高密度电法在污染场地调查中的应用研究
摘要：通过高密度电法（ERT）进行污染场地的调查、识别污染物种类及分布范围等成为环境工程关注的热点。由于高密度电法准确、高效的工作方法和工作方式，其在实验室的研究和野外污染场地的调查中都得到了广泛的应用。本文利用高密度电法结合钻探取样研究某石油化工厂局部区域的土壤中含油污染物的分布情况，取得了良好的效果。结果显示：场地内6.5 m浅区域内存在不同程度的含油污染物扩散，含油污染物视电阻率值为5～23Ω·m，呈带状低阻分布，为污染场地的后续调查、整治和修复提供重要的基础。
关键词：高密度电法；污染场地；应用研究
中图分类号：X508 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0025-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.013
Application of high density electrical method in investigation of contaminated sites
Chen Feng
（Shanghai Huanzuan Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201821，China）
Abstract： Investigation of contaminated sites through the use of high-density electrical methods （ERT） has become a focus of attention in environmental engineering. Due to the accurate and efficient working methods and working methods of high-density electrical methods， it has been widely used in laboratory research and investigation of field contamination sites. In this paper， high-density electricity combined with drilling sampling was used to study the distribution of oil contaminants in the soil of a certain petrochemical plant， and good results were obtained. The results showed that there were different degrees of diffusion of oily pollutants in the 6.5 m shallow area of the site. The apparent resistivity of the oily pollutants was 5-23 ohm meters， showing a low-resistance strip distribution， which was the follow-up investigation， remediation and repair of the contaminated sites. Provide important basic support.
Keywords： High-density electrical method； Contaminated sites； Applied research
目前，土壤污染和地下水污染加劇了环境恶化，关于污染场地的土壤与地下水的调查成为研究重点。由于高密度电法准确、高效的工作方法和工作方式，在实验室研究和野外污染场地的调查中都得到了广泛的应用。调查人员根据结果结合场地情况分析后，可初步判断可能存在的污染类型和范围，在此基础上有针对性地进行土壤和地下水检测点位的布设。另外该方法可以大致判断浅层地层的结构，因此可以结合实验室检测数据分析污染物在土壤或地下水中的迁移情况。本次利用高密度电法研究某石油化工厂局部区域的土壤中含油污染物的分布情况，更加直观地反应含油污染物的分布及扩散情况，以期为污染场地的监测和修复提供重要的基础支撑。
1 高密度电法工作原理
高密度电阻率法是以岩、土的电阻率差异为基础的一种阵列勘探方法。利用微机工程电测仪技术和程控电极转换装置，自动采集不同排列极距的视电阻率值。根据不同的视电阻率数据，进行分析、反演、地质解译，判定污染物的分布、扩散情况等。由于高密度电法准确、高效的工作方法和工作方式，在隧道工程、采空区、污染场地的调查中都得到了广泛的应用，是目前国内外比较普遍使用的地球物理探测方法。
2 高密度电法应用实例
2.1 场地物性特征
