地球物理方法在土壤污染調(diào)查中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的場地調(diào)查中往往通過鉆孔取樣或者現(xiàn)場探測（如薄膜界面探測器）來獲取地下污染物的濃度信息，并通過平面或空間插值的方法推測污染物的分布情況。地球物理勘探可通過非破壞性的方式對地下污染物的分布情況進(jìn)行直接測量，并獲取連續(xù)性剖面數(shù)據(jù)。本文介紹幾種地球物理勘探方法在土壤污染調(diào)查中的應(yīng)用。一般包括探地雷達(dá)、高密度電法、感應(yīng)電磁法等。

1、探地雷達(dá)

探地雷達(dá)是利用高頻電磁波束對地下目標(biāo)進(jìn)行探測的一種方法，其使用的電磁波頻率一般為0.01~1GHz，通過地面上布置的發(fā)射天線激發(fā)并傳入地下，當(dāng)?shù)叵峦寥澜橘|(zhì)的巖性、化學(xué)性質(zhì)等發(fā)生改變時，部分高頻電磁波能量會反射回來，并被天線接收，從而探得地下目標(biāo)情況。當(dāng)有機(jī)污染物侵入到土壤環(huán)境中時，由于其介電常數(shù)的差異，導(dǎo)致被污染土壤電性發(fā)生改變，在探地雷達(dá)上即表現(xiàn)為電磁反射信號的異常，對場地進(jìn)行掃描，通過數(shù)據(jù)分析即可獲得地下污染物分布情況。但是由于其電磁波頻率較高，導(dǎo)致穿透能力較低，因此限制了探地雷達(dá)對地下污染物探測的深度，探測深度因土壤介質(zhì)導(dǎo)電率、介電常數(shù)而異，在0.1m~30m范圍內(nèi)。同時探測精度（分辨率）及深度與探地雷達(dá)所采用的電磁波頻率有關(guān)：頻率越高，分辨率越高，探測深度越低；頻率越低，分辨率越低，探測深度越深。

圖1  探地雷達(dá)的應(yīng)用

2、高密度電法

高密度電法是根據(jù)不同介質(zhì)導(dǎo)電性能差異，測得地下目標(biāo)分布情況的方法。通過地表布設(shè)的電極向地下輸出電流，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)電阻率發(fā)生改變時，電流強(qiáng)弱即發(fā)生改變，地表布設(shè)的測量電極可測得相鄰電極間電勢差，進(jìn)而反映地下電阻率變化情況，最終探得地下目標(biāo)分布情況。有機(jī)污染物（尤以含油污染物為主）侵入土壤后，土壤的電阻率會發(fā)生改變，通過高密度電法即可測定其分布情況。此外污染物濃度差異也會導(dǎo)致導(dǎo)電特性的變化趨勢存在差異：飽和情況下，電阻率先增后趨向穩(wěn)定；不飽和情況下，電阻率先增后減，最后趨向穩(wěn)定。

圖2  現(xiàn)場裝置安裝

圖3  裝置連接示意圖

圖4  圖像及解釋

3、感應(yīng)電磁法

感應(yīng)電磁法即利用電磁感應(yīng)原理來探測地下目標(biāo)，探測時在地表向發(fā)射線圈通可變頻率交流電，從而產(chǎn)生原生磁場，原生磁場在地層中產(chǎn)生渦電流，而電流密度取決于電阻率，由渦電流產(chǎn)生次生磁場，在地表，接受線圈即可測得次生磁場強(qiáng)度，進(jìn)而探得地下目標(biāo)分布情況。污染物侵入土壤造成電阻率改變，通過感應(yīng)電磁法即可測定其分布情況。此外，發(fā)射線圈與接收線圈圈面角度不同，可做兩種方式測量，即線圈面同時平行地表的垂直偶極展開，與圈面沿測線方向且垂直地表的水平偶極展開；垂直偶極的探測深度較深，容易獲得垂直方向的電性變化情形，水平偶極的探測深度較淺，容易獲得側(cè)向方向的電性變化情形。