夏 凡，郝明亮，宋洪偉

(1.河北省環(huán)境科學(xué)研究院 ，河北 石家莊050037;2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北 石家莊050061)

近年來，地球物理探測(cè)技術(shù)在污染調(diào)查工作中起著越來越重要作用，其主要利用污染源組成成分的物理特性進(jìn)行相應(yīng)的勘探工作，對(duì)污染滲流帶的影響范圍及程度進(jìn)行劃分。

高密度電阻率法，是基于直流電阻率法的基本原理，利用微機(jī)程制技術(shù)，集電剖面法和電測(cè)深法于一體，一次性列陣方式布極(二維或三維)，利用多道或分布式形式與多路轉(zhuǎn)換器相連接，在多路轉(zhuǎn)換器的程序控制下，通過測(cè)量主機(jī)可實(shí)現(xiàn)各類裝置、不同排列極距的視電阻率值觀測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)在剖面上一次性布極獲取多種裝置類型的地電斷面分布信息，是目前技術(shù)最高，信息量最大，探測(cè)精度最高的工程地球物理探測(cè)方法。由于其快速、便捷、有效的工作方式，近年來在水工環(huán)物探工作中發(fā)揮了很重要的作用［1～4］。其工作方式如圖1所示。

圖1 高密度電阻率法野外工作布置示意圖

1 地質(zhì)概況及物性特征分析

測(cè)區(qū)處于山前的基巖區(qū)，區(qū)內(nèi)基巖呈單一高阻性，探測(cè)目標(biāo)體為低阻基巖裂隙滲流帶，垃圾場(chǎng)滲漏污染水與基巖、第四紀(jì)土層、地下無污染水間均存在著明顯的導(dǎo)電性差異，基巖含水裂隙帶將具有低阻性地球物理異常反映，為采取物探方法查明裂隙展布提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，但區(qū)內(nèi)基巖裂隙帶具有寬度較窄而產(chǎn)狀較陡等特點(diǎn)，從而為開展高密度電阻率法提供了必要的工作前提條件，加之基巖埋深較淺，可更好的發(fā)揮高密度電阻率法勘探優(yōu)勢(shì)。

2 物探工作

2.1 測(cè)線布置

依據(jù)此次工作的目的與任務(wù)，結(jié)合地質(zhì)資料和實(shí)際地形情況，為有效使地球物理勘探剖面控制測(cè)區(qū)主要含水裂隙帶分布，自垃圾場(chǎng)防滲壩壩腳開始，垂直區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造和地形走向布置了三條垂向物探剖面，由北向南依次編為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)，其測(cè)線布置如圖2所示。

圖2 高密度電法工作布置圖

Ⅰ號(hào)剖面敷設(shè)于垃圾填埋場(chǎng)攔護(hù)壩下游約80 m處，長(zhǎng)度480 m，方位SE140°。旨在查明垃圾場(chǎng)的垃圾淋濾液滲漏裂隙通道在攔護(hù)壩下游的位置。

為了近一步追索可能出現(xiàn)的滲漏裂隙通道向下游的展布，我們?cè)诰啖裉?hào)剖面約180 m處的山谷下游位置敷設(shè)了Ⅱ號(hào)剖面，長(zhǎng)度600 m，方位SE135°。

為了進(jìn)一步查明垃圾填埋場(chǎng)滲漏液對(duì)其下游下聶莊村生活飲用水質(zhì)是否構(gòu)成污染，以及滲漏裂隙通道在該村莊的延展分布情況，我們?cè)诖迩f的西南側(cè)布設(shè)了第Ⅲ號(hào)剖面，該剖面基本平行于Ⅰ、Ⅱ號(hào)剖面，距Ⅱ號(hào)剖面約200 m，長(zhǎng)度1 560 m，方位 SE135°。

2.2 成果分析

2.2.1 異常分析

為保證測(cè)量的精度，采取了偶極和溫納兩種裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)采集到的電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的篩選和畸變點(diǎn)刪除之后得到，偶極裝置和溫納裝置視電阻率斷面圖，對(duì)三條剖面上不同裝置類型的視電阻率斷面異常分布特征分析如下。

