高密度電法在污染源調查中的應用

費運良，降向正，張大勇，高飛翔，劉 影

(長春黃金研究院有限公司)

某選礦廠采用全泥氰化生產工藝，生產過程中產生的氰化尾礦漿經壓濾機脫水后，生成含水約20 %的濾餅，運輸至鋪有防滲膜的尾礦庫內堆存。該選礦廠在例行監測時發現，15#地下水監測井(下稱“15#井”)中地下水污染物質量濃度超標，其中1號尾礦庫、2號尾礦庫、選礦廠及周邊企業尾礦庫均可能對15#井造成污染。為保護地下水環境、盡快找到地下水污染源頭，組織開展了地下水污染源調查。運用高密度電法對15#井附近地塊的物理性質進行勘探[1]，并結合已知水文地質資料、各監測井的檢測數據對流經15#井的地下水滲流通道進行分析，最終確認該選礦廠的2號尾礦庫為15#井地下水污染的源頭。研究結果為該選礦廠下一步整改方案制定及實施提供指導及依據。

1 地質特征

1)三疊系郭家山組(Tg)：巖性由一套灰色薄層狀泥晶灰巖、淺灰色中厚層狀含鮞灰巖、灰白色塊狀含鮞灰巖組成，屬于淺海相—陸相沉積巖。

調查區地下水類型為第四系松散巖類孔隙裂隙水，含水層主要為松散的洪積相砂礫卵石，底部灰巖等為其相對隔水底板。含水層富水性取決于含水層厚度及滲透性能，縱向上在2號尾礦庫北面溝谷，自北至南含水層厚度逐漸變厚，富水性逐漸增強；在2號尾礦庫南側區域，總體來說從北向南含水層厚度逐漸變厚，富水性逐漸增強。

調查區埋深30～50 m為基底，基底以上為腐殖土、粉土與卵石層，層位存在一定的電阻率差異，且表層大部分為導電條件良好的草地。本次調查區地質條件符合高密度電法勘探要求[2]，因此采用該方法進行污染源調查。

2 高密度電法

高密度電法是基于直流電阻率法基本原理，利用微機程控技術，集電剖面法和電測深法于一體，沿剖面一次性陣列方式布極，實現各類裝置、不同排列極距的電阻率監測，從而獲取測量剖面下方地電斷面分布信息的方法[3-4]。目前，高密度電法野外工作裝置形式較多，總電極數與點距可根據場地條件與探測深度任意選擇[5-6]。根據前期試驗結果及對收集資料的分析，本次勘探選擇試驗效果較好的溫納裝置。

經現場踏勘，可疑污染源有選礦廠、1號尾礦庫、2號尾礦庫及周邊企業尾礦庫。為最終確定污染源，在調查區內共設置8條高密度電法測線。測線位置及周邊概況見圖1。

圖1 測線位置及周邊概況簡圖

3 結果與討論

3.1 污染源及污染路徑調查

為對15#井的污染源及污染路徑進行初步調查，共布設8條測線，測線上測點間距均為5 m。各測線電阻率反演圖見圖2～9。

圖2 測線1電阻率反演圖

圖3 測線2電阻率反演圖

圖4 測線3電阻率反演圖

圖5 測線4電阻率反演圖

圖6 測線5電阻率反演圖

圖7 測線6電阻率反演圖

圖8 測線7電阻率反演圖

圖9 測線8電阻率反演圖

測線1在180 m附近經過18#井，剖面整體電阻率呈地表較高、深部較低的特征。結合資料分析，地表電阻率高低分布不均勻是由淺部淡黃色粉土與青灰色卵石混合導致，粉土層質地均勻表現為低阻異常，電阻率小于200 Ω·m；卵石層表現為高阻異常，電阻率大于200 Ω·m，深度為0～40 m。深部大于40 m區域由于處于地下水下游位置，圍巖空隙含水率較淺表層高，且分布較為均勻，電阻率整體小于200 Ω·m，在110 m、160 m深24 m附近有低阻凹陷，推測為地下水滲流通道。

測線2在230 m附近穿過15#井，并在290 m附近靠近16#井。剖面深度50 m內電性差異明顯，地表左側為山脊強風化灰巖礫石，右側為含水率較低的腐殖土與卵石層，深度0～20 m，呈現高阻異常現象。剖面主要存在3處低阻異常，第一處在100～150 m、深度20～80 m處，異常呈塊狀、東低西高傾斜，推測為沿山脊橫向延伸的2號尾礦庫西北側向東南側地下水滲流通道；第二處在160～230 m、深度20～40 m處，推測為15#井下方受污染地下水的滲流通道；第三處在240～300 m，異常呈明顯團狀，推測為受污染地下水的滲流通道。電阻率反演剖面右側下方推測為富水性砂礫卵石，總體電阻率小于150 Ω·m。

測線3西側從山脊底部到東側穿過進廠公路，地表由一層腐殖土和少量含水卵石夾沙土組成，電阻率大于200 Ω·m。0～50 m處為山體，其主要由灰巖組成，電阻率大于1 000 Ω·m，呈現高阻異常現象；60～150 m處呈現低阻異常現象，推測為沿山脊由 2號尾礦庫西南側流向地塊東南側的地下水滲流通道；260～400 m處有2處明顯低阻異常，推測為流向15#井受污染地下水的滲流通道；剖面右側下方呈現低阻異常現象，推測其為富水性砂礫卵石，總體電阻率小于150 Ω·m。

測線4地表由一層腐殖土和少量含水卵石夾沙土組成，電阻率大于200 Ω·m。60～250 m底部的電阻率整體小于200 Ω·m，主要由含水率較高的卵石夾泥沙組成，推測為沿山脊延伸的2號尾礦庫西北側向東南側地下水滲流通道；在280 m與340～380 m處可見2處明顯低阻異常，其含水率較高，推測為流向15#井受污染地下水的滲流通道；剖面右側下方呈現低阻異常現象，推測其為富水性砂礫卵石，總體電阻率小于150 Ω·m。

