探地雷達與鉆孔數據聯合解譯在場地環境調查中的應用

摘要：本文采用探地雷達與鉆孔數據聯合解譯的方法進行固廢探測、地下水調查，通過鉆孔標定和反射異常解譯來判別目標地質體的分布范圍。經鉆孔驗證，探地雷達與鉆孔數據聯合解譯成果可較真實地反映場地地質特征和目標體分布，為后續環境調查提供基礎數據。

關鍵詞：場地環境調查；探地雷達；聯合解譯；環境保護

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.016

Abstract： In this paper， the method of joint interpretation of ground penetrating radar and borehole data is used for solid waste detection and groundwater investigation， and the distribution range of target geological body is identified through borehole calibration and reflection anomaly interpretation. Through borehole verification， the joint interpretation results of ground penetrating radar and borehole data can truly reflect the geological characteristics of the site and the distribution of target bodies， thus providing basic data for subsequent environmental investigation.

Keywords： site environmental investigation; ground penetrating radar; joint interpretation; environmental protection

改革開放以來，我國經濟快速發展，工業行業做出了巨大的貢獻。近年來，隨著國家提出高質量發展的要求，工業污染問題亟待解決。場地環境調查是污染治理的前提，土壤和地下水是場地環境調查的主要目標。近年來，學者對地球物理勘探進行了大量研究，尤其是探地雷達在污染場地調查中的應用。張輝等[1]利用探地雷達快速檢測加油站地塊可能存在的污染滲漏點，并預測滲漏污染風險。葛佳等[2]研究探地雷達應用于石油類有機污染場地調查的可行性，并分析方法有效性。葉騰飛等[3]分析環境地球物理在污染場地調查中的應用前景，提出探地雷達具備探測場地污染物的能力。目前，探地雷達已在場地環境調查中廣泛應用。探地雷達是一種基于電磁反射差異的物探方法，研究發現，在污染場地調查中，探地雷達數據受地形、表層回填土濕度以及地下水等多種因素影響，可造成解譯結果偏差較大。因此，本文提出探地雷達與鉆孔數據聯合解譯，以提高數據解譯的可靠性。

1 探地雷達方法原理

探地雷達的基本原理是基于電磁波的傳播特性，由發射模塊向地下介質以寬頻帶、短脈沖的形式發射高頻電磁波，部分電磁波由于不均勻體反射回到接收模塊，雷達主機對接收的反射信號進行處理，處理軟件以圖像的形式呈現各反射層的電磁信號發射特征，通過人工或計算機解譯識別地下地質體。作為一種電磁法，探地雷達可以識別地下不同地質體的介電常數差異，進而識別分界面。電磁波在真空中的傳播速度與光速相等，計算公式為

2 固體廢物探查

2.1 工業固體廢物填埋場地環境調查

一般工業固體廢物是指未列入《國家危險廢物名錄（2021年版）》或者根據《危險廢物鑒別標準 通則》（GB 5085.7—2019），判定不具有危險特性的工業固體廢物[5]。非法傾倒、掩埋工業固體廢物對生態環境有巨大的破壞作用，但因其填埋地下，探查難度大。此類調查常采用地球物理勘探結合鉆探的方法對疑似填埋區域實施面上工作，探地雷達即為探查淺部填埋物的常用地球物理勘探方法之一。

2.2 場地概況

某主干道路下可能掩埋污泥等固體廢物，需要進行地質勘查。鉆探對道路破壞較大，不宜大面積實施，因此采用雷達掃面結合少量鉆孔，以明確道路下固廢掩埋情況。場地平面尺寸約為500 m×46 m，部署探地雷達測網，線距為10 m，采用連續剖面施測，部署鉆孔6口，其中4口為標定鉆孔，2口為驗證鉆孔。標定鉆孔顯示，探測范圍內巖土層分布比較簡單：表層為碎石瀝青混合固化層，厚約為0.2 m；固化層之下為素填土，厚為0.6～1.0 m，以黏土為主，含少量碎石；底部為雜填土，厚度大于4 m，粉質黏土充填，局部見少量固廢。

2.3 雷達數據處理反演

雷達數據要經過處理和反演，最終以反演斷面的形式為解譯提供依據。雷達記錄文件要經過零線校正、帶通濾波、背景去噪、線性增益和平滑增益等處理。地質雷達是基于反射波信號延時來確定地質體深度的，因此要對信號零點進行調整，標定地面初至波；帶通濾波是通過濾波器盡可能去除干擾信號；背景去噪與常用的殘差法原理類似，是通過減去背景場強調異常場，對弱異常有較好的突出作用；線性增益和平滑增益實際上是放大不同類別的異常特征。

地球物理勘探中，反演是指以實際采集的電阻率、密度、速度等原始數據為基礎，通過相應方法的計算，獲得空間點的某類物理屬性分布模型。反演是基于多次正演求取最優解的過程。因此，通過研究鉆孔數據及其物性資料，建立巖土-地球物理模型對于數據反演有重要作用。本場地巖土-地球物理模型相關參數如表1所示[4-6]，雷達反演斷面如圖1所示。

