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(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。本文介紹幾種地球物理勘探方法在土壤污染修復(fù)調(diào)查中的應(yīng)用;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)。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(shí),部分高頻電磁波能量會(huì)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(shí),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(hào)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(shí)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 某型探地雷達(dá)(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))
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(shí),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(huì)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(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電特性的變化趨勢存在差異:飽和情況下,電阻率先增后去向穩(wěn)定,不飽和情況下,電阻率先增后減,最后趨向穩(wěn)定。
某型高密度電法系統(tǒng)(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))
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(shí)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(shí)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。
某型瞬變電磁儀(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))