測線5是為重點觀測9#井附近地下水分布情況而布設的，130 m處為9#井，且260 m處靠近10#井南側。在電阻率反演圖上明顯可見3處低阻異常，分別于70～80 m、120～135 m、160～190 m處。結合現場情況與鉆探資料分析，3處低阻異常可能都是2號尾礦庫受污染地下水的滲流通道，經卵石空隙流出，圍巖由相對隔水的灰巖組成。

測線6在0～450 m、深度30 m處電阻率基本大于400 Ω·m，為少量含水卵石與砂礫；深度大于30 m時的整體電阻率較地表低，且分布不均勻，推測深部卵石與砂礫中富水性增加。在430～450 m的低阻異常區與尾礦庫東南角對應，推測為2號尾礦庫受污染地下水的滲流通道。470～550 m經過山前，地表可見明顯坡積物，基巖基本出露，電阻率大于1 000 Ω·m;底部有2處明顯低阻異常，電阻率小于30 Ω·m，推測此為含水區。

測線7沿壩頂布設，兩側分別布設到西側壩底與東側壩肩，地形起伏明顯。30～360 m為尾礦庫區域，壩體含水率較高，電阻率為60～200 Ω·m，與壩體內側有防滲膜及庫內長期灑水抑塵有關；360～500 m東側壩肩為山體，主要由灰巖組成，呈高阻異常現象，與實際地質情況吻合。壩體與大地接觸面(標高3 433 m)以下的剖面上明顯可見3處低阻異常，結合已知的資料推測：60～110 m可能為地下水滲流通道；200 m附近異常可能與壩體內側有防滲膜及庫內長期灑水抑塵有關；300～340 m依靠山體，明顯低阻異常，且低阻區域高于壩體與大地接觸面，推測此范圍可能為2號尾礦庫滲漏至地下水的滲流通道。為判斷300～340 m是否存在尾礦庫滲漏，需對尾礦庫東側進行進一步驗證。

測線8 350 m處為排水溝，排水溝兩側電性差異明顯，東側為山坡牧場，電阻率整體大于400 Ω·m，西側為1號尾礦庫下游平地；200～350 m地表電阻率不高，小于30 Ω·m，有明顯淺表積水現象，低阻異常因體積效應有向下滲透現象，中間被一高阻地質體隔斷，結合鉆孔推測為灰巖。測線8僅在200～350 m可能形成地下水徑流的富水區，但該區域地下水(1#～4#井)污染物質量濃度均未超標，可初步排除1號尾礦庫造成15#井污染的可能。

由測線1～7探測結果可得電阻率明顯較小區域的走勢圖，結合已知地質資料可知流經15#井的地下水滲流通道與滲流方向(見圖10)。

圖10 流經15#井的地下水滲流通道與滲流方向圖

由圖10可知：流經15#井的地下水主要來自2個方向，一是來自2號尾礦庫西南側，沿山體向東南方向延伸，此方向地下水(1#井、5#井、7#井、8#井、11#井、13#井)污染物質量濃度均未超標；二是來自2號尾礦庫東南側，一直向南延伸至15#井，此方向地下水(6#井、9#井、12#井)污染物質量濃度超標，初步判斷2號尾礦庫東南側滲流通道內的地下水是造成15#井地下水污染的原因。

3.2 尾礦庫重點區域探測

為進一步判斷2號尾礦庫東南側滲流通道內的地下水是否受到2號尾礦庫的污染，在其東側布設3條 測線，即測線9、測線10、測線11(見圖10)，測線間距為10 m。每條測線測點間距為5 m、測量物理點為40個、測線長度為200 m。各測線電阻率反演圖見圖11～13。

圖11 測線9電阻率反演圖

圖12 測線10電阻率反演圖

圖13 測線11電阻率反演圖

從圖11～13可看出：測線9與測線10均在70 m處見明顯的壩體與尾礦電性分界線，并在壩前形成明顯積水的低阻異常區，且異常下方未見明顯異常邊界；2條測線相隔僅10 m，平行布置，測線所經地地質情況基本一致，電阻率反演圖地質特征一致性很高，檢驗了儀器設備的可靠性[4]。測線11與測線9、測線10下方的地質情況稍有差異，在45 m附近可見明顯分界，壩前低阻異常區底部有明顯分界線。綜合可知，測線9～11下部存在受污染水滲入地下的情況，即2號尾礦庫內受污染水會通過東南側區域對地下水造成污染。

4 結 論

1)通過對已知山體、壩體、監測井的識別，以及測線9與測線10電阻率反演圖地質特征的一致性，表明高密度電法探查地下水滲流通道方法的可行性，儀器設備的可靠性與數據采集和處理工作的真實有效性。

2)從測線1～7污染路徑分析可知，在2號尾礦庫東南、西南兩側均存在地下水滲流通道流經15#井。結合監測井的檢測數據可初步判斷,2號尾礦庫東南側的滲流通道是導致15#井污染物質量濃度超標的原因。

3)測線8僅在200～350 m處可能形成地下水徑流的富水區。結合地下水檢測數據可排除1號尾礦庫造成15#井污染物質量濃度超標的可能。

4)測線9～11下部存在受污染水滲入地下的情況，即2號尾礦庫內受污染水會通過東南側區域對地下水造成污染。

5)結合水文地質資料、檢測數據可知，2號尾礦庫內受污染水通過東南側區域對地下水造成污染，同時受污染的地下水通過地下水滲流通道擴散至15#井，造成15#井污染物質量濃度超標。