示例1
用電阻率法調查土耳其垃圾場地下水汙染。場地地質條件:露天垃圾場位於土耳其某城市東南部，是土耳其重要的水源地之壹。第四系沖積層厚100 m，主要由礫石、砂和粘土組成，滲透性好。是當地的主要含水層，西南地勢高，東北地勢低。沒有經過任何處理，垃圾直接堆放在露天。垃圾場下面沒有滲漏收集系統。據調查，2/3的含水層受到了不同程度的汙染。水中NO3的含量是世界衛生組織規定的飲用水標準的5倍以上。電法調查的目的是調查汙染範圍，提供布置監測孔的最佳位置。使用的方法有電阻率法(DC)和甚低頻電磁法(VLF-EM)。垃圾場下遊垂直於地下水流方向有11條剖面，每條剖面長200~250 m(圖8.3.4)。該剖面間隔40米，排列在斯倫貝謝公司，並測試了從0.5米到30米的六個電極距離的影響。從圖8.3.5可以看出，0.5 m極距的視電阻率測量結果表現為高視電阻率，主要反映地表礫石層較大，含水量較少。極距為1 m和5 m的視電阻率結果主要反映了飽和區非飽和地下水的電場特征，與0.5 m相差不大，橫向略有不同。10 ~ 25 m的電極距離反映了地下汙染源的電場特征。在圖的東北角，視電阻率下降到10~25 m，是汙染的發源地，而表層視電阻率在1000ωm以上，視電阻率差異非常顯著。
圖8.3.4測線布置位置示意圖
圖8.3.5不同極距下的視電阻率測量圖
示例2
我國北方某市兩個垃圾填埋場滲濾液的電阻率實測值分別為0.39ω·m和0.40ω·m，遠低於自來水的電阻率23ω·m(表8.3.7)。日本波索半島垃圾場的測量
表8.3.7填埋場滲透電阻率測試結果
結果非常相似。與32.040ω·m的潔凈自來水電阻率相比，相差80多倍。含水土層的視電阻率約為10ω·m，與前面提到的土耳其實例相當，為電阻率測量提供了充分的依據。測量裝置見圖8.3.6，計算公式如下:
環境地球物理學導論
式中:s為水樣的橫截面積；I是當前的；v是電壓；l是Mn之間的距離。
(1)北京阿蘇衛垃圾填埋場滲漏檢測
這是北京建成的第壹座大型衛生填埋場，位於北京市昌平縣沙河東北約6公裏處。地處燕山山脈以南的傾斜平原，山前沖積扇中上部，是城市地下水和地表水的上遊部分。本區基底為第四系洪積物，包括粘土、粉質粘土、砂土和中細砂層。粘土層滲透系數為1.0×10-8cm/s ~ 9.42×10-7cm/s，抗水性較好，但局部地區有粉砂透水層，滲透系數為1.84×10-3cm/s，區內地下水。日垃圾處理量2000 t，全機械化。屬於現代衛生填埋場。底部為不透水粘土層，厚度為0.4-1.4m，作為隔水層反復夯實，周圍設有滲濾液收集系統和觀測井。院子深4米，規劃垃圾場高40米。
在北京市市政管理委員會的支持下，首次采用物探方法進行滲漏檢測，在同壹斷面上選擇了高密度電阻率法、瞬變電磁法、探地雷達法、地溫法和化學分析法。
測線布置在地下水下遊方向，填埋場南側，南墻外側，平行於南墻，間距8 m，測線長度660 m(圖8.3.7，彩圖)。
用美國SIR-10A探地雷達，100 MHz屏蔽天線，時間窗400 ns。地熱法采用日本UV-15精密溫度計，儀器精度為0.1℃。化學分析樣品取自1.5 m深土壤樣品，在實驗室用氣相色譜法分析了氯仿、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯等有機汙染物。這三種方法的測量結果均無異常。說明該地區表層粘土層較致密，滲透性較差。
高密度電阻率法，使用E60B儀器，電極間距3 m，斯倫貝謝排列，沿剖面布置60個電極。數據預處理後，進行二維反演。勘探深度為15 m，視電阻率水平距離深度剖面見圖8.3.8(彩圖)。
從圖中可以看出，在4 ~ 8 m深度有壹層高阻(> > 30ω·m)，但不連續，反映了該區粘土層的特征。垃圾滲濾液從局部透水層滲入深層。220~240 m深度9 m以下的低阻(< < 10ωm)體，證明是鉆井垃圾泄漏汙染的結果。2002年開始施工，對地下水泥防滲墻進行了處理。
