淺談物探在場地污染調查中的運用

黃蔚閣

（廣東省有色礦山地質災害防治中心，廣東 廣州 510080）

1 項目概況

調查地塊原為魚塘，當地開展土地結構調整，將原養殖用的魚塘用地調整為種植草苗的用地，后期在對該地塊開展開發過程中，在填土區域發現建筑垃圾和生活垃圾等固體廢棄物填埋，為查明各類填土方量，判斷填土類型，需開展地質調查工作。

2 地質背景

2.1 地層

根據收集的資料，結合現場踏勘，場地地層自上而下可分為 ：第四紀人工填土層（Q4ml）、殘積層（Qhel），桂州組（Qhg）、大灣鎮組（Qdw）古近紀辛莊村組（E1x），白堊紀百足山組（K1b），侏羅紀金雞組（J1j），三疊紀小坪組（T3x），中元古代石英巖類（Pt2qz）及長安巖組（Pt2?）。

2.1.1 中元古代

主要包括石英巖類（Pt2qz）及長安巖組（Pt2?），區域上較大范圍可見出露；其中石英巖類（Pt2qz）巖性為石英巖、長石石英巖、片狀云母長石石英巖，夾少量云母片巖、石英片巖，長安巖組（Pt2?）巖性為云母石英片巖、云母片巖、(混合質)黑云斜長片麻巖、變粒巖、變質砂巖和石英巖。

2.1.2 三疊紀

主要為小坪組（T3x），呈零星點狀或呈北東、北北東向帶狀展布于區域東側，厚度339m～1300m。巖性為復成分礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、砂巖，夾粉砂巖、炭質泥巖、粉砂質泥巖及煤線。含植物組合帶。

2.1.3 侏羅紀

主要為金雞組（J1j），零星出露于區域北西部，厚度135.3m～614.1m，巖性為砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖，夾少量礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、炭質泥巖和煤線。含菊石廷限帶。

2.1.4 白堊紀

區域主要出露百足山組（K1b），厚度大于369m，巖性主要為復成分礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖、含少量凝灰質。含葉肢介組合帶。

2.1.5 古近紀

主要為辛莊村組（E1x），厚度230m～500m，巖性為紫紅色復成分礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、砂巖、粉砂巖、泥巖，含石膏層。含腹足類和介形蟲。

2.1.6 第四紀

主要有桂洲組（Qhg）、大灣鎮組（Qdw）、殘積層（Qhel）和人工填土層（Q4ml）。

2.2 巖漿巖

區域內巖漿巖分布較為集中，主要分布在區域北側和南東側。侵入時代及巖性：中元古代二長片麻巖；早奧陶世為片麻狀細粒、細粒斑狀（含斑）黑云母二長花崗巖；晚三疊世（粗）中粒斑狀黑云母二長花崗巖；中侏羅世為細、中細粒含斑（斑狀）黑云母二長花崗巖和細粒黑云母二長花崗巖；晚侏羅世中粒斑狀黑云母二長花崗巖；早白堊世中粒斑狀角閃黑云母二長花崗巖和中細粒斑狀角閃黑云母二長花崗巖。

2.3 構造

根據相關資料顯示，區內地質構造復雜，總體上以北東向構造為主，還有北西及東西向構造，它們相互切割、復合，構成了本區構造的基本格架。區域的斷裂構造比較發育，基本上可分為NE向和NW向兩組，主要特征如下。

2.3.1 石碣斷裂

區域上屬于恩平—新豐斷裂帶，走向40°，傾向北西，為正斷層。斷層隱伏于第四系之下，控制三水第四系沉降中心邊界，在區外石碣一帶，鉆孔中見構造角礫巖。羅村附近曾發生5.0級地震。

2.3.2 新會斷裂

隸屬于河源斷裂帶，走向40°，為正斷層。

西起會城以西，向北東經江門延至市橋南側，再向東可能穿過東江口與羅浮山斷裂會合，后者一般認為是東西向的瘦狗嶺斷裂的東延部分，但在南崗附近卻出現極不自然的拐彎，故很可受新會—市橋斷裂干擾的結果。TM圖上，其西北側市橋、大良、荷塘、江門等地可見震旦、寒武系出露，南東側則為白堊—第三紀紅盆。在江門外海的鉆孔打到了該斷裂的破碎帶，測得的TL年齡為10.05±0.7萬年。在區外廣州北部馬鞍山、白云山、三元里等地均可見到該斷裂出露。馬鞍山出露點所取的斷層泥的TL年齡為8.11±0.56萬年。

