当前，我国污染地块土壤环境问题突出，部分地区污染地块类型复杂，土壤及地下水污染严重，对人体健康和生态环境构成安全隐患，急需加强污染地块的环境监督管理，防控污染地块风险，实现安全利用。 土壤污染危害人体健康。土壤污染会使污染物在植物体内积累,并通过食物链富集到人体和动物体中,危害人体健康,引发癌症和其他疾病。 土壤污染导致其他环境问题。土壤受到污染后,含重金属浓度较高的污染土容易在风力和水力作用下分别进入到大气和水体中,导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题。 01 背景介绍
受杭州某染织有限公司委托对该场地进行场地地下污染情况调查。
该公司位于浙江省杭州市余杭区，厂区基本分为东西两部分，西侧主要布置生产车间及污水处理站，东侧主要布置仓库及办公楼。具体见图 1.1及图1.2所示.
图1.1厂区平面布置图
图 1.2厂区航拍全貌布置图
本次物探的任务目的和实施方法：
（1） 探测厂区地下土壤污染区域并查明场地土壤污染厚度及污染范围。
（2）本次土壤污染探测手段采用高分辨率的电阻率方法（即地球物理探勘技术 - 高密度电法）。
02
工作方法与技术
地球物理探勘技术属快速、非侵入、非破坏的无损检测技术，针对所探测目标体并未造成侵入式破坏，并具备探测范围大（水平及深度范围）、速度快及准确性高等优点。由于地层岩性及胶着等状态不同，导致呈现出不同的导电特性，一般以电阻率（Resistivity）代表物质的导电性质。因此，由探测地层电阻率在垂直方向及水平方向的变化情形，间接了解不同地层岩性及不同含水率所对应的电阻率。
本次调查使用高密度电阻率影像法剖面法，进行大区域水文地质调查，研判工业区内整体地质结构特性，判断地层物质异常区域，分辨污染聚集区域及扩散情况，并可降低后续执行设井及土壤采样作业时贯穿阻水层，以避免污染扩散至不同含水层的疑虑发生。
本次场地调查使用仪器为深圳市赛盈地脉技术有限公司自主研发的高密度电阻率地下成像系统：GD-10 SUPREME 3D PLUS Multi-electrode Res/IP Imaging System DistributedSystem。
图 2.1 GD-10电法仪系统
本次场地调查的高密度电法的电极装置采用温纳-施伦贝格（wenner-sclumberger）装置及边缘梯度法（edge-gradient）装置。最小间隔系数为1，电极点距1m，排列电极总数根据现场确定，探测深度为10米内。在测量前，首先要进行电极接地电阻检测，接地电阻均正常后，开始进行数据采集测量。
03
基本原理
高密度电法的基本原理与传统的电阻率法完全相同（即采用一定的电极装置，向地下发送人工直流电场，通过仪器接收直流电场流经地下不同地质体的电场信息，并对接收到的直流电场流经地下不同地质体的电场信息进行处理、分析解释，从而达到解决地质或工程问题的目的），所不同的是高密度电法在观察中设置了较高密度的测点，它实际上是一种阵列勘探方法，现场测量时，只需将全部电极设置在一定间隔的测点上，然后进行观测。在测量方法和仪器上采取了一些有效设计，使得数据采集系统有较高的精度和较强的抗干扰能力，从而获得较为丰富的地质信息。它可以同时完成纵、横二维的过程，即同时完成了电测剖面和电测深两种形式的测量。在资料解释过程中，可采用多参数综合解释，因此，该方法集锦了常规电阻率的优点，弥补了常规电阻率法观测和解释中的不足。
主要特点有：①电极布设是一次完成的，测量过程中无须更换电极，因而可以防止因电极设置而引起的故障和干扰；②能有效地进行多种电极排列方式的测量，从而可以获得较为丰富的关于地电结构状态的地质信息；③数据的采集和收录全部实现了自动化（或半自动化），不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作所出现的误差和错误；④可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，根据需要自动绘制和打印各种成果图件，大大地提高了电阻率法的智能化程度；⑤与传统电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富、解释方便、能力显著提高。
