隱伏堆填體三維精細化勘察

康紅軍

(1.江蘇省地質局，江蘇 南京 210018； 2.江蘇華東地質建設集團有限公司，江蘇 南京 210007)

為了節約成本、生態意識薄弱加上管理不嚴格，舊填埋場防滲措施簡易甚至沒有鋪設防滲層，導致隱伏堆填體產生的有毒、有害滲瀝液向填埋場周邊土地滲透,進而與河流發生水力聯系，導致土地、河流污染，產生了隱伏堆填體二次環境問題。為了消除隱伏堆填體的二次環境問題，需要對其進行生態環境治理，而進行生態環境治理的前提是獲得其深度、厚度、平面展布及與周邊地層接觸關系等基礎信息。但舊填埋場常利用洼地、坑塘等改建，然后在堆填體上覆土形成隱伏堆填體，上述基礎信息缺失甚至沒有，影響了隱伏堆填體生態環境治理的設計，更談不上實施。

獲得隱伏堆填體生態環境治理所需的基礎信息，通常采用勘察孔、路線穿越法相結合的工作方法，上述工作方法不僅工作效率低，而且只能獲得勘察孔一維、表面二維有關隱伏堆填體的基礎信息，不能得到其三維分布特征。為了保護土地、河流，作者依托北方某工業固體廢物治理項目工程勘察，基于高密度電法[1-2]，結合勘察孔[3]、路線穿越法，獲得了工業固體廢物隱伏堆填體的三維分布特征，從而為生態環境治理的設計提供了基礎信息，為實施提供了保障，也為類似隱伏堆填體的精細化勘察提供了方法、儀器、測網布置、數據采集及反演技術等參考。

1 工程概況

填埋場大致呈現梯形，東西長約513 m、南北長約666 m；北側瀕臨小清河，西側緊靠杏花河，東側為引黃供水干渠；地形較為平坦，地面標高為11.72 m～15.35 m，東側略低(見圖1)。隱伏堆填體由爐渣、粉煤灰、脫硫石膏、鹽泥、白泥和廢水處理污泥等工業固體廢物組成。

環境部門檢查時發現，填埋場堆填大量工業固體廢物，表面沒有滿覆蓋，大部分堆填體底部無防滲措施，固體廢物產生的有毒、有害物質存在向四周土地、河流滲透擴散的潛在風險[4]，要求采取相應措施以阻斷隱伏堆填體中有毒、有害物質向周圍土地滲透、與河流、干渠的水力聯系，消除隱伏堆填體的二次環境問題。

2 三維精細化勘察

2.1 勘察孔、勘察線布置及勘察結果

為了消除隱伏堆填體的二次環境問題，需要給設計提供準確的地層信息[5]，為此，沿填埋場邊界,按25 m間距布設了86個勘察孔，編號A1-A86(圖1中僅標出了奇數勘察孔編號)；為了加強現場作業人員的勞動防護，防止工業固體廢物與作業人員皮膚接觸,吸入有毒、有害氣體造成的傷害，在填埋場內只布置了4條穿越勘察線，編號5-5，6-6，7-7，8-8，在穿越勘察線上布置了15個勘察孔，編號83，165，247，22，87，170，254，3，26，74，174，258，78，179，263，勘察孔間距90 m～156 m。勘察孔孔口標高從場地南側控制點引測，該控制點85高程為13.71 m。經過勘察，填埋場地層自上而下分為填土層、原狀土層兩層。

