某非正规垃圾填埋区垃圾体量调查与研究

2022-08-17刘文强党伟民牟业龙王佳奇郑国磊

现代矿业 2022年7期

刘文强党伟民牟业龙王佳奇郑国磊马为

（1.天津华北地质勘查局；2.西北矿冶研究院）

20 世纪八九十年代，由于城市规模不断扩大，城市生活垃圾和生活废物爆发式增长，大量废弃垃圾被非法填埋。近年来随着政府对环保问题不断重视，大量的非法填埋区存在着污染扩散风险，但是由于历史原因，垃圾填埋过程中缺乏详细的数据资料，因而无法准确获知该类填埋区垃圾的埋深、形态和体量等精确信息［1］。本研究以华北滨海某非正规垃圾填埋区为例，选取高密度电法与工程勘察相结合的方法，对其埋深、形态和体量进行调查，为同类型垃圾填埋区的体量调查提供参考，也验证了高密度电法与工程勘察相结合的方法在垃圾填埋场调查中的有效性。

1 场地概况

场地位于华北平原东北部，地块总占地面积约为281 700 m2，平均海拔2.1 m 左右，现场地形起伏较小，高差为5 m 左右，局部有出露的垃圾堆体，目前已封场停止使用，未来规划为一类居住用地。由于该填埋场位于滨海地区，人为工程活动带来的影响较小，同时场区内地形较平坦开阔，并有原生区土壤作为背景参考，有利于开展高密度法测量工作［2］。

场地第四纪以来受到多次河流迁徙改道、海退和海侵等海陆交互作用，在不同位置、不同时期沉积了不同性质的沉积地层，但是前部地层相对稳定，地层岩性变化不大。这些生成的沉积层即为研究区的地基土。从地质成因上可以分为两大类，即海相沉积层和陆相沉积层。研究区内各海相沉积层和陆相沉积层的厚度差异变化不大；陆相地基土层总体上呈现出东部厚度小、西部厚度大的楔形沉积结构；海相地基土层则与之相反，两者互补变化。场地内埋深21 m 以浅的岩性主要有人工填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉土、粉砂等。

1.2 物性基本特征

场地为滨海区，受海水影响，整体视电阻率偏低［3］；填埋区主要为生活垃圾、塑料、建筑废物等组成［4］，视电阻率值大于20 Ω·m；垃圾周围主要为充填着大量含盐水粉土或者粉质黏土，视电阻率值为5～10 Ω·m，两者存在明显差异，该场区具备开展高密度电法工作的地球物理前提。

2 方法选择

2.1 仪器及参数选择

高密度电法的原理与常规直流电法完全相同，所不同的是一次布线、多点连续观测，进行的是二维地电断面测量，兼具剖面法和测深法的功能［5-6］。野外按照设计的剖面线分别进行测量，采集到含有地面下填埋垃圾层及原状土层的综合数据信息；室内利用相应的软件进行数据整理和反演处理，主要过程有数据格式转换及编辑、程序参数设置、资料反演计算、输出拟断面图及模型断面等，以此得出能够反映地下各种地质体分布特征的地电断面图，结合已掌握的地质资料及对场区的认识，对地电断面图进行客观合理地解译推断，即达到探测与圈定的目的。

2.2 测线布设

本研究依据场地实际环境与工作条件等开展高密度电法探查工作，由北到南、从西至东依次布设，共完成了33条剖面线的测量，如图1所示。

3 高密度电法测量成果

1 号剖面呈NW—SE 走向，有效长度为1 380 m，电阻率自上而下呈高阻、低阻、高阻的分布状态，表面高阻主要反映的是建筑垃圾和生活垃圾，有少量素填土，深度为-6～-12 m，其中平距60～160 m处主要为建筑垃圾，深度为-8～-10 m；平距190～270 m 处主要为建筑垃圾和碱渣，深度为-6～-12 m；平距270～400 m 处主要为建筑垃圾，深度为-6～-12 m；平距450～640 m 处主要为建筑垃圾和碱渣，深度为-6～-12 m；平距770～810 m 处主要为建筑垃圾，深度为-6 ～-12 m；平距810～900 m 处主要为碱渣，深度为-6～-12 m；平距900～1 050 m 处主要为建筑垃圾和碱渣，深度为-6～-11 m；平距1 050～1 140 m 处主要为生活垃圾和碱渣，深度为-6～-12 m；平距1 140～1 360 m处主要为生活垃圾和建筑垃圾，深度为-6～-12 m。中部低阻主要反映的是含水的粉质黏土和粉土层，深度为-10～-20 m；深部高阻反映的是粉质黏土层，深度为-20～-24 m，该层粉质黏土因处于半凝结、凝结状态，且内部含水量变少，导致电阻率较高。在该剖面的钻孔有13 个，自左向右分别为XK42、XK50、K66、K115、K105、K87、K6、K11、K28、S10、K48、K62、S5 号孔，其中，XK42、XK50、K66、K87、K6、K48、K62号孔揭露了建筑垃圾深度，与高密度电法反演解译的该垃圾层深度基本一致；K115、K105、K28 号孔揭露了碱渣深度，与高密度电法反演解译的该拉基层深度基本一致；K115、K105、K11、K28、S10、K48、K62、S5 号孔揭露了生活垃圾深度，与高密度电法反演解译的该垃圾层深度基本一致。