圖8.3.6垃圾滲濾液電阻率測量裝置
(2)北京某垃圾填埋場滲漏檢測。
垃圾填埋場是近年來建成的大型衛生填埋場。填埋場底部鋪有塑料基材的防滲層，有滲濾液收集裝置。有效填埋面積19.6×104 m2(300畝強)，日填埋量2500 t，設計封頂高度30m。基底為第四系松散沈積物，厚度約100 m，第壹含水層頂部深度10 ~ 20 m，厚度5 ~ 10 m，以粗砂至細砂為主；第二含水層頂部深度20-30 m，厚度9-25 m，礫石層，滲透系數40-20~30 m/d，第三含水層頂部深度38 ~ 60 m，厚度8 ~ 15 m，主要由中粗砂和礫石組成。地下水從西北流向東南。現在它已經下降形成壹個漏鬥。淺水水質差，不能喝。
根據滲濾液電阻率值的不同，主要采用高密度電阻率法、瞬變電磁法和探地雷達法。考慮到地下水流向，在填埋場的東南部布置了三條測線，測線I位於東部，平均間距為27.5m(400m)；長)從填埋場運出；調查線ⅱ和ⅲ位於填埋場的南側，調查線ⅱ到填埋場的平均距離為35.5米(長度為741米)。三線距離垃圾填埋場約15 m(長700 m)。測線II高密度電阻率法距離深度剖面結果見圖8.3.9(彩圖)。填埋場表層深度5 ~ 10 m，主要為幹燥的砂質粘土層，電阻率較高，向下測電阻率較低(< 15ωm)，應為垃圾滲漏液。根據阿爾奇定律，ρ土= ρ液a φ-m，其中:a = 1；m = 2；ρ液體=0.39。當土壤孔隙度φ為30%時，ρ土=4.4在剖面上非常接近ρ景=5。說明低阻區是漏液的地下分布。在垃圾場的東面，有壹個滲漏區(a 1.1；A1.2).垃圾場南部10 m以下為滲漏區，II段(圖8.3.9)可分為三個大的異常段(A2.0，A2.1，A2.2)和幾個小的異常體。泄漏流體的異常分布清晰可見。
電磁法(EM):電磁法壹般用來圈定淡水和鹹水的界線，瞬變電磁法(TEM法)和探地雷達法(GPR法)在地下水研究中應用廣泛。瞬變電磁法在北方某城市垃圾滲濾液探測中取得了良好的效果，並在II號測線沿線開展了瞬變電磁法探測。儀器為長沙白雲儀器開發公司研制的MSD-1脈沖瞬變電磁儀，配合20 m×20 m電源線圈工作，以了解更深的情況。測量結果如圖8.3.10所示(彩圖)。深度40 m以下有三個異常斷面，分別為a 2.0(0 ~ 15m)；a 2.1(50 ~ 60m)；A2.2(80~100米).據透露，泄漏液體的汙染範圍正在向深層擴展。
示例3
為了防止滲漏，垃圾填埋場中常采用塑料作為基底形成隔離層，比單純依靠粘土層作為隔離層更有效。但由於垃圾堆放時往往夾雜尖銳堅硬的物質或逐層壓實，使局部軟(硬)土受力不均，使汙水從漏洞流出。常規的標準方法是汙水示蹤或監測汙水壓力的變化，耗時較長，只有在流量較大的情況下才有效，而且很難提供修復的準確位置。
使用電阻率法，通過適當安排電極位置，可以準確確定泄漏位置(Willianl Frongos，1997)。以塑料薄膜為基質的垃圾填埋場正在使用。兩個供電電極，壹個在填埋場內(a)，另壹個在塑料薄膜外(b)，可以放在足夠遠的地方，如圖8.3.11所示。驅動電流流過漏點，漏點就是電流源。垃圾填埋場中的廢物由於被掩埋，電阻率很不穩定，壹般為2 ~ 10ω·m，面積為1 m2，厚度為1 mm的掩埋聚乙烯薄膜電阻率為10000ω·m，基底外的土壤具有導電性，電阻率為20ω·m..對於有漏孔的平面塑料薄膜，在均勻半空間的表面上，點源可以用格林函數描述電流流過漏孔所產生的電勢。如果孔徑不大，電流(u)可寫為:
環境地球物理學導論
其中:I為通過漏孔的電流(作為總電流的壹個分量)；ρ為基底土壤的電阻率，r為泄漏孔與源的距離；c是常數，代表參比電極的任何電位。
圖8.3.11漏洞檢測與觀察系統工作原理圖
圖8.3.12點源(漏孔)電流歸壹化電位圖
圖8.3.12是排水孔上的勢函數圖。觀測網為30 m×24 m，觀測點間距為1 m，孔位置(點源):x=14 m，y=11 m，z=0，電極深度為0.5m..