(1)Ⅰ號(hào)剖面如圖3所示，上部小隔離系數(shù)所對(duì)應(yīng)的為低阻分布，一般視電阻率值≤100 Ω·m，反映了第四系松散土層的分布，其沿剖面的分布基本上反映了第四系地層的厚度變化。一些局部高阻異常區(qū)，則為地形異?；虻乇?、近地表碎礫石層反映，低阻異常帶中的相對(duì)變化主要與第四系含水量有關(guān)。

圖3 Ⅰ號(hào)剖面視電阻率斷面圖

(2)Ⅱ號(hào)剖面如圖4所示，底部大隔離系數(shù)所對(duì)應(yīng)的以高阻阻分布為主，視電阻率值≥200 Ω·m，推測(cè)為地下基巖反映。在各剖面的高阻區(qū)域內(nèi)均分布有近直立的低阻帶，初步判斷為含水?dāng)鄬悠扑閹М惓！?/p>

圖4 Ⅱ號(hào)剖面視電阻率斷面圖

(3)Ⅲ號(hào)剖面如圖5所示，介于上部低阻區(qū)與下部高阻區(qū)之間沿剖面狹長(zhǎng)帶狀起伏分布的中－阻異常帶，視電阻率100～200 Ω·m，推斷為基巖風(fēng)化帶反映。

2.2.2 異常反演處理

對(duì)處理后的偶極裝置和溫納裝置視電阻率成像剖面異常進(jìn)行了二維反演計(jì)算，選擇了具有強(qiáng)制平滑的最小二乘法反演技術(shù)，利用地面實(shí)測(cè)視電阻率數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)，采取三角網(wǎng)格剖分方式，生成地下二維地電模型，實(shí)現(xiàn)迭代循環(huán)式反演，以確保了資料的解釋精度。具體反演方法如下:

(1)為了提高數(shù)據(jù)的利用效率，采用了可延展方式的正演模型，這樣將使得其最后的反演成果圖不同于以往的“倒梯形”，而是基于布極長(zhǎng)度的矩形地電斷面反演成果圖，增強(qiáng)了成果圖的信息豐度。

(2)將反演模型的水平方向剖分步長(zhǎng)定為極距大小，縱向剖分的首步長(zhǎng)定為0.5位極距，步進(jìn)因子為1.25，既保證了分辨率的精度和反演深度(≥50 m)要求，又兼顧了適量的總剖分節(jié)點(diǎn)數(shù)，提高了反演迭代速度。

(3)以有限單元法進(jìn)行帶地形的擬合反演，正演計(jì)算的視電阻率理論值和實(shí)測(cè)值的擬合殘差百分比作為控制值，利用最小二乘法反演技術(shù)求出模型參數(shù)修改量，繼而得到各網(wǎng)格單元的反演修正電阻率值，依次實(shí)施迭代修正。對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合誤差一般控制在10%以下，獲取地電斷面反演結(jié)果。

圖5 Ⅲ號(hào)剖面視電阻率斷面圖

3 地質(zhì)解譯

3.1 反演結(jié)果的地質(zhì)解譯

基于上述電阻率剖面異常的反演結(jié)果，結(jié)合以掌握的本區(qū)地質(zhì)資料，現(xiàn)對(duì)高密度電阻率法剖面異常做出如下地質(zhì)解譯:

3.1.1 Ⅰ號(hào)剖面地質(zhì)解譯

由該剖面反演成果圖6所示，上部為一厚度近5～10 m的低阻層，此低阻層分布較為均勻，變化平緩，阻值為≤60 Ω·m，推斷屬第四系坡積沖積松散土層及其厚度，層內(nèi)存在小的局部高阻異常，屬局部砂礫碎石層反映。

