地球物理方法在土壤污染調查中的應用

在傳統的場地調查中往往通過鉆孔取樣或者現場探測（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行直接測量，并獲取連續性剖面數據。本文介紹幾種地球物理勘探方法在土壤污染調查中的應用。一般包括探地雷達、高密度電法、感應電磁法等。

1、探地雷達

探地雷達是利用高頻電磁波束對地下目標進行探測的一種方法，其使用的電磁波頻率一般為0.01~1GHz，通過地面上布置的發射天線激發并傳入地下，當地下土壤介質的巖性、化學性質等發生改變時，部分高頻電磁波能量會反射回來，并被天線接收，從而探得地下目標情況。當有機污染物侵入到土壤環境中時，由于其介電常數的差異，導致被污染土壤電性發生改變，在探地雷達上即表現為電磁反射信號的異常，對場地進行掃描，通過數據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，導致穿透能力較低，因此限制了探地雷達對地下污染物探測的深度，探測深度因土壤介質導電率、介電常數而異，在0.1m~30m范圍內。同時探測精度（分辨率）及深度與探地雷達所采用的電磁波頻率有關：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  探地雷達的應用

2、高密度電法

高密度電法是根據不同介質導電性能差異，測得地下目標分布情況的方法。通過地表布設的電極向地下輸出電流，當地下介質電阻率發生改變時，電流強弱即發生改變，地表布設的測量電極可測得相鄰電極間電勢差，進而反映地下電阻率變化情況，最終探得地下目標分布情況。有機污染物（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致導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定；不飽和情況下，電阻率先增后減，最后趨向穩定。

圖2  現場裝置安裝

圖3  裝置連接示意圖

圖4  圖像及解釋

3、感應電磁法

感應電磁法即利用電磁感應原理來探測地下目標，探測時在地表向發射線圈通可變頻率交流電，從而產生原生磁場，原生磁場在地層中產生渦電流，而電流密度取決于電阻率，由渦電流產生次生磁場，在地表，接受線圈即可測得次生磁場強度，進而探得地下目標分布情況。污染物侵入土壤造成電阻率改變，通過感應電磁法即可測定其分布情況。此外，發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，容易獲得側向方向的電性變化情形。