高密度電法在金屬固體廢棄物混合填埋場(chǎng)應(yīng)急處置中的應(yīng)用

趙亞飛，王 帥

（1 河南省有色金屬礦產(chǎn)探測(cè)工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016；2 河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第四地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016）

在現(xiàn)實(shí)生活和生產(chǎn)中，存有一定數(shù)量的的簡(jiǎn)易垃圾填埋場(chǎng)，由于歷史原因，一些填埋場(chǎng)存在未建設(shè)防滲措施，填埋不規(guī)范等問(wèn)題，甚至在其中還堆存填埋有金屬?gòu)U棄物及工業(yè)污泥，此類(lèi)填埋場(chǎng)已經(jīng)形成重大環(huán)境安全隱患，引起各級(jí)環(huán)保部門(mén)高度關(guān)注。面對(duì)此類(lèi)事件，各地政府也采取各種應(yīng)急措施積極尋求解決方法，消除環(huán)境污染隱患。

本次工作就是物探高密度電法在某地垃圾場(chǎng)固體廢物應(yīng)急處置工程場(chǎng)地中的實(shí)際應(yīng)用，查明了工作區(qū)域內(nèi)淤泥的填埋深度及范圍，為災(zāi)害防治治理提供依據(jù)。

1 工區(qū)地質(zhì)及地球物理特征

1.1 地質(zhì)特征

工作區(qū)系太行山前丘陵向華北平原過(guò)渡地區(qū)，其地勢(shì)由北向東南傾斜，是華北平原的西部邊陲。海拔高度由305.9m降到108.5m，境內(nèi)由西向東有明顯的低山—丘嶺—平原的過(guò)渡特征，丘嶺、平原、灘區(qū)各占三分之一。全鎮(zhèn)土壤分兩合土、砂土等土種，分布在東部平原和黃河灘區(qū)。

地層結(jié)構(gòu)分層較明顯，經(jīng)鉆探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)綜合分析，在勘察深度（20.0m）范圍內(nèi)，將場(chǎng)地內(nèi)地層劃分為6個(gè)主層，1個(gè)亞層，各土層特征由上而下描述如下：①雜填土（Q4ml）：雜色，以工程施工垃圾以及污泥為主，局部表層為粉土。②粉質(zhì)粘土（Q4al+pl）：黃褐色，可硬，見(jiàn)鐵錳質(zhì)條紋，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無(wú)搖震反應(yīng)，切面稍具光澤。偶見(jiàn)姜石，地表為耕植土，該層分布在場(chǎng)地西部中間的位置。③粉土（Q4al+pl）：褐黃色，稍密-中密，稍濕，干強(qiáng)度低，韌性低，切面無(wú)光澤，搖震反應(yīng)中，偶見(jiàn)蝸牛殼碎片及姜石顆粒；④粉砂（Q4al+pl）：褐黃色，中密，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主。⑤粉質(zhì)粘土（Q3al+l）：褐黃色，可塑～硬塑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無(wú)搖震反應(yīng)，切面稍具光澤，含姜石顆粒，局部奮力含量稍高。⑥粉砂（Q4al+pl）：褐黃色，中密，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主。⑦粉土（Q2al+l）：褐黃色，密室，稍濕，夾有少量姜石，干強(qiáng)度低，韌性低，切面無(wú)光澤，搖震反應(yīng)中，偶見(jiàn)蝸牛殼碎片及姜石顆粒，該層下部夾薄層粉質(zhì)粘土。

1.2 地球物理特征

直流電測(cè)深勘探是研究指定地點(diǎn)的巖層的電阻率參數(shù)隨深度的變化情況。剖面法探測(cè)反映了沿一定深度內(nèi)的地電變化情況，即研究巖層電阻率在水平方向上的變化情況。本次物探野外工作選擇方法為高密度測(cè)量裝置作業(yè)，它集電測(cè)深和剖面法為一體，成本低，效率高，信息豐富，解釋方便等特點(diǎn)。

本次測(cè)量探測(cè)深度淺，主要研究對(duì)象為第四系淺層淤泥層。淺層巖性為雜填土、粉質(zhì)粘土、粉土及粉砂等。其中，雜填土（Q4ml）以工程施工垃圾以及污泥為主，是主要工作對(duì)象。從巖性看，粉砂層為高阻，粉土中高阻，粉質(zhì)粘土、淤泥層為低阻；其中淤泥層電阻率最低，一般小于6.0（Ω﹒m）。因此，利用高密度測(cè)量裝置尋找、劃分淤泥層具備地球物理前提條件。