從第四系等厚線的展布來看，東北起自東江北干流的沉積中心，經石樓、沙灣、東鳳至潭江下游的沉積中心，連成一條十分醒目的北東向的沉積帶，顯示這條斷裂的位置。此外，宋代濱線（1000a）也大致沿該斷裂展布。

2.3.3 東莞-厚街斷裂

區域上歸為河源斷裂帶，又稱“東莞斷裂”，走向40°～50°，為正斷層。

區內多為第四系覆蓋。在黑白衛星照片上，沿東莞盆地南緣經珠江口至橫欄一帶表現為一暗色的色帶及北東向的線狀水系。在珠江三角洲平原中，北西向水系遇斷裂發生拐彎，河流走向轉為北東向。在中山黃圃至三角鎮之間布置兩條測線進行斷層氡氣測量，在大圍、新圍之間的北東向河流兩側出現兩個特高異常帶，與河流走向較一致，其最高異常值分別達328脈沖/分和269脈沖/分，反映上述兩個地段的異常帶相應地下基巖存在北東向斷裂。往南西至中山東升鎮一帶，第四系鉆孔剖面顯示，遇斷裂第四系沉積厚度出現突變，表現出同沉積斷裂特征，反映斷裂自晚更新世（約40000a）以來一直都有活動。

2.3.4 橫瀝～虎門斷裂

屬于紫金-博羅斷裂帶，走向35°～60°，傾向南東，傾角40°～55°，局部達65°，早期逆斷層，晚期正斷層。

自寮步鎮黃菊元村一帶進入區內，向南西經虎門、橫瀝至橫欄、小崗一帶，區域內延長約60km，寬約30m～60m。

北段寮步—虎門一帶，地表斷續出露，結構面呈舒緩波狀；地貌上沿斷裂表現為長條狀山脊或平直的溝谷。發育寬約30m～60m不等的構造巖帶，可分為下盤帶、前鋒逆沖帶及上盤帶三部分。下盤帶為白堊紀百足山組紫紅色粉砂質泥巖，發育左旋斜列透鏡體。該帶寬度大于10m。前鋒逆沖帶，寬度約為10m～40m，主要巖性為構造片巖，發育S-C面理及拉伸線理，C面理產狀為110°∠41°，S面理表現較弱，走向大致為225°，線理產狀40°∠30°。在構造片巖內，發育有被拉長的石英透鏡體，指示左旋逆沖剪切。上盤帶主要發育有硅化碎裂巖、構造角礫巖、碎裂中細粒花崗巖及硅化中細粒花崗巖。在靠近前鋒逆沖帶處，見有脆性變形而形成的構造角礫巖及硅化碎裂巖，該處是脆性變形最強烈的部位，其寬度約2m左右，可見斷層泥經硅化作用及褐鐵礦化作用之后，又膠結了構造角礫巖碎塊，角礫以次圓狀，橢園狀為主，大小一般在5mm～15mm之間。帶內還發育有黃鐵礦化、褐鐵礦化小脈及小團包。并見有數條平行排列的石英脈，脈寬約10mm～50mm。在硅化碎裂巖及構造角礫巖之后，為碎裂中細粒花崗巖、硅化中細粒花崗巖，寬度大于8m。巖石組構格式為含點極密的大圓環帶型，環帶軸右傾指示構造變形為左旋逆沖推覆，點極密向菱底面滑移所形成，指示中低溫、高應變速率的脆性變形環境，在該環境中，巖石經歷了剪切—碎裂—硅化膠結過程。另外，環帶梯度小、變形不強來看，該期逆沖推覆在該樣品中影響不強，且后期改造不明顯。

南段發育于珠江三角洲盆地，大致沿萬頃沙、港口一線展布，在中山三角，港口一帶第四系等厚線出現同向扭曲，以及厚度大于40m的沉積中心的展布暗示斷裂帶的位置。

2.3.5 糞箕山斷裂

區域上屬銅湖斷裂南段，總體走向50°～60°，傾向南東，傾角50°～60。該斷裂主要經歷了兩期變形，早期逆斷層，晚期正斷層。區域上屬銅湖斷裂南段，沿大朗—長安一帶分布，區內長約40km。空間展布上具舒緩波狀，地貌上沿斷裂表現為長條狀山脊。該斷裂主要經歷了兩期變形，主期變形為逆沖推覆，使震旦紀地層逆沖于三疊紀小坪組之上。馬鞍山一帶見元古代石英巖覆于石英斑巖之上，在斷裂的下盤近斷裂面處，形成寬約40m的構造巖帶，由構造片巖、硅化碎裂巖組成；在破碎帶內，還發育許多條呈雁行排列的石英細脈。

