高密度电法在金属固体废弃物混合填埋场应急处置中的应用

赵亚飞，王 帅

（1 河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450016；2 河南省有色金属地质矿产局第四地质大队，河南 郑州 450016）

在现实生活和生产中，存有一定数量的的简易垃圾填埋场，由于历史原因，一些填埋场存在未建设防渗措施，填埋不规范等问题，甚至在其中还堆存填埋有金属废弃物及工业污泥，此类填埋场已经形成重大环境安全隐患，引起各级环保部门高度关注。面对此类事件，各地政府也采取各种应急措施积极寻求解决方法，消除环境污染隐患。

本次工作就是物探高密度电法在某地垃圾场固体废物应急处置工程场地中的实际应用，查明了工作区域内淤泥的填埋深度及范围，为灾害防治治理提供依据。

1 工区地质及地球物理特征

1.1 地质特征

工作区系太行山前丘陵向华北平原过渡地区，其地势由北向东南倾斜，是华北平原的西部边陲。海拔高度由305.9m降到108.5m，境内由西向东有明显的低山—丘岭—平原的过渡特征，丘岭、平原、滩区各占三分之一。全镇土壤分两合土、砂土等土种，分布在东部平原和黄河滩区。

地层结构分层较明显，经钻探、标准贯入试验及室内试验综合分析，在勘察深度（20.0m）范围内，将场地内地层划分为6个主层，1个亚层，各土层特征由上而下描述如下：①杂填土（Q4ml）：杂色，以工程施工垃圾以及污泥为主，局部表层为粉土。②粉质粘土（Q4al+pl）：黄褐色，可硬，见铁锰质条纹，干强度中等，韧性中等，无摇震反应，切面稍具光泽。偶见姜石，地表为耕植土，该层分布在场地西部中间的位置。③粉土（Q4al+pl）：褐黄色，稍密-中密，稍湿，干强度低，韧性低，切面无光泽，摇震反应中，偶见蜗牛壳碎片及姜石颗粒；④粉砂（Q4al+pl）：褐黄色，中密，矿物成分以石英、长石为主。⑤粉质粘土（Q3al+l）：褐黄色，可塑～硬塑，干强度中等，韧性中等，无摇震反应，切面稍具光泽，含姜石颗粒，局部奋力含量稍高。⑥粉砂（Q4al+pl）：褐黄色，中密，矿物成分以石英、长石为主。⑦粉土（Q2al+l）：褐黄色，密室，稍湿，夹有少量姜石，干强度低，韧性低，切面无光泽，摇震反应中，偶见蜗牛壳碎片及姜石颗粒，该层下部夹薄层粉质粘土。

1.2 地球物理特征

直流电测深勘探是研究指定地点的岩层的电阻率参数随深度的变化情况。剖面法探测反映了沿一定深度内的地电变化情况，即研究岩层电阻率在水平方向上的变化情况。本次物探野外工作选择方法为高密度测量装置作业，它集电测深和剖面法为一体，成本低，效率高，信息丰富，解释方便等特点。

本次测量探测深度浅，主要研究对象为第四系浅层淤泥层。浅层岩性为杂填土、粉质粘土、粉土及粉砂等。其中，杂填土（Q4ml）以工程施工垃圾以及污泥为主，是主要工作对象。从岩性看，粉砂层为高阻，粉土中高阻，粉质粘土、淤泥层为低阻；其中淤泥层电阻率最低，一般小于6.0（Ω﹒m）。因此，利用高密度测量装置寻找、划分淤泥层具备地球物理前提条件。

2 工作量及工作方法

2.1 工作量

本次工作垃圾填埋场两个重点区域进行物探勘查工作，场地范围约350m*400m，分为2个区（Ⅰ区、Ⅱ区）。Ⅰ区范围约80m*160m，Ⅱ区范围约80m*120m。共完成高密度测量剖面22条，测点2618个，测点点距2米。具体工作量见表1。

表1 工作量表

2.2 工作方法

用于这项工作的高密度电勘探是一种基于岩石（土壤）电导率差异的电勘探方法。根据在施加的电场作用下地质中传导电流的分布规律，假定深层地质中具有不同的电阻。地质体的发生频率。由于电极在表面上的位置之间的距离不同，因此有可能收集表观电阻率的值，以反映地质当中的不同点和不同深度，表观电阻率的值包含有关不同地质体分布的信息。使用计算机技术处理数据并映射图像。通过综合分析和解释，可以确定地下地质体投影的大小，形状，范围和位置。本文采用重庆奔腾数控地球物理勘探仪器公司生产的WGMD-3高密度电阻率测量系统。该系统使用用于直流电的WDJD-3多功能数字IP设备作为测量和控制单元，并由WDZJ-3多电极传感器组成。 该系统具有准确，高性能，大数据量，18种其他设备类型和电极定位功能，并且可以在困难的地面环境中执行测量。系统上的Windows Electrical Advanced Techniques软件可以对收集的数据进行直接和反向解释的2D处理。垂直于地层的工作区中共有4条高密度电阻率线，控制长度为1200 m。测量排列AMNB采用温纳11.α2装置, 断面采用(连滚)、16剖、2秒、L=10、点距=5m，供电电压为270V。

