感應(yīng)電磁法及高密度電法在冶煉廠垃圾物填埋場的調(diào)查應(yīng)用

李劍琦

（湖南省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，湖南 長沙 410000）

當(dāng)前在探測垃圾填埋等問題的過程中，地球物理方法應(yīng)用越來越多，其是透過非破壞性的方式，對(duì)地底下的填埋物和地層構(gòu)造做量測，除了不須鉆孔的特點(diǎn)之外，還能透過大范圍的量測得到連續(xù)性的剖面數(shù)據(jù)，從而了解地下垃圾填埋體的分布的范圍與深度，補(bǔ)足傳統(tǒng)調(diào)查的缺點(diǎn)，達(dá)到相輔相成的作用。已成為一項(xiàng)不可缺少的重要手段。

1 地球物理特征

地球物理方法對(duì)垃圾填埋場探測主要是依據(jù)垃圾與周圍介質(zhì)的物性差異，選擇合適的調(diào)查方法技術(shù)，建立可行的評(píng)估判斷方式或測量準(zhǔn)則，分析推斷垃圾的分布和運(yùn)移的情況。

下表給出了一些常見巖石和介質(zhì)的電阻率、介電常數(shù)及其變化范圍，這些參數(shù)是地球物理方法探測的工基礎(chǔ)。

表1 不同巖石和介質(zhì)的電阻率變化范圍

2 地球物理方法介紹

2.1 高密度電法介紹

電阻率法主要是依據(jù)介質(zhì)的電阻率差異為基礎(chǔ)，探測供電電流及電壓，從而計(jì)算視電阻率特征，并推斷可能地層及異常分布特征。

高密度電法其基本理論與電阻率法完全相同，所不同的是其在探測中采用陣列式布設(shè)電極，只需將全部電極布置在一定間隔的測點(diǎn)上，由主機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，所測結(jié)果即電阻率剖面。

2.2 感應(yīng)電磁法介紹

感應(yīng)電磁波法簡稱 EM 法。測量時(shí)地表供給發(fā)射線圈一變頻率的交流電，產(chǎn)生隨時(shí)間變化的原生磁場，由于地層存在導(dǎo)電率差異，依據(jù)冷次定律，此原生磁場將在地層內(nèi)產(chǎn)生的渦電流現(xiàn)象。若地下介質(zhì)不均勻，則在圍巖及局部的導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)的次生磁場。并通過地表的接受線圈探測次生磁場強(qiáng)度，可以借此了解地下地層導(dǎo)電性分布情形，進(jìn)而推測地層的電性構(gòu)造及異常體。

3 綜合物探工作

本次對(duì)位于某冶煉廠的填埋場進(jìn)行探測（以下簡稱“調(diào)查區(qū)域”），調(diào)查區(qū)域場地類型屬于非法傾倒，底部無土工膜等防護(hù)措施的非法掩埋場，本次以高密度電法及感應(yīng)電磁法進(jìn)行探測，以探測區(qū)域內(nèi)的填埋物分布范圍，為后期施工提供可靠信息。

3.1 探測方案

此次感應(yīng)電磁法探測（EM）采用人力背負(fù)天線在調(diào)查區(qū)域內(nèi)行走進(jìn)行探測，步行速度約為0.7m/s～1.5m/s，并搭配GPS進(jìn)行定位，以收集涵蓋整個(gè)調(diào)查區(qū)域的數(shù)據(jù)。調(diào)查區(qū)域內(nèi)EM探測軌跡路線圖如圖1（a）所示。

為了驗(yàn)證EM探測結(jié)果，使用高密度電法對(duì)調(diào)查區(qū)域進(jìn)行探測。此次高密度電法探測（ERT）采用溫奈-施蘭卜吉排列法，電極探棒間距為2m，共布設(shè)8條ERT測線，采用 GPS定位，皮尺定距的原則。測線布線圖如圖1(b)所示。

圖1 感應(yīng)電磁法及高密度電法測線布置圖

3.2 物探剖面解釋

3.2.1 感應(yīng)電磁法成果解釋

根據(jù)現(xiàn)場踏勘結(jié)果，調(diào)查區(qū)域地塊符合較濕和地下水含鹽堿等情況，因此取其不同土質(zhì)類型的土壤電阻率近似值來進(jìn)行EM成果圖的色階分層。

圖2 感應(yīng)電磁法探測成果圖

EM導(dǎo)電度探測結(jié)果分析：

由成果可知，場地存在一個(gè)貫徹場地南北方向的相對(duì)高導(dǎo)區(qū)域，呈條狀，結(jié)合歷史影像可知該高導(dǎo)與場區(qū)內(nèi)的路吻合，為早期的路徑，且下方可能存在高導(dǎo)的異常。

且根據(jù)不同的頻段導(dǎo)電度可知，整體上每個(gè)頻段導(dǎo)電度分布均較為均勻，只有（1）呈現(xiàn)相對(duì)高導(dǎo)，建議優(yōu)先關(guān)注，其他區(qū)域分布均勻，且隨深度增加，導(dǎo)電度增加，推測場地可能存在大面積垃圾填埋或者受地下水及高導(dǎo)地層干擾，需結(jié)合ERT成果分析。

3.2.2高密度電法成果解釋

高密度電法具有分辨率高、準(zhǔn)確性高及探測深度深的優(yōu)勢(shì)，適用于探測各式地層分布及水文地質(zhì)分布，處理后的電性地層圖可完整呈現(xiàn)地下環(huán)境特征。

圖3 高密度電池探測成果圖

由高密度電阻率剖面柵狀圖可知，場區(qū)整體測線電阻率可大致分為2層。其中，第一層為電阻率大于20 Ohm-m的連續(xù)的相對(duì)高阻層，平均埋深約深度約為0.5m～5m，局部最大掩埋深度可達(dá)8m，上圖黃-紅色表示。第二層為電阻率范圍介于0.1-20 Ohm-m的相對(duì)低阻層，位于第一層以下，上圖藍(lán)-綠色表示。

結(jié)合現(xiàn)場資料及電阻率特性推估，第二層的相對(duì)低電阻區(qū)域，平均埋深5m以下，推測該區(qū)域?yàn)橛倌噘|(zhì)黏土區(qū)域或細(xì)顆粒土層材料所致，與EM探測結(jié)果相似。而第一層的相對(duì)高阻層，推斷為非法填埋區(qū)，且異常橫向連續(xù)性較好，故推測非法填埋物為整體連續(xù)填埋。

同時(shí)，結(jié)合EM的高頻段成果推測，非法填埋物分布于全場，平均埋深約0.5m～5m，厚度約4.5m，局部最大埋深可達(dá)8m，位于場區(qū)的西北角。

4 結(jié)論

（1）通常垃圾填埋物屬于大范圍掩埋場地，由于早期非常填埋，故底部多數(shù)防護(hù)膜等防護(hù)措施，經(jīng)探測結(jié)果分析填埋物與原始地層具有明顯電阻率辨識(shí)度，適用高密度電阻率法測量。

（2）環(huán)境地球物理方法主要目的是增加現(xiàn)場信息，由原本點(diǎn)的信息擴(kuò)及到面與體，并不是取代傳統(tǒng)檢測技術(shù)。有更多的現(xiàn)場信息更能驗(yàn)證環(huán)境地球物理方法的準(zhǔn)確性與時(shí)效性，與傳統(tǒng)鉆探取樣是相輔相成。