在巖組圖上，巖石組構格式為大圓環帶和邊緣混合疊加型，主期為右傾大圓環帶，環帶軸在Z軸右側開角約32°，反映主期變形為左旋逆沖推覆，環帶中主強點極密由菱面滑移所形成，反應為低溫，次強點極密由柱面滑移所形成，指示主期變形可能經歷了韌性（糜棱巖化）—脆性（碎裂巖化）的轉變過程。后期疊加了不含點極密的右傾邊緣環帶，環帶不完整，指示后期還疊加了一定程度的脆性右旋滑脫引張。

3 調查方法的選取

通過對調查填土區域現場踏勘，發現調查區存在較多建筑垃圾，整體呈分布分散、填埋無規則的特點，無法判別場地表層土壤下方具體填埋情況。同時，未能獲得任何關于調查區填土工程設計、作業施工等相關資料，結合以往同類項目經驗，本次調查擬參考常見的地質調查技術手段，對地下填埋物質體量及其分布進行探查。常見的地質調查技術方法有物探、化探、鉆探和槽探等，各方法可行性比選如表1所示。

表1 各種地質調查技術方法適用性比選

由表1可知，地質調查常用的物探、化探、鉆探、槽探技術各自適用性上存在不足，須物探、鉆探兩種方法相互結合、相互驗證，以滿足本次調查工作的需要。其中，物探工作主要作用是掃面，通過響應數值差異反衍，查明場地內填土層厚度、埋深及起伏形態，同時結合鉆探成果進行驗證，對紅線范圍內的填土方總量進行計算；鉆探工作主要為查明填土層厚度、分層及各層填土性質，驗證物探工作成果，同時滿足各類監測樣品采集工作需要。

3.1 物探方法選取

工程物探勘察項目在市場上主要采用高密度電法、地質雷達法、淺層地震法，這些方法與場地地下介質的性質密切相關，因此先簡要介紹場地內地下介質概況，再對比上述物探方法的優缺點，結合我單位以往工作經驗，綜合確定本次調查采用的物探方法。

3.1.1 場地地球物理條件

根據已收集的項目地鄰近地塊工地地質資料，結合現場踏勘，場地地層按成因自上而下可分為：第四系人工填土層（Q4ml）、第四系海陸交互沉積層（Q4mc）、基巖分為上第三系砂巖（N1）及下古生界花崗巖（Pz1）。

3.1.2 高密度電阻率法

高密度電阻率法的物理前提是地下介質間的電阻率差異。其工作原理如下。

高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，也稱自動電阻率系統，是直流電法的發展，其功能相當于四極測深與電剖面法的結合（如圖1、圖2所示）。通過電極向地下供電形成人工電場，其電場的分布與地下巖土介質的電阻率ρ的分布密切相關，通過對地表不同部位人工電場的測量，了解地下介質視電阻率ρs的分布，根據巖土介質視電阻率的分布推斷解釋地下地質結構。該方法對圍巖的含水情況特別敏感，圍巖破碎含水，其視電阻率明顯降低，完整、堅硬巖土的視電阻率明顯高于斷層帶或破碎帶和富水帶圍巖的視電阻率。這種方法原理清晰，圖像直觀，是一種分辨率較高的物探方法。近年來隨著計算機數據采集技術的改進，使勘探效率大大提高，增大了剖面的覆蓋面積和探測深度，在強干擾的環境下也能取得可靠數據，大大地提高了信噪比，可準確地探測地質體。該方法在工程與水文地質勘探和礦產、水利資源調查、垃圾填埋場調查中有著廣泛而成功的應用。

圖1 高密度電法工作示意圖

圖2 高密度電法數據反衍示意圖

3.1.3 地質雷達法

地質雷達法地質雷達探測是一種以被測體內部不同介質的介電常數差異為基礎的物探方法。通過野外測試和了解，考慮本測區巖土層介質物性參數差異不大，垃圾填埋場毗鄰海邊，淤泥層含量較大，嚴重影響低頻信號，探測深度較淺，另外場地垃圾最大埋深約20m，無法滿足場地探測深度要求，所以地質雷達法不是最佳探測方法。