研究场地为上海某已废弃的石油化工厂，其所在地区地层为海陆交互相沉积，地形从吴淞口起向东南展开略呈三角形，被第四纪疏松地层所掩覆。场地周围主要为居民住宅区和绿化空地，地势较平坦，一般吴淞系统标高在1.8～6.6 m，平均海拔4.499 m（吴淞零点）。场地为古河道沉积区，地基土主要由饱和黏性土、粉土、砂性土组成，其中表层夹杂少量碎石及碎砖块。该场地自1993年起，一直为石油化工厂，其南、北两面靠近两条公路交叉口，场地东、西测为河道。该化工厂主要用于生产柴油、燃料油、润滑油、汽油、溶剂油、苯、润滑脂、石蜡、丙烯酸、丁脂重组分、树脂等石油化工原料。2016年后原化工厂上部建筑已全部拆除，场地内多处建筑垃圾堆积，无植被覆盖，场地处于闲置状态。厂内北面原有的储罐已被运走，原储罐位置由于降雨积水已形成一个面积约为80 m2的水塘，厂区东北面为原生产车间所处位置。初步判断场地内存在石油烃类污染的污染。
2.2 工作依据
决定土壤导电性的因素主要有土壤类型、含水量、孔隙率和饱和度几个方面，这几个因素之中，影响较大的是含水量的变化。当有污染物存在时，土壤的导电特性会发生变化。含油污染物中的石油类物质溶解度较小，在这类污染物渗入土壤之后，会和土壤中的孔隙水相互作用，提高土壤的饱和度，进而影响土壤的导电性。这种影响的程度也跟土壤本身的饱和度有关，饱和土壤随着含油污染物的侵入，其电阻率表现为不断增大直至稳定；而不饱和土壤随着含油污染物的侵入，其电阻率不断降低，导电性不断增强直至稳定。
上海地区浅部（15m以浅区域）以粉质粘土和淤泥质粘土为主，含水量为25%～60%之间，呈不饱和状态。含油污水的渗入，会增加土壤的孔隙水含量提高其饱和度，在这一过程中，土壤的电阻率随着随含油量的增加而呈线性降低。这种显现主要是由于随着含油污染物的不断深入土壤之中，进一步提高了土壤中的孔隙水含量，导致土壤含水饱和度上升，进一步提高了土壤的导电性。与此同时，污染物的含量也会导致土壤中孔隙水的导电性变差，进而降低土壤的导电性，但与提高的含水饱和度相比，这些可以忽略不计。因此，通过探测土壤的电阻率变化，能够判断出地下水中含油污染物的分布情况。
2.3 实施方案
本次探测共布设3条交叉测线，见图1，测线编号为CX1～CX3，测线长度分别为100m、80m、100m，电极间距均为2m。供电电压为36 V直流电。图1为场地内高密度电阻测线和取样点示意图。
2.4 地质解译
表中为常见介质电阻率范围。
从各测线高密度电法反演模型电阻率断面上可以看出，1.0m浅区域存在局部高阻异常，主要因浅部砖石、混凝土块等建筑垃圾引起。从图2测线CX1高密度电法反演模型可知，在地表14～46m、深约0.5～4.5m处的地方有2个明显局部的低阻异常区域，视电阻率约在5～20Ω·m之间，整体呈带状低阻分布，疑似为主要含油污染区域；从图3测线CX2高密度电法反演模型可知，在地表28～80m、深约0.5～5.0m处的地方有1个明显局部的低阻异常区域，视电阻率约在10～22Ω·m之间，整体呈带状低阻分布，疑似为主要含油污染区域。
2.5 取样结果
本项目采用Geoprobe钻机在场地内布设5口地下水监测井，采集地下水水样，检测样品中的TPH浓度。取样过程中地表油污区附近的監测井（MW1，MW2，MW3，MW4）液面能明显看到油花状液膜。检测结果显示该4口井中TPH超标。超标的TPH区段从C9到C36，其中C9以上TPH浓度较高，远离油污区域TPH未检出。该化工厂主要用于生产柴油、燃料油、润滑油等重组分，油污所处区域为其原生产和存储车间。综合高密度电阻分析结果，该场地内原油罐存储区和生产区存在泄露问题，其他区域存在污染的可能性较小，在下一步调查布点可将范围缩减至测线CX1附近，并加强两个油污区的调查。
3 结语
高密度电阻率法是场地污染的重要调查方法，能有效地监测污染物种类和分布情况。本文采用高密度电阻率法对某石油化工厂局部区域的土壤中含油污染物的分布情况，取得了较好的效果，对于环境监测有重要的学术和实践意义，结论如下：（1）场地通过3条高密度电阻率法测量工作，含油污染物视电阻率值为5～23Ω·m，呈带状低阻分布，场地内6.5 m浅区域内存在不同程度的含油污染物扩散。（2）研究表明含油污染物具有明显的低阻电性特征，可以用来划定土壤污染空间分布范围，为污染场地的整治和修复工作提供了基础数据。（3）场地1.0m浅区域，存在局部高阻异常，主要因浅部砖石、混凝土块等建筑垃圾引起。
研究显示，高密度电法对污染场地的含油污染物扩散的调查具有很好的适用性和推广性。另外一方面，由于影响土壤电阻率的因素较多且变化规律复杂，加之污染物成分与视电阻率值的对应关系等仍然需要进一步研究，因此关于高密度电阻率法对于污染场地调查的实际应用仍需不断探索，以期对场地污染的修复和评价提供重要的技术支撑。
参考文献
[1] 任剑飞.基于高密度电阻率法的地下水污染调查研究[J]. 水利科技与经济， 2016， 22（5）： 70-72.
[2] 徐子东，师学明，傅庆凯，罗泽娇.武汉某回填土堆场高密度电法污染调查研究[J]. 工程地球物理学报，2011，8（5）： 542-546.
[3] 夏 凡，郝明亮，宋洪伟.高密度电法在河北某垃圾场污染调查中的应用分析[J]. 地下水， 2015， 37（6）： 112-114.
[4] Cassiani G，Binley A，Kemna A，et al.Noninvasive characterization of the Trecate （ Italy ） crude-oil contaminated site： link between contamination and geophysical signals[J].Environmental Science and Pollution research，2014，21（15）： 8914-8931.