上部低阻層的下部為電阻率值≥130 Ω·m的高阻區(qū)，結(jié)合溝谷兩側(cè)出露巖性和物性資料，推斷為本區(qū)的基巖反映。

在地下高阻基巖內(nèi)沿剖面有5處近直立明顯的低阻異常帶，其電阻率值≤200 Ω·m，分別位于剖面的76 m，200 m，320 m，380 m和432 m處，使高阻基巖體斷開、或呈現(xiàn)兩側(cè)電阻率特征明顯不同的梯度帶，結(jié)合與地下電性有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系的溫納視電阻率斷面異常分布特征，故初步推斷76 m，200 m，320 m為橫穿剖面斷裂帶反映，其產(chǎn)狀較陡(≥70°)，傾向NW，斷層寬度10～30 m。結(jié)合已知的區(qū)域地質(zhì)資料均屬逆斷層，76 m，200 m處斷層為區(qū)內(nèi)滹沱群(Pt1ht)淺變質(zhì)含碎石白云巖和砂質(zhì)碳酸巖與震旦系(Pt3z)巖性為淺變質(zhì)的安山巖接觸斷層。380 m和432 m處反映為斜交剖面的斷層，二者間破碎帶寬可達(dá)50 m。

3.1.2 Ⅱ號(hào)剖面地質(zhì)解釋

從該剖面反演成果圖7可知，其上部的低阻層從剖面兩端至中間處，呈現(xiàn)在了一個(gè)由薄轉(zhuǎn)厚的趨勢(shì)，厚度為5～20 m，阻值為≤60 Ω·m，推斷屬第四系坡積沖積松散土層及其厚度;在其溝底存在局部高阻異常體，則為沖洪積砂礫碎石層。

上部低阻層的下部為電阻率值≥150 Ω·m的高阻區(qū)，結(jié)合溝谷兩側(cè)出露巖性和物性資料，推斷為本區(qū)的基巖反映。

在地下高阻基巖內(nèi)沿剖面有6處近直立明顯的低阻異常帶，其電阻率值≤200 Ω·m，分別位于剖面的70 m，164 m，292 m，444 m，488 m和586 m處，使高阻基巖體斷開、或呈現(xiàn)兩側(cè)電阻率特征明顯不同的梯度帶。結(jié)合與地下電性有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系的溫納視電阻率斷面異常分布特征，故初步推斷為基巖斷裂帶，其產(chǎn)狀較陡(≥70°)，傾向NW，斷層寬度10～30 m。結(jié)合已知的區(qū)域地質(zhì)資料仍均屬逆斷層。推測(cè)斷層為區(qū)內(nèi)滹沱群(Pt1ht)淺變質(zhì)長(zhǎng)石石英巖和砂質(zhì)碳酸巖與震旦系(Pt3z)巖性為淺變質(zhì)的安山巖接觸斷層。

圖6 Ⅰ剖面反演地電斷面圖

3.1.3 Ⅲ號(hào)剖面地質(zhì)解釋

由圖8中所示，上部仍為厚度為10～20 m的低阻層，分布大致均勻，同屬Ⅰ號(hào)、Ⅱ號(hào)剖面相類似的第四系松散土層及其厚度反映，在其溝底出現(xiàn)了局部高阻，阻值為320 Ω·m左右，則為河谷內(nèi)沖洪積砂礫碎石層反映。

以≥150 Ω·m的黃色等值區(qū)分界的下部高阻區(qū)，最高電阻率值達(dá)900 Ω·m，推斷為基巖體反映。其中，在剖面水平方向 192 m，384 m，532 m，696 m，844 m，952 m，1 192 m，1 252 m，1 356 m和1 452 m處分布有10處低阻異常帶，寬度為10～30 m不等，將其高阻基巖體斷開、或呈現(xiàn)兩側(cè)電阻率特征明顯不同的梯度帶。結(jié)合與地下電性有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系的溫納視電阻率斷面異常分布特征，故初步推斷為基巖斷裂帶反映，其產(chǎn)狀較陡(≥75°)，結(jié)合已知的區(qū)域地質(zhì)資料其斷層同屬逆斷層，其中F3－3斷層為區(qū)內(nèi)滹沱群(Pt1ht)淺變質(zhì)長(zhǎng)石石英巖和砂質(zhì)碳酸巖與震旦系(Pt3z)巖性為淺變質(zhì)的安山巖接觸斷層，詳見附圖4所示。值得一提的是F3－4對(duì)應(yīng)的中阻電性帶，自576～800 m其長(zhǎng)度達(dá)230 m，是幾條剖面中(F1－4至終點(diǎn)，F(xiàn)2－4至F2－6)出現(xiàn)的較寬的一條中阻電性帶，初步分析可能是巖性不同，或是裂隙密集的破碎帶反映，有待于進(jìn)一步開展地質(zhì)工作查明。

