达测量较难用于污染区划分，可能为土壤电阻率较低、介电性差异较小，异常反应不明显，也可能为地下水位较高、地表杂草丛较厚、碎石层等干扰原因。
4 结论
（1）根据标本电性测量结果，受污染严重区域土壤标本电阻率值多数降低，但有个别标本不符合这一规律，可能为局部有机污染物浓度过高影响，表明场区污染物成分、分布较复杂。
（2）高密度电阻率法的测量结果表明，场地内污染物的分布范围主要集中在场地中部，面积约为54456m2，污染深度超过20m。高密度电阻率法在本次调查中获得了较为理想的结果，但高密度电法对于场地的要求比较高，除了场地开阔外还需要场地地形起伏小，因此在地形不符合要求的情况下较难采用。
（3）相对高密度电阻率法来说，地质雷达试验剖面异常与污染分布没有规律性特征，可能为场区土壤电阻率较低、介电性差异较小，异常反应不明显，也可能为地下水位较高、地表杂草丛较厚、碎石层等干扰原因。
参考文献
[1]杨民,周红卫,胡超.高密度电阻率法和地质雷达在污染探测中的应用[J].世界有色金属,2017(09):110-112.
[2]赵云鹏. 高密度电阻率法与探地雷达对典型污染的模拟与应用研究[D].中国地质大学(北京),2018.
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[7] Matthias Bücker, Adrián Flores Orozco, Andreas Hördt, et al. An analytical membrane-polarization model to predict the complex conductivity signature of immiscible liquid hydrocarbon contaminants[J]. Near Surface Geophysics, 2017, 15(6), 547-562.
论文作者:孙世龙,胡超,郭华,王楠
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/9/5
标签：电阻率论文; 场地论文; 测量论文; 高密度论文; 地质论文; 标本论文; 土壤论文; 《工程管理前沿》2019年10期论文;