①填土層根據物理力學性質的差異分為三個亞層:①-1,①-2,①-3。

①-1雜填土：碎磚、混凝土塊石、碎石等建筑垃圾、生活垃圾，層厚0.2 m～4.9 m，層底標高3.1 m～14.90 m。①-2雜填土：堆填體，局部表面覆蓋粉質黏土等素填土，結構松散，局部夾混凝土塊石等，有較強烈刺激性氣味，層厚3.1 m～18.8 m，層底標高-4.2 m～11.10 m。①-3素填土：灰黃色～灰褐色，粉質黏土為主，夾貝殼、少量碎石，局部有堆填體，軟～軟可塑，堆填時間大于10 a,層厚0.9 m～8.6 m，層底標高-5.50 m～2.70 m。②原狀土層分為七個亞層，從上到下依次為②-1粉質黏土、②-2粉土、②-3粉質黏土、②-4粉質黏土、②-5粉質黏土、②-5A粉土、②-6粉質黏土。潛水賦存于①-1層、①-2層、①-3層及②-1層中；微承壓水主要賦存于②-2層、②-5A層中。①-1層、①-2層、①-3層及②-2層、②-5A層具有中等透水性；②-1層、②-3層、②-5層具有弱透水性；②-4層、②-6層具有微透水性。

通過勘察孔、勘察線獲得的填埋場地層上下分布特征、地下水發育情況和地層透水性能，為應用高密度電法有了充分的理由。

2.2 高密度電法三維勘察

通過勘察孔、穿越勘察線只能獲得一維、二維隱伏堆填體的基礎信息。為了獲得其三維基礎信息，經濟、有效的方法是工程物探方法，包括淺層地震法、地質雷達法和高密度電法。淺層地震法勘察成本高、分辨率低，地質雷達法對場地平整性要求高、勘察深度受地下水影響明顯，因此，淺層地震法和地質雷達法不適合本項目。高密度電法具有輕便易行、效率高、成本低、不受場地平整性限制的優點，可用已有勘察孔填土層、原狀土層信息精準標定層位、反演高密度電法現場勘察數據，提高三維勘察精度，故選擇高密度電法。

2.2.1 高密度電法勘察原理

高密度電法利用地下介質的電性差異，通過研究人工建立的地下穩定電流場的分布規律，實現解決巖土工程勘察問題的目的[6-9]。勘察時，供電系統通過A，B供電電極向地下供電流I，利用接收電極M，N，測量電位差ΔV，從而求得M,N中點的視電阻率ρ=K·ΔV/I，其中，K為裝置系數(見圖2)，高密度電法本質上是溫納四極裝置。

高密度電法人工一次性布極后，采用計算機自動控制，以任何四極的組合方式來采集數據，獲得多個M，N之間的電位差ΔV，大大提高了數據采集工效的同時，減少了數據采集時的人為、環境隨機干擾誤差，將所測得的數據利用勘察孔反演成為視電阻率剖面圖，直接用于隱伏堆填體、土層分布的分析和解釋。

根據勘察結果，填埋場上部①-1雜填土層為建筑垃圾、生活垃圾，整體表現為中高阻，中部①-2雜填土層即堆填體表現為低阻，下部①-3素填土層、原狀土層為中高電阻，填埋場地層的電性差異為視電阻率剖面圖的分析和解釋奠定了基礎。

2.2.2 測線布置及儀器

間隔15 m布置測線，測線走向近SN向，共35條，總長度約17.5 km。圖1中僅畫出了L1測線、偶數測線和L35測線。其中，L16,L30與路線穿越法勘察線6-6,8-8一致。采用120道、點距1 m的測量參數。利用2套高密度電法設備流水作業，按1.2 km/d工作量計算，15 d完成數據采集。儀器選用WDJD-4型多功能數字直流激電儀，測量儀器為中海達雙頻GPS定位儀，地形測量采用RTK法。

2.2.3 數據處理及反演結果

數據處理流程：常規處理→特殊處理→三維反演與初始模型建立→三維成像。

常規處理采用瑞典高密度處理軟件Res2dinv軟件，通過去除異常點、設置阻尼系數、網格大小、正演模擬方法等參數的調試，并在最小二乘法反演中增加組合反演、加強反演等相關工作，得到二維成果剖面圖，為后期的成果解釋提供扎實的基礎。