[5] 姜振蛟， 卞建民，査恩爽，林年丰，田沃野.高密度电阻率成像法在水文地质领域中的应用[J]. 水文地质工程地质，2010， 37（2）： 21-26.
收稿日期：2018-05-10
作者简介：陈峰（1989-），男，硕士，环境保护（中级职称），研究方向为污染场地调查和修复。
关键词：高密度电法；污染场地；应用研究
中图分类号：X508 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0025-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.013
Application of high density electrical method in investigation of contaminated sites
Chen Feng
（Shanghai Huanzuan Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201821，China）
Abstract： Investigation of contaminated sites through the use of high-density electrical methods （ERT） has become a focus of attention in environmental engineering. Due to the accurate and efficient working methods and working methods of high-density electrical methods， it has been widely used in laboratory research and investigation of field contamination sites. In this paper， high-density electricity combined with drilling sampling was used to study the distribution of oil contaminants in the soil of a certain petrochemical plant， and good results were obtained. The results showed that there were different degrees of diffusion of oily pollutants in the 6.5 m shallow area of the site. The apparent resistivity of the oily pollutants was 5-23 ohm meters， showing a low-resistance strip distribution， which was the follow-up investigation， remediation and repair of the contaminated sites. Provide important basic support.
Keywords： High-density electrical method； Contaminated sites； Applied research
目前，土壤污染和地下水污染加劇了环境恶化，关于污染场地的土壤与地下水的调查成为研究重点。由于高密度电法准确、高效的工作方法和工作方式，在实验室研究和野外污染场地的调查中都得到了广泛的应用。调查人员根据结果结合场地情况分析后，可初步判断可能存在的污染类型和范围，在此基础上有针对性地进行土壤和地下水检测点位的布设。另外该方法可以大致判断浅层地层的结构，因此可以结合实验室检测数据分析污染物在土壤或地下水中的迁移情况。本次利用高密度电法研究某石油化工厂局部区域的土壤中含油污染物的分布情况，更加直观地反应含油污染物的分布及扩散情况，以期为污染场地的监测和修复提供重要的基础支撑。
1 高密度电法工作原理
高密度电阻率法是以岩、土的电阻率差异为基础的一种阵列勘探方法。利用微机工程电测仪技术和程控电极转换装置，自动采集不同排列极距的视电阻率值。根据不同的视电阻率数据，进行分析、反演、地质解译，判定污染物的分布、扩散情况等。由于高密度电法准确、高效的工作方法和工作方式，在隧道工程、采空区、污染场地的调查中都得到了广泛的应用，是目前国内外比较普遍使用的地球物理探测方法。
2 高密度电法应用实例
2.1 场地物性特征
研究场地为上海某已废弃的石油化工厂，其所在地区地层为海陆交互相沉积，地形从吴淞口起向东南展开略呈三角形，被第四纪疏松地层所掩覆。场地周围主要为居民住宅区和绿化空地，地势较平坦，一般吴淞系统标高在1.8～6.6 m，平均海拔4.499 m（吴淞零点）。场地为古河道沉积区，地基土主要由饱和黏性土、粉土、砂性土组成，其中表层夹杂少量碎石及碎砖块。该场地自1993年起，一直为石油化工厂，其南、北两面靠近两条公路交叉口，场地东、西测为河道。该化工厂主要用于生产柴油、燃料油、润滑油、汽油、溶剂油、苯、润滑脂、石蜡、丙烯酸、丁脂重组分、树脂等石油化工原料。2016年后原化工厂上部建筑已全部拆除，场地内多处建筑垃圾堆积，无植被覆盖，场地处于闲置状态。厂内北面原有的储罐已被运走，原储罐位置由于降雨积水已形成一个面积约为80 m2的水塘，厂区东北面为原生产车间所处位置。初步判断场地内存在石油烃类污染的污染。
