周蘭，王楚帆，趙學(xué)思

（1.武漢大熵工程發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430000；2.中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030；3.陜西延長石油（集團(tuán)）有限公司研究院，陜西 西安 710000）

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展及人們物質(zhì)生活水平的提高，垃圾的處理問題成為環(huán)保部門的工作重點(diǎn)。在我國，將地球物理方法應(yīng)用于垃圾填埋場的研究起步較晚，目前常用的方法包括高密度電阻率法、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法、地溫法等。在探測土壤與地下水污染方面，應(yīng)用高密度電阻率法探測效果顯著，并經(jīng)驗(yàn)證與其他方法獲得的結(jié)果有良好的相關(guān)性（楊進(jìn)等，1998）。閆永利等（2007）通過大地電磁法對北京某填埋場開展觀測研究，引入了模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)的理論，對填埋場地下水污染情況進(jìn)行了細(xì)化。黃寧（2009）和閆天龍（2014）通過電阻率測深法、瞬態(tài)面波法、高密度電阻率法和探地雷達(dá)法對珠江三角洲地區(qū)開展系統(tǒng)的物探調(diào)查，證明了在地下水污染調(diào)查中是一種有效的調(diào)查方法。近年來，在處理滲漏問題方面，許多學(xué)者在綜合物探法的應(yīng)用上已取得了豐富的理論和實(shí)踐研究結(jié)果（高才坤等，2005；董延朋和許尚杰，2012；張建清等，2014；陸俊等，2015；李萌等，2016）。

湖南某生活垃圾填埋場，位于某地級市某鄉(xiāng)鎮(zhèn)某村，距離市區(qū)約為25 km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°33′45.65″，北緯27°06′09.69″，在正常運(yùn)營階段發(fā)現(xiàn)其下游的出水井已見污染，推測庫區(qū)發(fā)生滲漏，加之地處灰?guī)r地區(qū)，可能發(fā)育巖溶，致使地下水流動(dòng)變得更加復(fù)雜。單一物探法由于其本身具有局限性，揭露的物性特征常常受限，致使?jié)B漏源、滲流通道位置等信息存在一定程度的偏差或誤差（姚紀(jì)華等，2020）。因此依據(jù)本項(xiàng)目場區(qū)的特點(diǎn)及適用條件，針對本工區(qū)采取高密度電法及充電法等進(jìn)行綜合探測，利用多種方法及不同參數(shù)進(jìn)行綜合分析及補(bǔ)充，結(jié)合鉆孔及抽水試驗(yàn)，準(zhǔn)確探測填埋場下游滲漏體的徑流方向，為滲漏論證及防滲處理提供了依據(jù)。

1 工作區(qū)域概況

1.1 場地地質(zhì)概況

根據(jù)現(xiàn)場勘察及相關(guān)地質(zhì)資料，工作區(qū)域及其附近的巖性較簡單，出露地層從上至下主要有第四系（Q）、二疊系棲霞組（P1q）和石炭系中上統(tǒng)壺天群（C2+3ht）。圖1為項(xiàng)目航拍圖，其中測區(qū)主要地層為壺天群（C2+3ht），壺天群中統(tǒng)巖性主要為深灰色厚-巨厚隱晶質(zhì)白云巖、細(xì)粒白云巖、角礫狀灰質(zhì)白云巖，夾灰黑色燧石條帶，其中局部地區(qū)見夾有灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r；壺天群上統(tǒng)主要為淺灰、灰白色、厚至巨厚層隱晶質(zhì)灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r，夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖及一至數(shù)層角礫狀、假角礫狀厚至巨厚層灰?guī)r，局部含燧石結(jié)核。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，該垃圾填埋場大致穿過一斷裂帶（圖1），且該斷裂性質(zhì)不明，大體呈南北走向，該斷裂多被第四系覆蓋。踏勘未見地表構(gòu)造痕跡，亦未發(fā)現(xiàn)其活動(dòng)跡象。場地總體為單斜巖層。場區(qū)地處地殼深部構(gòu)造比較穩(wěn)定的“馬蹄形”上地幔隆起區(qū)，區(qū)域性作整體性緩慢抬升，屬新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)微弱區(qū)。

圖1 研究區(qū)平面航拍圖

作業(yè)區(qū)位于向斜中部的核部偏北西翼，地層為石炭系中上統(tǒng)，兩翼為石炭系下統(tǒng)、泥盆系。區(qū)內(nèi)地層普遍傾向東、南東，傾角10°～35°，垃圾填埋場、工作區(qū)北部分別發(fā)育了北東向次級向斜，地層為二疊系當(dāng)沖組、棲霞組。該向斜在工作區(qū)內(nèi)被魏家橋—曹家沖斷層錯(cuò)開，斷層區(qū)域長度34 km，在工作區(qū)內(nèi)分為兩支，區(qū)外復(fù)合。中部分支從垃圾填埋場中間穿過，北西西盤地層為石炭系中上統(tǒng)，巖溶發(fā)育，有多個(gè)大泉，含水豐富；滲濾液可能通過裂隙/斷層/巖溶向內(nèi)部滲透，加上場區(qū)下游地勢相對較低，可大致推測最易受滲濾液污染的區(qū)域，進(jìn)而可以縮小勘探范圍，提高勘探效率。