特殊處理包括底界識別處理、異常場識別處理。底界識別處理是指地下同一套介質，其電性在水平方向上可能有較大變化，但在垂直方向上，介質電性的相對變化關系是不變的，應用底界識別技術，來提取底界的深度信息；異常場識別處理是指地下各層介質的電性變化不大，為了區分小的異常信息，通過殘差法，多次濾波方式，計算出區域場，在整個斷面中去除區域場，重點突出和放大異常信息。

在常規處理、特殊處理時，用已有勘察孔對剖面進行垂向標定，在此基礎上，利用①-1雜填土層、①-2雜填土層(堆填體)和①-3素填土層、原狀土層的電性差異，在橫向上對各地層物性層的延伸情況進行合理的外推，進而獲得各物性層在垂向和橫向上的空間展布特征(見圖3，圖4)。

三維反演與初始模型建立是通過法國Petrel三維成圖解釋系統，建立初始三維模型，為地質解譯及三維成像提供數據基礎。

三維成像是第二次利用勘察孔進行標定，對初始三維模型進行地質解譯，獲得填埋場物性層空間展布的三維模型成像(見圖5～圖7)，在三維模型成像基礎上，計算了主要物性層堆填體的體積。

由圖3～圖7可知：1)在剖面圖上，電性呈現出高-低-高的變化趨勢，對應①-1,①-2堆填體、①-3+原狀土層，①-1高阻團塊明顯，①-2堆填體結構松散，含水較多，低阻明顯；2)①-1分布不連續，厚度0 m～1.5 m之間；3)堆填體面積相對廣泛，但沒有被①-1滿覆蓋, 堆填體底面有一定起伏，底部平均埋深約為12 m；4)堆填體呈現西部厚、東部較薄的特征,西部平均厚度約13.5 m，最厚約為18 m，底部平均埋深約為14.5 m,東部較薄區域平均厚度約為10 m，底部平均埋深約為11 m,在西部存在埋深較深的坑洼地帶，底部埋深最深為20 m；5)堆填體下為①-3+原狀土層，分布較為穩定。

根據堆填體頂、底界面埋深、展布情況及三維圖，利用微積分原理，計算了堆填體體積，計算公式如下：

dV=h·dx·dy

(1)

V=?h·dx·dy

(2)

計算時,由于數據是離散化的,因此,需要對體積計算公式進行近似,因此體積積分公式簡化為:

(3)

其中，Δx為橫向網格間距；Δy為縱向網格間距；hi為第i個點的深度值。

計算結果為:分布面積為311 283 m2,平均厚度為11.76 m,體積為3 648 980 m3。

3 生態環境治理措施

在隱伏堆填體三維精細勘察的基礎上，優選原位阻隔方式以消除二次環境問題，遵循經濟及技術可行的原則，以②-1粉質黏土層作為相對隔水層，用三軸水泥土攪拌樁止水帷幕物理隔離法對填埋場進行隔離處理，止水帷幕進入②-1層粉質黏土弱透水層不小于3 m，套打施工，消除搭接不好產生固體廢物中有毒、有害物質向四周土地、河流滲透擴散的隱患，局部施工受限地區用高壓旋噴樁或壓密注漿處理[10-11]。

4 結語

1)高密度電法自動化、智能化程度高，一次性布極，可以同時對多個測點進行測深測量，野外數據信息采集量大，大大減少了數據采集時的人為誤差和環境隨機干擾誤差，是工程物探方法中對淺部地質分層分辨率較高的有效方法。2)用高密度電法解決巖土工程勘察問題時，利用已有勘察孔信息進行反演，可極大提高勘察精度。3)工業固體廢物會分解釋放出有毒、有害氣體，傷害勘察人員的身體，因此，工業固體廢物填埋場勘察時的安全性是勘察的一個難點，為此可以利用高密度電法快速圈定工業固體廢物的層數、范圍及三維展布，加快勘察速度，減少勘察人員在填埋場的工作時間，消除有毒、有害氣體傷害勘察人員。4)勘察孔、路線穿越法結合高密度電法，適用于隱伏生活垃圾、不良地質體等精細化勘察。5)采用物理隔離法對填埋場進行隔離處理，消除二次環境問題。