图 3.1电阻率法原理图
04
项目实施情况及测线布置
根据场地现场踏勘及访谈内容，选择污染潜势较高污染扩散较严重区域进行非破坏性地球物理方法进行调查，分别位于生产区域②内部和污水处理池附近，由于时间有限，且路面多为水泥硬化路面，故施工难度较大，布置3条测线来进行分析。如图4.1中红色区域所示。
图 4.1测线布置区域
其中生产区域②印染车间内布置一条横测线，车间内路坪多有破坏，水泥硬化完整度极差，可见印染物料直接接触地基土壤。原本测线选择的第一位置为沟槽内部，沟槽常为废水或是物料运输或是阻隔区域，若存在结构性裂隙则会使得废水及其他可能污染物质渗透至土壤中，从而造成底部土壤污染。但是由于常年未使用，沟槽内部堆积较多物料废料、污泥及积水（图4.3），且沟槽底部存在硬化基底，并不适合电钻进行施工及电极的布置，因此选择附近可见建筑物破坏严重区域布置一条横向电阻率测线（图4.2、图4.4），来调查是否有污染物侵入现象。该电阻率测线一共32个电极，电极间距为1m，故总长度为31m，以靠门侧为起点，命名为测线1。
图4.2测线1布置位置图
图4.3沟槽情况图
图 4.4电阻率测线1实际布置图
同时电阻率测线2（图4.5）、电阻率测线3（图4.5）布置于废水处理池周围地区，以交叉方式进行排列，如图4.6所示，该测线布置原因主要为废水处理池汇聚印染所有废水废渣，可是作为较大污染源，若排放不规范或是反应池本身存在渗漏，则会造成废水侵入土壤造成污染。在有限的时间内，主要针对最有可能造成污染泄露的区域，如图1.7中两废水池中间及外侧部分布置两条电阻率测线以调查污染现况。其中图中电阻率测线2延伸至左侧水池中，该水池作用未知，推测为建筑形成雨水堆积形成，该测线一共35个电极，电极间距为1m，以靠水池端为起点；电阻率测线3延伸至生产区域⑥内部，一共29个电极，电极间距1m，以靠近生产区域②为起点。两条测线于电阻率测线1第11个电极处和电阻率侧线2第6个电极处交汇。
图 4.5电阻率测线2、3航空照图
图 4.6测线2布置图
图 4.7测线3布置图
05
测网布置
物探测线布设厂区实际情况为原则，采用罗盘定向，皮尺量距布点。最后根据场地内的已知坐标点绘制成图。测点距为1米。
高密度电阻率法数据采集：测量仪器连接——依据测线位置将电缆和电极布置——电缆缆与转换器连接——输入参数并进行接地电阻测量——接地良好后进入数据采集模式——采集数据。其它野外数据采集均遵照国家部颁有关规程或规范进行。
（一）设备要求
高密度电阻率设备可分为：
(1) 高密度电阻探测仪(控制、展示与储存电阻率讯号)
(2) 自动切换电缆线组
(3) 不锈钢电极
(4) 电池、充电器
(5) 数据处理软件
(6) 运送箱(装仪器)
(7) 皮尺，电钻，发电机等
(8) 附件(记录纸、铁锤、镰刀、水壶、倾斜仪、太阳伞等等)
(9) 卫星定位系统或测量仪器(配合大区域测量或需精密定位时用)
该方法施测方式依据场址现场地形、地物与待测目标而定，目前国内较常使用的为双极法(Pole-pole array)、温纳排列法(Wenner array)、斯伦贝谢(Schlumberger array)等其他各种排列法，根据场地实际情况决定使用排列法。
（二）作业程序
高密度电阻法厂区作业程序情形如下：
(1) 测区基本资料搜集及研判。
(2) 依据测量目的配置适当测线，并决定电极排列与电极棒间距。
(3) 记录工作日期及气候等，并对测线附近地形及地物作适当的描绘。
(4) 控制点测量。
(5) 导线测量，测线不长时以皮尺控制测点间距，山区及起伏地区需以测量仪器定测点位置。
（6）连接电缆头及高密度电缆及主机
(7) 测量电极间接地电阻，以确保电流通入地下，必要时在电极棒接地处灌入盐水或以数根电极并联取代原电极棒。
(8 连结电池与主机相关接头。
(9) 通电流分别量测不同电流极间距(对应不同深度)时的电阻反应。
(10) 施测时操作员必须注意主机上各电极间通电的反应，必要时调整施测参数或重新施测。
06
资料处理及分析
