地球物理方法在土壤污染调查中的应用

在传统的场地调查中往往通过钻孔取样或者现场探测（如薄膜界面探测器）来获取地下污染物的浓度信息，并通过平面或空间插值的方法推测污染物的分布情况。地球物理勘探可通过非破坏性的方式对地下污染物的分布情况进行直接测量，并获取连续性剖面数据。本文介绍几种地球物理勘探方法在土壤污染调查中的应用。一般包括探地雷达、高密度电法、感应电磁法等。

1、探地雷达

探地雷达是利用高频电磁波束对地下目标进行探测的一种方法，其使用的电磁波频率一般为0.01~1GHz，通过地面上布置的发射天线激发并传入地下，当地下土壤介质的岩性、化学性质等发生改变时，部分高频电磁波能量会反射回来，并被天线接收，从而探得地下目标情况。当有机污染物侵入到土壤环境中时，由于其介电常数的差异，导致被污染土壤电性发生改变，在探地雷达上即表现为电磁反射信号的异常，对场地进行扫描，通过数据分析即可获得地下污染物分布情况。但是由于其电磁波频率较高，导致穿透能力较低，因此限制了探地雷达对地下污染物探测的深度，探测深度因土壤介质导电率、介电常数而异，在0.1m~30m范围内。同时探测精度（分辨率）及深度与探地雷达所采用的电磁波频率有关：频率越高，分辨率越高，探测深度越低；频率越低，分辨率越低，探测深度越深。

图1  探地雷达的应用

2、高密度电法

高密度电法是根据不同介质导电性能差异，测得地下目标分布情况的方法。通过地表布设的电极向地下输出电流，当地下介质电阻率发生改变时，电流强弱即发生改变，地表布设的测量电极可测得相邻电极间电势差，进而反映地下电阻率变化情况，最终探得地下目标分布情况。有机污染物（尤以含油污染物为主）侵入土壤后，土壤的电阻率会发生改变，通过高密度电法即可测定其分布情况。此外污染物浓度差异也会导致导电特性的变化趋势存在差异：饱和情况下，电阻率先增后趋向稳定；不饱和情况下，电阻率先增后减，最后趋向稳定。

图2  现场装置安装

图3  装置连接示意图

图4  图像及解释

3、感应电磁法

感应电磁法即利用电磁感应原理来探测地下目标，探测时在地表向发射线圈通可变频率交流电，从而产生原生磁场，原生磁场在地层中产生涡电流，而电流密度取决于电阻率，由涡电流产生次生磁场，在地表，接受线圈即可测得次生磁场强度，进而探得地下目标分布情况。污染物侵入土壤造成电阻率改变，通过感应电磁法即可测定其分布情况。此外，发射线圈与接收线圈圈面角度不同，可做两种方式测量，即线圈面同时平行地表的垂直偶极展开，与圈面沿测线方向且垂直地表的水平偶极展开；垂直偶极的探测深度较深，容易获得垂直方向的电性变化情形，水平偶极的探测深度较浅，容易获得侧向方向的电性变化情形。