2.2 工作依据
决定土壤导电性的因素主要有土壤类型、含水量、孔隙率和饱和度几个方面，这几个因素之中，影响较大的是含水量的变化。当有污染物存在时，土壤的导电特性会发生变化。含油污染物中的石油类物质溶解度较小，在这类污染物渗入土壤之后，会和土壤中的孔隙水相互作用，提高土壤的饱和度，进而影响土壤的导电性。这种影响的程度也跟土壤本身的饱和度有关，饱和土壤随着含油污染物的侵入，其电阻率表现为不断增大直至稳定；而不饱和土壤随着含油污染物的侵入，其电阻率不断降低，导电性不断增强直至稳定。
上海地区浅部（15m以浅区域）以粉质粘土和淤泥质粘土为主，含水量为25%～60%之间，呈不饱和状态。含油污水的渗入，会增加土壤的孔隙水含量提高其饱和度，在这一过程中，土壤的电阻率随着随含油量的增加而呈线性降低。这种显现主要是由于随着含油污染物的不断深入土壤之中，进一步提高了土壤中的孔隙水含量，导致土壤含水饱和度上升，进一步提高了土壤的导电性。与此同时，污染物的含量也会导致土壤中孔隙水的导电性变差，进而降低土壤的导电性，但与提高的含水饱和度相比，这些可以忽略不计。因此，通过探测土壤的电阻率变化，能够判断出地下水中含油污染物的分布情况。
2.3 实施方案
本次探测共布设3条交叉测线，见图1，测线编号为CX1～CX3，测线长度分别为100m、80m、100m，电极间距均为2m。供电电压为36 V直流电。图1为场地内高密度电阻测线和取样点示意图。
2.4 地质解译
表中为常见介质电阻率范围。
从各测线高密度电法反演模型电阻率断面上可以看出，1.0m浅区域存在局部高阻异常，主要因浅部砖石、混凝土块等建筑垃圾引起。从图2测线CX1高密度电法反演模型可知，在地表14～46m、深约0.5～4.5m处的地方有2个明显局部的低阻异常区域，视电阻率约在5～20Ω·m之间，整体呈带状低阻分布，疑似为主要含油污染区域；从图3测线CX2高密度电法反演模型可知，在地表28～80m、深约0.5～5.0m处的地方有1个明显局部的低阻异常区域，视电阻率约在10～22Ω·m之间，整体呈带状低阻分布，疑似为主要含油污染区域。
2.5 取样结果
本项目采用Geoprobe钻机在场地内布设5口地下水监测井，采集地下水水样，检测样品中的TPH浓度。取样过程中地表油污区附近的監测井（MW1，MW2，MW3，MW4）液面能明显看到油花状液膜。检测结果显示该4口井中TPH超标。超标的TPH区段从C9到C36，其中C9以上TPH浓度较高，远离油污区域TPH未检出。该化工厂主要用于生产柴油、燃料油、润滑油等重组分，油污所处区域为其原生产和存储车间。综合高密度电阻分析结果，该场地内原油罐存储区和生产区存在泄露问题，其他区域存在污染的可能性较小，在下一步调查布点可将范围缩减至测线CX1附近，并加强两个油污区的调查。
3 结语
高密度电阻率法是场地污染的重要调查方法，能有效地监测污染物种类和分布情况。本文采用高密度电阻率法对某石油化工厂局部区域的土壤中含油污染物的分布情况，取得了较好的效果，对于环境监测有重要的学术和实践意义，结论如下：（1）场地通过3条高密度电阻率法测量工作，含油污染物视电阻率值为5～23Ω·m，呈带状低阻分布，场地内6.5 m浅区域内存在不同程度的含油污染物扩散。（2）研究表明含油污染物具有明显的低阻电性特征，可以用来划定土壤污染空间分布范围，为污染场地的整治和修复工作提供了基础数据。（3）场地1.0m浅区域，存在局部高阻异常，主要因浅部砖石、混凝土块等建筑垃圾引起。
研究显示，高密度电法对污染场地的含油污染物扩散的调查具有很好的适用性和推广性。另外一方面，由于影响土壤电阻率的因素较多且变化规律复杂，加之污染物成分与视电阻率值的对应关系等仍然需要进一步研究，因此关于高密度电阻率法对于污染场地调查的实际应用仍需不断探索，以期对场地污染的修复和评价提供重要的技术支撑。
参考文献
[1] 任剑飞.基于高密度电阻率法的地下水污染调查研究[J]. 水利科技与经济， 2016， 22（5）： 70-72.
[2] 徐子东，师学明，傅庆凯，罗泽娇.武汉某回填土堆场高密度电法污染调查研究[J]. 工程地球物理学报，2011，8（5）： 542-546.
[3] 夏 凡，郝明亮，宋洪伟.高密度电法在河北某垃圾场污染调查中的应用分析[J]. 地下水， 2015， 37（6）： 112-114.
[4] Cassiani G，Binley A，Kemna A，et al.Noninvasive characterization of the Trecate （ Italy ） crude-oil contaminated site： link between contamination and geophysical signals[J].Environmental Science and Pollution research，2014，21（15）： 8914-8931.
[5] 姜振蛟， 卞建民，査恩爽，林年丰，田沃野.高密度电阻率成像法在水文地质领域中的应用[J]. 水文地质工程地质，2010， 37（2）： 21-26.
收稿日期：2018-05-10
作者简介：陈峰（1989-），男，硕士，环境保护（中级职称），研究方向为污染场地调查和修复。