e 号剖面走向NEE 向，有效长度为1 020 m，中部因跨河流，平距500～700 m 处缺少数据，电阻率自上而下呈高阻、低阻、高阻的分布状态。表面高阻主要反映的建筑垃圾、碱渣和生活垃圾，有少量素填土，深度为-5～-12 m。其中平距50～100 m 处主要为建筑垃圾，深度为-5～-9 m；平距100～160 m 处主要为碱渣和素填土，深度分别为-7～-12 m 和-5～-12 m；平距160～360 m 处主要为碱渣和建筑垃圾，深度分别为-8～-12 m 和-5～-10 m；平距360～500 m 处主要为建筑垃圾，深度为-5～-9 m；平距700～1 070 m 处主要为建筑垃圾和生活垃圾，深度分别为-5～-9 m 和-8～-10 m。中部低阻主要反映的是含水的粉质黏土和粉土层，深度为-10～-22 m。深部高阻反映的粉质黏土层，深度为-22～-26 m，该层粉质黏土因处于半凝结、凝结状态，且内部含水量变少，导致电阻率较高。在该剖面的钻孔有13 个，自左向右分别为X62、X63、X64、Q42、XK14、X66、QK127、Q43、Q44、QK85、QK45、QK84、QK46 号孔，其中，XK14、QK85、QK84、QK46 等孔揭露了建筑垃圾的深度，与高密度电法反演解译的该垃圾层深度基本一致；Q42、QK127、Q43、Q44、QK45、QK84、QK46 等孔揭露了生活垃圾的深度，与高密度电法反演解译的该垃圾层深度基本一致；X62、X63、X64 、X66 号孔揭露了碱渣深度，这些特征均匀与高密度电法反演解译的深度基本一致，两者间拟合度极好。

总体来看，研究区地电断面特征基本一致，地质综合剖面与实际钻探验证情况均一致，由此反映为近地表浅部地质体显示为相对高阻层，厚度多为5～11 m，最厚处可达14.0 m 左右，分析认为该层主要为回填垃圾层的反映。通过进一步分析，不难发现在相同剖面或不同剖面的不同区段，高阻异常场值及形态展现出较大变化，这主要是由于不同成分的垃圾层及埋藏深度不同等各种因素所致。通过数据分析发现，在垃圾层下方存在一套相应层位厚度较大，且明显的低阻层，电阻率值一般为0.3～3.5 Ω·m，埋深为3.0～15.0 m，通过钻探发现，主要是由富含盐碱水的粉质黏土、粉土和淤泥质黏土等引起。再往深部的电阻率值多为3.0～10.0 Ω·m 甚至更高，逐渐展示出上升的趋势，分析认为是由于深部黏土层处于半凝结、凝结状态，其内部含水量变少所致，结合天津市地层基本层序资料综合分析可知，该层为天津市地质地层中的相对隔水层或者是持力层。

4 垃圾层勘查

4.1 三维地层（垃圾层）模型

利用voxler 三维绘图软件，结合物探高密度电阻率推断断面成果，以及实际现场钻孔验证地质信息资料，综合绘制了三维地层模型，如图2所示。

4.2 垃圾填埋层空间分布

场地原为垃圾填埋场，依据高密度电阻率推断断面结果，结合钻孔验证数据，构建三维垃圾层厚度模型（图3），据此确定杂填土层基本为垃圾填埋层，垃圾种类包含各类建筑装饰废料、工程堆土、生活垃圾、混凝土残块等综合垃圾。

4.3 垃圾填埋层厚度、面积确定

利用物探推断断面并结合钻孔验证结果进行了系统分析。物探推断垃圾层平均厚度为7.50 m（图4），中部厚度全区最大，南部仅地表存在垃圾堆层；全区钻孔揭穿垃圾的厚度为5～12 m，厚度特征与电阻率结果一致性证实了高密度电法物理测量成果的真实性与可靠性。根据全区电阻率反演及钻探勘查结果，所有钻孔均揭露到填埋综合垃圾，场地分布自然边界即为其分布范围。