将厂区实测的数据传输到计算机中，通过专门的处理软件，对实测的数据进行突变点的处理、地形改正等操作后成图。处理流程如下：数据采集→数据通讯→参数处理→形成图像→图文处理→存盘→打印输出。
收集区及邻区相关的资料，并结合区资料对采集的高密度电法的电阻率信息进行分析研究，详细了解区内土壤污染情况；选择合适参数进行剖面反演解译，对解译结果进行分析并绘制相关剖面图件及平面图。编制文字报告。
07
数据处理和解释
测线1wenner-sclumberger和edge-gradient排列方法电阻率结果图
场地无地质土壤类型资料，据了解杭州主要土壤成分为粘土，其正常情况下电阻率大约为60欧姆米（图3.2），若较湿的情况下，则会低至30左右。因此根据上图所示情况，整体地层物质都呈现超低电阻率情况，可推断至场地内存在较严重之污染侵入；两种排列方式测量结果图在电极6-8电极间即整条测线的5-7m处都呈高电阻率现象，推断可能存在建筑结构物空洞或是管道，而下部分电阻率值低至几欧姆米，由此判断为上部分管道或是污染堆积造成污染物质扩散至下层土壤，从而造成地下该区域内深度1m-2.6m呈现较低电阻率现象。且从场地表面情况来看，由图3.3可见该位置处存在水泥硬化路面破损，表面可见黑色土壤成分及一些生产垃圾，极有可能造成原料或是废弃物料污染透过破损路面渗透至地层。而另外测线15-20m处也都存在较为异常区域，由该处表面情况（图3.4）可见5-7m情况相类似，路面存在破损情况，且覆盖黑色未知土壤，推测为废料堆积，因此该地地下低电阻也为堆积废料污染泄露所致。
土壤电阻率情况表
测线5-7m处地表状况图
测线15-20m处地表状况图
测线2 wenner-sclumberger和edge-gradient排列方法电阻率结果图
测线2主要布置于废水处理厂旁边，电阻率成像结果如图3.5，其测线第10-13m表面存在以高阻区域，可以确定为管道或是空洞所致，空洞深度大约为1m，施工当日在钻孔以布置电极时也在该位置处电钻钻至空洞（图3.6），由于旁边为污水处理池，因此判断为地下管道用以输送废水之用途。所以该区域底下深度2m以下低阻（10-60欧姆米）即为污染废水由于管道破损或是其他原因扩散而造成土层电阻率降低。管道旁边测线13m之后存在超低阻区域推测也为废水运输过程中造成的表层土和较深层土的污染。而另外测线20m左右处也存在与10m处相类似的表层高阻中间低阻情况，推测该位置存在空洞情况，而该区域为建筑砖头堆积而成（图3.7），和土壤接触部分存在很大的孔隙，若表层有污染情况，则很容易扩散至原生土壤，且从电阻率剖面中可得该区域中间地层受污染情况较为严重。整条测线表面都为较高阻，大部分是由管道或是混泥土加固所致，而底下土壤部分电阻率都呈不正常低状况，可以判定大部分土壤都存在污染的情况，且污染深度大于5m，较为严重区域为测线13-20m处，深度范围1m-2.5m。
测线10-13m处电钻钻至空洞区图
测线20m左右建筑砖头废料堆积处图
测线3 wenner-sclumberger和edge-gradient排列方法电阻率结果图
测线3和测线2为交叉进行测量，两条测线公用一个电极，分别为测线2的第11个电极和测线3的第6个电极，从侧线可得第10m左右处存在管道或是空洞，因此对于测线3的第5m底下也存在高阻区，可以断定为该出确有管道存在，且管道方向平行于测线3方向，垂直于测线2方向。因为测线2中高阻区成像类似于某半径的圆形，而测线3中高阻区域为大范围长距离的分布。也可推断，该管道可能为生产区域②废水排向污水处理池的地下管道。此地下管道可通过雷达进行2次确认。该测线约10m处也存在高阻区域，该区域为异常区域，目前还无法判断究竟为何物，可能需要通过其他地球物理手段来进行综合运用。整体测线呈较低电阻情况，因此可判断此位置土壤也存在污染，但是污染情况较上两条测线轻。重点可能污染区域即为测线第12-13m处，该位置为两污水处理池中间，可能有表面污水侵入污染。
08
后续调查内容建议
根据上述提到异常区域位置及深度，可进行相对应的钻孔取样，来获得地层及污染资讯，可避开一些管道、建筑物等影响，也可针对性取样，节约成本。
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