2 工作量及工作方法

2.1 工作量

本次工作垃圾填埋場(chǎng)兩個(gè)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行物探勘查工作，場(chǎng)地范圍約350m*400m，分為2個(gè)區(qū)（Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)）。Ⅰ區(qū)范圍約80m*160m，Ⅱ區(qū)范圍約80m*120m。共完成高密度測(cè)量剖面22條，測(cè)點(diǎn)2618個(gè)，測(cè)點(diǎn)點(diǎn)距2米。具體工作量見(jiàn)表1。

表1 工作量表

2.2 工作方法

用于這項(xiàng)工作的高密度電勘探是一種基于巖石（土壤）電導(dǎo)率差異的電勘探方法。根據(jù)在施加的電場(chǎng)作用下地質(zhì)中傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，假定深層地質(zhì)中具有不同的電阻。地質(zhì)體的發(fā)生頻率。由于電極在表面上的位置之間的距離不同，因此有可能收集表觀(guān)電阻率的值，以反映地質(zhì)當(dāng)中的不同點(diǎn)和不同深度，表觀(guān)電阻率的值包含有關(guān)不同地質(zhì)體分布的信息。使用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理數(shù)據(jù)并映射圖像。通過(guò)綜合分析和解釋?zhuān)梢源_定地下地質(zhì)體投影的大小，形狀，范圍和位置。本文采用重慶奔騰數(shù)控地球物理勘探儀器公司生產(chǎn)的WGMD-3高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用用于直流電的WDJD-3多功能數(shù)字IP設(shè)備作為測(cè)量和控制單元，并由WDZJ-3多電極傳感器組成。 該系統(tǒng)具有準(zhǔn)確，高性能，大數(shù)據(jù)量，18種其他設(shè)備類(lèi)型和電極定位功能，并且可以在困難的地面環(huán)境中執(zhí)行測(cè)量。系統(tǒng)上的Windows Electrical Advanced Techniques軟件可以對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接和反向解釋的2D處理。垂直于地層的工作區(qū)中共有4條高密度電阻率線(xiàn)，控制長(zhǎng)度為1200 m。測(cè)量排列AMNB采用溫納11.α2裝置, 斷面采用(連滾)、16剖、2秒、L=10、點(diǎn)距=5m，供電電壓為270V。

本文采用重慶奔騰數(shù)控地球物理勘探儀器公司生產(chǎn)的WGMD-3高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用用于直流電的WDJD-3多功能數(shù)字IP設(shè)備作為測(cè)量和控制單元，并由WDZJ-3多電極傳感器組成。該系統(tǒng)具有準(zhǔn)確，高性能，大數(shù)據(jù)量，18種其他設(shè)備類(lèi)型和電極定位功能，并且可以在困難的地面環(huán)境中執(zhí)行測(cè)量。系統(tǒng)上的Windows Electrical Advanced Techniques軟件可以對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接和反向解釋的2D處理。測(cè)量排列AMNB采用溫納11.α2裝置, 斷面采用(連滾)、16剖、2秒、點(diǎn)距=4m，供電電壓為270V。

2.3 探測(cè)原理

高密度電法是綜合物探方法在進(jìn)行多種工程探測(cè)時(shí)，是地質(zhì)和災(zāi)害研究的有效方法之一。它是基于巖石和土壤的電導(dǎo)率的差異，以及對(duì)人工創(chuàng)建的穩(wěn)定電流地下場(chǎng)分布的觀(guān)察和研究。實(shí)現(xiàn)解決地質(zhì)問(wèn)題目標(biāo)的規(guī)律。高密度電法和常規(guī)電法一樣，通過(guò)A、B電極向地下供電流I，在M、N極間測(cè)量電位差△V，從而可求得該點(diǎn)（M、N的中點(diǎn)）的視電阻率?=K·△V/I，K為裝置系數(shù)，工作原理見(jiàn)下圖。

圖1 高密度電法工作原理

高密度電學(xué)方法結(jié)合了輪廓法和電學(xué)檢測(cè)法的效果，具有點(diǎn)間距小和采集密度高的特點(diǎn)。它完全放棄了電阻率的概念，并使用最新技術(shù)使用了大量的測(cè)量數(shù)據(jù)。反演方法直接對(duì)真實(shí)的電阻率曲線(xiàn)進(jìn)行反演。該地圖可直接用于分析和解釋地下深部的巖石和土壤分布。它可以直接反映地質(zhì)深層的位置與結(jié)構(gòu)發(fā)展方向。用高密度電測(cè)量的2D地電斷面可以更大。直觀(guān)地顯示地質(zhì)信息，例如邊界、密度，各種類(lèi)型的巖石和土壤中的水含量以及異常體的位置和深度。