3.1.4 淺層地震法

淺層地震法是利用人工激發地震波在巖土介質中的傳播規律，探測淺部地質構造或測定巖土物理力學參數、進行物性分層、尋找構造帶的一種地球物理勘察方法。當人工激發產生的地震波在向地下介質中傳播時，由于人工填土（雜填土、素填土及建筑垃圾、混合固體廢棄物等）與原狀土在波阻抗方面差異不大，無法區分填土、原狀土的分層界面，現場垃圾填埋場毗鄰海邊，存在大量淤泥層和積水，嚴重吸收低頻信號，影響探測深度，所以淺層地震法不是最佳探測方法。

3.1.5 物探方法選取結果

本次調查場地內上部為人工填土，電阻率一般為10～幾十Ω.m，場地的下部原狀土多為淤泥，其電阻率一般為0.5～幾Ω.m。因此，人工填土和原狀土的電阻率與周邊的風化殘積土體存在較明顯的電阻率差異，具備綜合物探工作的地球物理前提。通過對高密度電法數據處理、解釋，繪制成圖，得到物探綜合解釋斷面圖，經分析計算，得出各測線填土、原狀土的分層界面。

因此，本次選取高密度電阻率法作為本次調查工作的物探工作方法。本次電法數據采集使用的儀器為GEOPEN公司生產的E60B型高密度電法儀和終端選址開關電極及專用電纜設備。

本次勘察使用裝置為：點距3m、60個電極、排列長度180m，勘探深度最大超過60m，滾動覆蓋。

3.2 物探布設原則

3.2.1 測線布設原則

由于場地范圍大，場地環境復雜，在優先保證達到物探工作目的的基礎上，確保地質調查工作工期質量可控，確定本次物探測線線距為40m。

3.2.2 測線放設原則

物探線放測由測量專業技術人員現場實地放測，原則上每條物探線上起訖點、每隔50m放測一個測點，野外測點用木樁結合紅布條或紅布袋標示。

3.2.3 測深控制原則

根據已收集資料分析，場地內回填土厚度普遍在10m～20m，由于存在擠淤區，部分地段填土厚度≥20m，因此物探工作測深30m。

3.2.4 解譯工作原則

由于工作時間緊、數據量大，解譯工作人員必須參與到現場實物工作中，同時及時結合鉆探工作成果對物探數據進行驗證反演，在確保解譯工作質量的基礎上，加大人員投入縮短工期。

3.3 鉆探布設原則

3.3.1 勘探線布設原則

本次鉆探勘探線布設方向為與物探線布設方向垂直，各鉆探點須布設于物探線上，線距為100m，點距為160m。

勘探線上勘探點點位由測量專業技術人員現場放測，由于場地限制或需根據實際情況調整鉆孔孔位的，有專業技術人員現場實地調整，調整原則為沿勘探線走向調整，且應盡量靠近勘探線，同時調整后的孔位在終孔后測量專業技術人員現場復測。

3.3.2 孔深控制原則

本次地質調查鉆孔終孔原則以揭露原狀為準，是否原狀土具體有調查單位專業技術人員現場判定，結合以往資料分析，大部分鉆孔孔深在10m～20m之間，部分區域鉆孔由于擠淤其孔深大于20m。

4 物探與鉆探驗證分析

為驗證本項目中選用的物探方法在該場地調查中是否有效，特選擇場地中zk45巖芯樣與該鉆孔所在物探線上物探工作形成的解譯圖進行對比，如圖3。

圖3 zk45附近物探與鉆探成果驗證圖

結合鉆孔資料與物探的成果進行綜合分析；在物探資料10米左右存在明顯的界面，上部電阻率10Ω·m～35Ω·m，而下部2Ω·m～9Ω·m，呈階梯狀，結合鉆孔zk45分析，0m～10m為素填土，10～12淤泥，淤泥與素填土（包括其他垃圾類型）存在明顯電阻率差異，因此高密度電法在此類勘察中行之有效的，效果比較明顯。

5 結論

本次地質調查通過物探及鉆探結合的方式，達到了查明調查地塊各類填土存量，判斷填土類型的目的。隨著環保越來越受到各地的重視，污染場地調查工作在開展過程中也可能遇到各種不同場地類型，在不明確填埋物類型、埋深、范圍的情況下，物探可作為一種方法選擇，為調查工作提供有力的支撐。