浅谈物探方法在污染场地中的应用

摘要：环境地球物理学是利用地球物理学的理论和方法来研究地球物理场和地球物质的物理或化学特性，已被我国乃至全世界用于解决污染场地调查、环境污染的监测、生态环境变化预测、环境治理措施的效果检查等方面。

关键词：环境地球物理 污染场地 调查

根据污染物(源)与其周围介质在物理性质上的差异，借助一定的装置和专门的仪器，推断地下污染的空间分布，达到污染场地调查目的。只有了解污染物的空间分布和污染物浓度，才可以对污染场地采取一些相对有效的治理与修复方法，这样就必须有可靠的调查和监测方法，有一些传统的方法可进行勘探和检测。

但这些常规方法有几个明显缺点：(1)调查采样数量有限，难以做到全面了解；(2)地质钻孔或贯入探测则会破坏污染物在地下的分布和富集的结构，可能造成污染物沿着钻孔或贯入探头继续向更深处运移；(3)常规调查方法的周期太长，实时性差，不适合作长期的监测．环境地球物理方法能够很好的克服上述问题，环境地球物理方法具有空间的全面性、原位无损、速度快等特点。环境地球物理方法种类较多，常用的环境地球物理方法包括磁法、电阻率法、电磁法、探地雷达(GPR)等，针对不同的调查目标，根据其物理性质变化特征，可选用不同的地球物理方法。

1、污染场地(源)调查的环境

地球物理前提由于地质体在环境发生变化时(污染、破碎、挤压等)，会产生相应的地球物理效应，引起各种地球物理场(重力、电、磁、热、地震波、放射性等)的变化，环境地球物理方法就是通过对这些物理场的观测，从而达到污染场地调查的目的。

2、环境地球物理方法的应用-高精度磁测圈定

汉密尔顿港口污染沉积物对航运港口污染底泥进行修复方法有打捞和转移、封盖和用氧化剂原地处理等方法，不论何种修复方法，关键要清楚污染底泥的分布、厚度及污染物浓度传统的地质勘探方法是根据数量有限的芯样，测定污染沉积物的磁化率从而圈定污染分布，即使采取较为密集的钻孔间距，也难以做到全面了解污染分布，同时可能造成污染物沿着钻孔或贯人探头方向继续向更深处运移。根据工业化港口与河道沉积物特点，矿石燃烧后产生磁性氧化物(主要是磁铁矿)，其磁化率是黄土、粘土、湖底沉积物的几十倍，燃烧过程中产生的飞灰，磁性粒子沉积在湖泊和河流中，形成污染沉积物。因此，对汉密尔顿港口污染沉积物探测，采用海上高精度磁力仪(精确度0．05nT)，测点布设由随船GPS和航海绘图系统直接编译完成，测线间距25m．对测量数据进行基准点日变校正、去除噪音干扰、数据网格化等处理，结果见图1。

图1 剩余总场结果图

从图1可知，正异常表示河谷中的污染沉积物的堆积处，图中标注1为城市废弃液体流人河道的人口处，2为附近某钢铁厂废水废液输送管道的末端。传统的地质勘探，取样深度分别为污染底泥20—30cm和50～60cm深的位置，分别取样40个，进行磁化率测量。磁化率等值线图与剩余总场异常结果一致，充分说明高精度磁法勘探在污染场地调查中具有空间的全面性、快速、原位无损的特点。

3、环境地球物理方法的发展趋势

3.1 污染物基本物性参数和电化学特性数据库的建立

在测量工作中，应根据物性参数数据库，选择不同的环境地球物理方法和对探测仪器中的参数进行合理设置，才能更科学对污染场地进行调查。目前，对有关受污染物质的物性参数研究还处在对个别有机或无机物进行测定的起步阶段。

3.2 开展对有机污染物的研究

有机污染物分三类：低密度非水相流体(LNAPL)、高密度非水相流体(DNAPL)和溶解于水的机污染物，必须结合环境科学、水文工程地质学、流体力学等相关学科，更好的研究了解有机物污染在各种不同地质条件下的运移、滞留、消亡以及与周围土壤及其岩石存在的物理性质的差异，应结合室内模拟试验、相应的化学分析手段、选择合适的地球物理方法，人机交互式带约束反演等有效手段。

3.3 地下污染三维动态监测

地下污染和渗滤液的扩散调查不是一次性使用环境地球物理方法，而是对监测环境的控制参数的形状和变化进行连续跟踪。由于在地球物理实践中广泛使用具有连续记录和自动跟踪的功能，可以完成监测、预测任务的数字电子仪器。污染探测的任务往往要求开展不同时间的三维动态测量。

3.4 新方法与新技术的研究

地表水与地下水中污染物浓度较低时，污染水体与未被污染水的物性差异往往较小，用目前常规的地球物理方法难以准确地区分它们，因此在现有法的基础上，提高法的灵敏度，提出新参，研究新法，是环境地球物理今后的一个重要的研究方向。

4、结语

污染场地调查越来越受到人类的重视，如何圈定污染源、确定土壤和地下水的污染程度和范围，已经成为环境科学工作者研究的重要课题。环境地球物理学是唯一能够进行原位探测无损伤地下污染空间分布的分支科学，也是地球物理适应社会需要发展起来的一个域。由于这门科学创造的是社会效益，不能直接创造经济效益，甚至和某些既得利益有冲突。因此，推广使用比较困难，这直接导致研究的滞后，场地调查涉及多个学科的合作和交叉，建立物性参数数据库，开展对有机污染物的研究，进行地下污染三维动态监测，研制专门的环境地球物理设备探测仪器，提高仪器抗干扰、信号采集和分辨率能力，加快对污染场地快速探测的环境地球物理新方法与新技术的研究。

工程实例表明，采用环境地球物理方法对污染场地进行调查效果明显，与钻孔取样做化学分析相比，地球物理方法明显具有投资少、见效快的特点，物探资料还有助于推断水质的污染程度和范围，了解浅部地层和地质构造等重要作用。

参考文献

[1]韩宝平,王小英,朱雪强等.某市岩溶地下水四氮化碳污染特征研究[J].环境科学学报,2004,24(6).

[2]程业勋,杨进.环境地球物理学概论[M].北京:地质出版社,2005.

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