高密度電法具有很高的智能性，打破了傳統(tǒng)電法和高密度直流電研究系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)采集方法的局限性，采用任意四極自由組合的無(wú)限制數(shù)據(jù)采集是肯定的。高精密度可以收集傳統(tǒng)電氣數(shù)據(jù)收集方法無(wú)法收集的數(shù)十倍的數(shù)據(jù)，結(jié)合非常先進(jìn)和獨(dú)特的領(lǐng)先國(guó)際數(shù)據(jù)處理軟件-2.5維反演軟件，可以實(shí)現(xiàn)的快速數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)處理改變了電阻率研究的傳統(tǒng)操作方式，并大大提高了操作效率。結(jié)合地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)，可以更客觀(guān)地定性和半定量地確定山脈災(zāi)害的發(fā)生地點(diǎn)和發(fā)展，從而滿(mǎn)足調(diào)查需求的目標(biāo)。

3 成果介紹

資料分析推斷根據(jù)本區(qū)淤泥層主要分布在雜填土（Q4ml）①單元層內(nèi)的特點(diǎn)，在定性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量計(jì)算、解釋推斷。原始數(shù)據(jù)剖面主要用于定性分析，利用電阻率小于6.0Ω﹒m的低阻異常劃分淤泥層的分布范圍。反演剖面用于確定淤泥層的厚度及底板深度。

以G1線(xiàn)剖面分析例，下圖為高密度測(cè)量G1線(xiàn)原始數(shù)據(jù)剖面，異常明顯。低阻異常分布在樁號(hào)92～166，推測(cè)為淤泥層分布區(qū)。圖2為高密度測(cè)量G1線(xiàn)反演剖面，低阻淤泥層厚度不大。

圖2 高密度測(cè)量G1線(xiàn)反演剖面

（1）淤泥層分布范圍定性分析

綜合高密度測(cè)量G1、G2、……、G22線(xiàn)剖面成果，推測(cè)的淤泥層分布范圍，淤泥層分布劃分為2個(gè)區(qū)。

（2）淤泥層分布范圍垂向變化情況

為方便了解淤泥層分布在垂向的變化情況，工作中選 取 了 供 電 距AO=4、8、12、16、20m分 別 繪 制 了 視 電阻率等值線(xiàn)平面圖，反映了不同深度視電阻率在平面上的變化情況。視電阻率≤6.0（Ω﹒m）等值線(xiàn)大體代表了淤泥層分布，對(duì)比從地表→AO=4m→AO=8m，異常范圍大體一致，說(shuō)明淤泥層埋藏深度一般在8m左右。從AO=8m→AO=12m→AO=16m→AO=20m，異常范圍逐漸變小，反映了淤泥層的空間分布變化形態(tài)。

（3）淤泥層厚度分布情況

根據(jù)工勘成果，本區(qū)淤泥層主要分布在雜填土（Q4ml）①單元層內(nèi)，①單元層以工程施工廢棄垃圾以及污泥為主，局部表層為粉土。因此，確定淤泥層厚度首先計(jì)算淤泥層底板深度，再確定工程施工廢棄垃圾或者表層局部粉土的厚度，最后計(jì)算淤泥層厚度。在電性上淤泥層一般小于6.0（Ω﹒m），建筑生活垃圾或表層局部粉土與淤泥層比較、表現(xiàn)為相對(duì)高阻。依據(jù)這些特征，參照反演剖面成果計(jì)算淤泥層厚度，相應(yīng)的等值線(xiàn)平面圖比較直觀(guān)的反應(yīng)了工區(qū)淤泥層底板深度、厚度變化分布情況。

（4）結(jié)果驗(yàn)證

本次工作經(jīng)過(guò)工勘鉆孔成果進(jìn)行比較，可以看出：雜填土①單元層的分布范圍與高密度測(cè)量低阻異常的分布范圍基本吻合，鉆孔揭露的①單元層（金屬?gòu)U棄垃圾和淤泥）底板深度界面與電性層界面對(duì)應(yīng)，說(shuō)明物探方法選擇正確。

4 結(jié)論

在金屬及其他固體廢棄物填埋的垃圾場(chǎng)中，運(yùn)用高密度電法測(cè)量的物探工作方法選擇是可行的，能夠滿(mǎn)足在此類(lèi)金屬及其他固體廢棄物填滿(mǎn)場(chǎng)中確定地下淤泥分布情況，可以為其應(yīng)急處置、災(zāi)害防治治理提供確切依據(jù)。