圖7 Ⅱ剖面反演地電斷面圖

圖8 Ⅲ剖面反演地電斷面圖

3.2 綜合地質(zhì)解釋

基于上述各剖面的地質(zhì)解釋結(jié)果，將其展布到測(cè)區(qū)的相應(yīng)剖面的位置上，結(jié)合以掌握的地質(zhì)資料，做如下綜合地質(zhì)推斷解釋。

測(cè)區(qū)內(nèi)表層基本被第四系松散土層所覆蓋，其基巖埋深為2～20 m不等，沿山谷走向呈現(xiàn)上游淺下游深;在橫切溝谷的斷面上，除河谷沖刷地段外，其基巖埋深從兩坡向溝谷中心一般為逐漸增大的趨勢(shì)。共發(fā)現(xiàn)沿山谷方向、具有全區(qū)性的基巖斷裂3條，均為傾向NW的逆斷層;1條分支斷裂，其走向NEE向。該斷裂為區(qū)內(nèi)滹沱群(Pt1ht)淺變質(zhì)含碎石白云巖和砂質(zhì)碳酸巖與震旦系(Pt3z)巖性為淺變質(zhì)的安山巖接觸斷層，斷層總體呈NE35°走向展布，傾向NW，傾角在75°～85°，其破碎帶寬度為10～30 m不等。

鑒于垃圾滲漏液具有明顯的低阻電性特征，對(duì)各條斷層破碎帶所對(duì)應(yīng)的電阻值進(jìn)行了分析對(duì)比，結(jié)合垃圾場(chǎng)的所在水文地質(zhì)條件，初步判斷三條主要基巖斷裂為本區(qū)內(nèi)垃圾滲漏的主要裂隙通道，沿上述地層的分布區(qū)域地下水受到因上游垃圾場(chǎng)滲漏液污染的可能性最大。各剖面上按異常分布特征推斷的其它斷裂則屬于與上述全區(qū)性斷層相伴生的分支斷層，規(guī)模較小，不具有全區(qū)的貫通性。基于伴生斷裂處對(duì)應(yīng)的電阻率相對(duì)較高，與正常地下水的電阻率相當(dāng)(＞80 Ω·m)從而表明屬無污染滲入的斷層破碎帶。

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

(1)測(cè)區(qū)通過三條高密度電阻率法測(cè)量工作，查明區(qū)內(nèi)基巖埋深為2～20 m不等，發(fā)現(xiàn)全區(qū)性斷層破碎帶3條，主斷裂為區(qū)內(nèi)滹沱群(Pt1ht)淺變質(zhì)含碎石白云巖和砂質(zhì)碳酸巖與震旦系(Pt3z)巖性為淺變質(zhì)的安山巖接觸斷層，斷層性質(zhì)為逆斷層。

(2)利用垃圾滲漏液具有明顯低阻電性特征，找到了區(qū)內(nèi)垃圾滲漏的主要裂隙通道，表明高密度電法對(duì)探尋垃圾滲流污染帶有著很好的適用性和推廣性。

4.2 建議

高密度電法的測(cè)量工作最好采取偶極裝置和溫納裝置相配合的方式進(jìn)行，其中偶極裝置異常數(shù)據(jù)反演結(jié)果對(duì)淺部不均勻體較為靈敏，對(duì)水平方向分辨率較高;溫納裝置異常數(shù)據(jù)反演結(jié)果相對(duì)探測(cè)深度較大，垂向分辨率較強(qiáng)。

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