1.2 異常電阻率特征

測區(qū)巖性以灰?guī)r為主，除灰?guī)r的電阻率較高外，其余介質(zhì)的電阻率均很小，隨著地層的巖性、巖石的風(fēng)化程度發(fā)生變化，介質(zhì)的電性特征也會(huì)發(fā)生改變，并能通過電阻率等值線斷面圖表現(xiàn)的低阻異常圈閉反映出來（鄔健強(qiáng)等，2020）。經(jīng)檢測，污染水含鐵離子、鋁、硼、錳、銻、鉻、鎳等及氨氮離子，使得污染水體的電阻率遠(yuǎn)小于圍巖的電阻率，具備地球物理勘探的前提條件，且測區(qū)具有一處良好的污染滲漏點(diǎn)，符合充電法的應(yīng)用條件。

2 工作方法

2.1 充電法

充電法是依據(jù)充電體與圍巖電性的差異，向充電體充電，使充電體變?yōu)橐坏任惑w或似等位體，進(jìn)而解決充電體的地質(zhì)問題。將充電點(diǎn)A布置在污水滲漏點(diǎn)處，另一供電電極B置于遠(yuǎn)離充電體且潮濕的地方，布置AB極距的直線距離大于600 m，測量電極MN極距10 m，梯度測量每次移動(dòng)5 m。選用繼善高科的SQ-3C型雙頻道輕便型激電儀發(fā)送機(jī)及其附屬設(shè)備，待發(fā)送信號穩(wěn)定后逐點(diǎn)記錄電位值（mV）與極化率ηs值（%）。

2.2 高密度電阻率法

高密度電阻率法可以了解地下介質(zhì)視電阻率的分布，推斷解釋地下地質(zhì)體的情況（李波等，2018；賀桂有和王永剛，2019；韓鵬，2020）。常用的裝置類型有溫納、偶極和微分裝置等，溫納裝置更適用于電性界面變化較小的地質(zhì)情況（李富等，2019）。選用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所WGMD-9型超級高密度電法儀及其附屬設(shè)備。

2.3 激發(fā)極化法

激發(fā)極化法是以巖、礦石的激電效應(yīng)差異為基礎(chǔ)而達(dá)到找礦或解決某些水文地質(zhì)問題的一種電探方法（張紹棟等，2020）。采用激電測深四極裝置測量大地電阻率ρ（Ω·m）和極化率ηs（%），根據(jù)測深曲線繪制斷面等值線圖，結(jié)合單支曲線對等值線圖進(jìn)行定量及半定量解釋推斷地層及巖體的地質(zhì)情況等（畢炳坤等，2019）。采用湖南繼善高科SQ-3C型雙頻道輕便型激電儀發(fā)送機(jī)及其附屬設(shè)備。

3 工程應(yīng)用實(shí)例推斷解釋

為控制滲漏通道，在近填埋區(qū)滲漏一側(cè)布置了3條充電法測線；為查清滲漏點(diǎn)下游含水層位置及驗(yàn)證通道連通性，布置了一條東西方向高密度測線，并在異常點(diǎn)實(shí)施激電測深。共完成充電法測線3條，高密度測線1條，激電測深點(diǎn)5個(gè)（圖2）。

圖2 測線布置圖

3.1 充電法推斷解釋

測區(qū)巖性主要為灰?guī)r，滲漏點(diǎn)富水，與圍巖具有較大的電性差異，符合充電法的應(yīng)用條件。布置3條充電法測線C1—C3，均為200 m，MN為10 m，測量過程中實(shí)時(shí)記錄每一測點(diǎn)的電位值（mV）與極化率ηs（%）的值，同時(shí)為了消除電流變化對觀測結(jié)果的影響，觀測結(jié)果以MN的電位梯度ΔUMN/I·MN（mV/（mA·m））表示，一并繪制變化曲線（圖3）。

圖3 充電法測線成果圖

由于充電法只做了3條測線，不能據(jù)此給出測區(qū)面積性的資料，故僅對這3條測線的測量結(jié)果做定量的解釋，由于測區(qū)地形起伏不大，因?yàn)闆]有必要做地形校正，也無需對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理（楊華和李金銘，2001）。根據(jù)電位/極化率曲線圖：C1測線里程95～110 m；C2測線里程92～98 m、127～137 m、187～192 m；C3 測 線 里 程85～90 m、115～120 m、160～170 m、192～198 m處，均具有較高視極化率及較低電位，推斷為徑流/滲流通道。此外，C1測線里程145 m；C2測線里程20 m、50 m及155 m；C3測線里程40 m、60 m及130 m處，雖出現(xiàn)低電位異常點(diǎn)，但視極化率值未有明顯變化，推斷該處無異常，詳見表1。