本文采用重庆奔腾数控地球物理勘探仪器公司生产的WGMD-3高密度电阻率测量系统。该系统使用用于直流电的WDJD-3多功能数字IP设备作为测量和控制单元，并由WDZJ-3多电极传感器组成。该系统具有准确，高性能，大数据量，18种其他设备类型和电极定位功能，并且可以在困难的地面环境中执行测量。系统上的Windows Electrical Advanced Techniques软件可以对收集的数据进行直接和反向解释的2D处理。测量排列AMNB采用温纳11.α2装置, 断面采用(连滚)、16剖、2秒、点距=4m，供电电压为270V。

2.3 探测原理

高密度电法是综合物探方法在进行多种工程探测时，是地质和灾害研究的有效方法之一。它是基于岩石和土壤的电导率的差异，以及对人工创建的稳定电流地下场分布的观察和研究。实现解决地质问题目标的规律。高密度电法和常规电法一样，通过A、B电极向地下供电流I，在M、N极间测量电位差△V，从而可求得该点（M、N的中点）的视电阻率ϱ=K·△V/I，K为装置系数，工作原理见下图。

图1 高密度电法工作原理

高密度电学方法结合了轮廓法和电学检测法的效果，具有点间距小和采集密度高的特点。它完全放弃了电阻率的概念，并使用最新技术使用了大量的测量数据。反演方法直接对真实的电阻率曲线进行反演。该地图可直接用于分析和解释地下深部的岩石和土壤分布。它可以直接反映地质深层的位置与结构发展方向。用高密度电测量的2D地电断面可以更大。直观地显示地质信息，例如边界、密度，各种类型的岩石和土壤中的水含量以及异常体的位置和深度。

高密度电法具有很高的智能性，打破了传统电法和高密度直流电研究系统，对传统地质灾害数据采集方法的局限性，采用任意四极自由组合的无限制数据采集是肯定的。高精密度可以收集传统电气数据收集方法无法收集的数十倍的数据，结合非常先进和独特的领先国际数据处理软件-2.5维反演软件，可以实现的快速数据采集和计算机处理改变了电阻率研究的传统操作方式，并大大提高了操作效率。结合地质调查数据和其他数据，可以更客观地定性和半定量地确定山脉灾害的发生地点和发展，从而满足调查需求的目标。

3 成果介绍

资料分析推断根据本区淤泥层主要分布在杂填土（Q4ml）①单元层内的特点，在定性分析的基础上进行定量计算、解释推断。原始数据剖面主要用于定性分析，利用电阻率小于6.0Ω﹒m的低阻异常划分淤泥层的分布范围。反演剖面用于确定淤泥层的厚度及底板深度。

以G1线剖面分析例，下图为高密度测量G1线原始数据剖面，异常明显。低阻异常分布在桩号92～166，推测为淤泥层分布区。图2为高密度测量G1线反演剖面，低阻淤泥层厚度不大。

图2 高密度测量G1线反演剖面

（1）淤泥层分布范围定性分析

综合高密度测量G1、G2、……、G22线剖面成果，推测的淤泥层分布范围，淤泥层分布划分为2个区。

（2）淤泥层分布范围垂向变化情况

为方便了解淤泥层分布在垂向的变化情况，工作中选 取 了 供 电 距AO=4、8、12、16、20m分 别 绘 制 了 视 电阻率等值线平面图，反映了不同深度视电阻率在平面上的变化情况。视电阻率≤6.0（Ω﹒m）等值线大体代表了淤泥层分布，对比从地表→AO=4m→AO=8m，异常范围大体一致，说明淤泥层埋藏深度一般在8m左右。从AO=8m→AO=12m→AO=16m→AO=20m，异常范围逐渐变小，反映了淤泥层的空间分布变化形态。

（3）淤泥层厚度分布情况

根据工勘成果，本区淤泥层主要分布在杂填土（Q4ml）①单元层内，①单元层以工程施工废弃垃圾以及污泥为主，局部表层为粉土。因此，确定淤泥层厚度首先计算淤泥层底板深度，再确定工程施工废弃垃圾或者表层局部粉土的厚度，最后计算淤泥层厚度。在电性上淤泥层一般小于6.0（Ω﹒m），建筑生活垃圾或表层局部粉土与淤泥层比较、表现为相对高阻。依据这些特征，参照反演剖面成果计算淤泥层厚度，相应的等值线平面图比较直观的反应了工区淤泥层底板深度、厚度变化分布情况。

（4）结果验证

本次工作经过工勘钻孔成果进行比较，可以看出：杂填土①单元层的分布范围与高密度测量低阻异常的分布范围基本吻合，钻孔揭露的①单元层（金属废弃垃圾和淤泥）底板深度界面与电性层界面对应，说明物探方法选择正确。

4 结论

在金属及其他固体废弃物填埋的垃圾场中，运用高密度电法测量的物探工作方法选择是可行的，能够满足在此类金属及其他固体废弃物填满场中确定地下淤泥分布情况，可以为其应急处置、灾害防治治理提供确切依据。