2.4 反演斷面與鉆孔數據聯合解譯

圖1雷達二維反演及鉆孔聯合解譯斷面顯示，表層約1 m以淺反射清晰連續，多個連續薄層反射是表層瀝青固化層以及壓實的素填土的分布特征；1 m以下各反射層出現間斷，反映雜填土組分較復雜，各組分薄層連續性較差；局部反射雜亂，呈透鏡狀局部分布，是污泥的反射特征，結合標定鉆孔BK02數據分析，推斷了污泥分布區W1，并根據W1的反射特征，推斷了污泥分布區W2。W1距離起點7～45 m，深度為1.5～2.8 m，標定鉆孔BK02穿過該層；W2距離起點69～96 m，分布深度為1.0～2.4 m，經驗證鉆孔ZK01揭露于90 m處，污泥分布在1.3～2.4 m深度，相比雷達斷面解譯，在1.4～2.2 m有少許誤差。其他斷面解譯亦與驗證鉆孔相符，探地雷達結合鉆孔用于探查污泥固廢具有較可靠的精度。

3 地下水調查評估

2020年，生態環境部發布《生態環境損害鑒定評估技術指南 環境要素 第1部分：土壤和地下水》（GB/T 39792.1—2020），指出對于損害范圍較大、需要初步查明近地表地層介質及特殊構造分布、不便于大范圍開展鉆探工作的情況，優先選擇物探手段對區域進行識別，確定重點區域，指導后續的鉆探或水文地質試驗工作，通過鉆探驗證進一步確定重點區域關注問題[7]。探地雷達對淺層地下水、滲濾液及包氣帶等水文地質要素的探測有良好的效果，故在地下水調查評估中廣泛應用。

3.1 調查背景與工作部署

某非正規填埋場周邊監測發現，地表水有部分指標超標，有必要對填埋場及周邊進行系統的地下水調查及污染擴散風險評估，以獲取填埋場周邊含水層分布情況，為后續環境調查提供基礎數據。在填埋場及周邊部署探地雷達測網和少量水文井，分析含水層分布情況。

3.2 斷面解譯

以場地北部的GL04線為例，測線沿東西向分布，長為200 m，探測深度為10 m，根據場地條件，沿測線部署水文井SW02。SW02鉆探結果顯示，深度0.0～0.7 m為雜填土，0.7～4.9 m為粉砂，4.9～7.0 m為粉質黏土。潛水含水層分布在粉砂層中，潛水水位埋深為2.3 m，含水層底板埋深為4.9 m。探地雷達斷面顯示，在全線淺部0.0～1.5 m深度，雜填層明顯呈多層反射。距離起點32～58 m、深2～5 m范圍上下界面均有明顯的反射，結合鉆孔數據，該段為含水層位置。距離起點79～96 m、深1.6～4.6 m范圍亦有含水層反射特征。反演及聯合解譯細節如圖2（a）所示。

3.3 綜合成果

如圖2（b）所示，高程色譜表示粉質黏土標高，粉質黏土因滲透率低可視為相對隔水層，即含水層底板。由此可見，填埋場范圍內粉質黏土標高普遍大于場地外圍，僅在西北緣及東部局部較低。根據潛水含水層的分布特征可以預測，該填埋場地下水有兩處排泄通道，徑流方向均是由填埋場向西北部、東部流動。

4 結論

探地雷達可應用于淺部掩埋的固體廢物探查、地下水調查等環境調查，結合鉆孔數據進行綜合解譯，可以取得比較可靠的成果。采用探地雷達進行地球物理勘探時，應注意淺部地下水的影響，如條件允許，可在多條測線部署標定鉆孔，提高解譯精度。在滲濾液、有機物等目標體較小且反射較弱的探測工作中，建議首先在已知鉆孔上部署探地雷達開展試驗，獲取合理的參數，以提高反演、解譯的可靠性。

參考文獻

1 張 輝，陳小華，付融冰，等.加油站滲漏污染快速調查方法及探地雷達的應用[J].物探與化探，2015（5）：1041-1046.

2 葛 佳，陳 敏.地質雷達應用于石油類有機污染場地調查的可行性研究[J].上海國土資源，2015（1）：73-75.

3 葉騰飛，龔育齡，董 路，等.環境地球物理在污染場地調查中的現狀及展望[J].環境監測管理與技術，2009（3）：23-27.

4 梁可尊.超寬帶探地雷達淺層目標探測技術研究[D].廣州：華南理工大學，2013：15-16.

5 徐淑民，陳 瑛，滕婧杰，等.中國一般工業固體廢物產生、處理及監管對策與建議[J].環境工程，2019（1）：138-141.

6 鄒寶剛.雷達法檢測瀝青路面厚度影響因素分析[J].天津建設科技，2018（4）：36-38.

7 生態環境部，國家市場監督管理總局.生態環境損害鑒定評估技術指南 環境要素 第1部分：土壤和地下水：GB/T 39792.1—2020[S].北京：中國環境出版社，2020.