表1 勘探成果表

將上述異常投影，得到異常投影平面圖4a，依據(jù)異常相似相連原則有：①C3測線A—C2測線E—C1測線H，AEH三處異常具有相似形態(tài)，推測為主徑流/滲漏通道，投影在實(shí)際衛(wèi)星圖4b；②C3測線B—C2測線F—C1測線H，BF兩處異常具有相似形態(tài)，推測為分支徑流/滲漏通道之一，由于異常H較寬，按相近相連原則，推測BF分支流向H；③C3測線C—C2測線G，CG兩處異常具有相似性，按相近相連原則連接，推測為分支之一；④C3測線D—C2測線G，DG兩處異常具有相似性，推測為徑流/滲漏分支之一。

圖4 異常投影圖平面圖（a）和實(shí)際遙感影像圖（b）

3.2 高密度電法推斷解釋

選擇溫納裝置進(jìn)行測量，綜合踏勘及主滲流通道，在其下游選擇了一塊疑似有利含水區(qū)，布置了390 m的高密度測線，極距10 m。高密度電法在整個(gè)勘探過程中起到了“承上啟下”的重要作用，“承上”可以驗(yàn)證充電法推斷的主徑流通道；“啟下”是為了在高密度測線上找到有利的含水層/點(diǎn)，在同一套電性層中可依據(jù)電阻率曲線的變化，反映巖性及富水性等特征（葛歡等，2018），為下一步激電測深法的選點(diǎn)提供了前提。

根據(jù)物探成果圖，該段的巖性變化較均勻且較連續(xù)，表層上部視電阻率值較低，小于170 Ω·m；下部視電阻率值較高，大于400～1000 Ω·m。根據(jù)圈閉狀低值異常區(qū)，推斷5處為疑似含水層/點(diǎn)（圖5），作為詳細(xì)勘察點(diǎn)進(jìn)行激電測深法加測（表2）。

表2 推斷異常成果表

圖5 高密度測線物探成果圖

3.3 激電法異常推斷解釋

通過研究區(qū)的試驗(yàn)斷面反映出來的激電異常強(qiáng)度，參考區(qū)內(nèi)采集到的平均電參數(shù)測定結(jié)果（謝升浪等，2020），預(yù)選取5%作為背景值。而含水層/點(diǎn)具有較高的極化特征，故根據(jù)背景值與異常值的差值作為判定條件，在高密度測線內(nèi)圈定的5處疑似異常點(diǎn)進(jìn)行激電測深法加測（圖6）。在異常點(diǎn)2處，深度65 m附近，視極化率曲線和視電阻率對數(shù)曲線出現(xiàn)明顯異常，該處視電阻率值發(fā)生了急劇下降、視極化率出現(xiàn)了急劇上升，極化率高達(dá)11.8%，推斷異常成果表如表3。

表3 推斷異常成果表

圖6 激電測深法物探成果圖

4 鉆孔驗(yàn)證

在充電法1測線里程100 m處，布置鉆孔ZK5，在孔深8 m處揭露含水層，經(jīng)水質(zhì)分析，氨氮嚴(yán)重超標(biāo)，為滲濾液污染所致。根據(jù)通道反向延伸的方向，在其南東端布置鉆孔ZK1，在38 m處揭露灰?guī)r含水層，水質(zhì)分析顯示，所取水樣污染嚴(yán)重。除位于滲濾液滲漏通道上的ZK1、ZK5孔被污染外，其余鉆孔均未發(fā)現(xiàn)與滲濾液有關(guān)的指標(biāo)超標(biāo)，因此ZK1、ZK5一線為主要徑流通道。

在JD2點(diǎn)處，經(jīng)鉆孔ZK6驗(yàn)證，涌水量100 m3/d時(shí)，降深13.4 m，含水層位置符合好，驗(yàn)證了本次工作所推測的主滲流通道?；诖?，在壩體處填埋區(qū)注入大量石灰進(jìn)行處理，在下游ZK6處進(jìn)行抽水沖洗，該孔可見大量白色的沉淀附著，為析出碳酸鈣，是滲漏的直接證據(jù)。本次共完成鉆孔8個(gè)，其中ZK1、ZK5、ZK5-1位于垃圾填埋場內(nèi)，ZK2、ZK3、ZK4、ZK7分布在填埋場邊界附近，ZK6孔位于填埋場北東側(cè)600 m，其中3個(gè)鉆孔為污染孔，鉆孔成果見表4。

表4 鉆孔成果表

5 結(jié)論

通過綜合物探法尋找滲漏通道的實(shí)例，得出以下結(jié)論。

（1）在選定探測方法之前，應(yīng)對場地地球物理?xiàng)l件進(jìn)行評估及試驗(yàn)，傳統(tǒng)的勘探儀器及方法運(yùn)用恰當(dāng)仍具有良好的勘探效果。

（2）綜合利用充電法、高密度電阻率法及激電測深法，工作效率高且操作簡便，可以在宏觀上揭露滲漏發(fā)育的特征和路徑；在重點(diǎn)部位鉆孔、水質(zhì)探測可以進(jìn)行針對性探查，效果顯著。

（3）場地的水文地質(zhì)條件處于復(fù)雜動(dòng)態(tài)變化中，如地下水流動(dòng)和水位升降，因此在物探及水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強(qiáng)滲漏缺陷、動(dòng)態(tài)監(jiān)測及最終成果處理等方面的研究與應(yīng)用。