在斯洛伐克的壹個垃圾填埋場使用這種方法，發現了6個漏洞，其中5個很小，屬於點源異常。挖掘證實了壹個大裂縫和六個異常。進行了修復(修復後異常消失)，觀察確定的泄漏位置平均誤差約為30 cm。
如果填埋基底上的塑料薄膜不是壹層，且泄漏不在同壹位置，那麽確定每層塑料薄膜的泄漏位置就比較困難。如圖8.3.11所示，電極可以分層排列，也可以跨層排列。例如，當檢測第壹塑料膜中的裂紋時，電極B應該放置在第壹和第二塑料膜之間的導電物質中。
實例4
澳大利亞北部有壹個鈾礦，1980開始開采，計劃2005年關閉。在采礦過程中，大量的廢渣和廢液滯留在尾礦壩中。現發現尾礦壩富含Mg2+和Mg2+的廢水沿地下裂縫和裂隙滲漏，在地面周圍的壹些植物中檢測到上述離子的濃度明顯升高。從鉆孔水文調查結果來看，廢液滲漏範圍廣，無規律可循。這對當地的自然環境造成了嚴重的危害。為了調查滲漏情況，礦業公司采用了各種地球物理方法:自然電位法(SP)(也稱為氧化還原法)、激發活化法(IP)、直流電阻率法(DC)和瞬變電磁法(TEM)。研究區的地質構造和測線布置見附圖8.3.13。現有測量結果表明，河床內片麻巖電阻率為1900 ~ 8300ω·m，表層沈積物厚度為2 ~ 5 m，粉質粘土和粘土電阻率為0.1 ~ 600ω·m，當地水文地質條件調查結果表明，主要含水層有兩個:第壹含水層為表層粘土和風化巖，厚度20m；；第二層含水層實際上是基巖中的斷層帶。這兩個含水系統是相互連接的。地下水位的波動隨季節而變化。枯水期地下水位日下降幅度為12 ~ 14 mm..在豐水期，地下水位日上升幅度在14 ~ 40 mm之間，枯水期和豐水期地下水位相對下降幅度為2 ~ 3 m
圖8.3.13研究區位置及主要地質構造分布
分別在1線、2線和3線進行了自然電位、DC電阻率法和激發法測量，並重點分析了DC電阻率法、激發法和二維(2D)自然電位的結果。
激發法測量:斯倫貝謝裝置，31個接收電極，通過電纜連接到接收器。極距為10 m，壹個發射電極距離測量線1.7 km(視為無窮大)，另壹個發射電極置於兩個接收電極之間，隨測量線向前移動。電極布置見下圖8.3.14，斷面布置見圖8.3.15(彩圖)。發射電極AB和接收電極MN同時向兩側移動n×a的距離，得到測量線上電阻率隨深度變化的測深剖面。
在圖8.3.16(彩圖)中，有三個比較大的近地表異常，其中心位置分別為8370 E、8525 E和8650 E。前兩個異常由粘土和粉質粘土層引起，第三個異常與南北向2 a斷層相鄰，認為是滲漏引起的異常。其次，可以看出，激電異常有自西向東增大的趨勢。從1處(距3號線約150 m)的鉆孔地下水測試結果中發現，地下水中的Mg2+濃度向東逐漸增加，這證實了激電結果。
附圖8.3.17(彩圖)為電阻率觀測結果，顯示8250E、8300E、8350E處出現低電阻率異常。前者異常對應於片麻巖和眼球狀片麻巖地質單元的結合部，被認為是地層差異引起的異常。8300E異常位於灌溉水管的正下方。8350E和8500E的低阻異常與當地灌溉有關。8550E處的高電阻率異常對應片麻巖地層。
從激電法和DC電阻率法的測量結果來看，激電法對地表汙染(2 ~ 5 m)的響應不如電阻率法敏感，因為地表汙染不足以在極小的極距(10 m)產生明顯的激電效應，受汙染的粘土層和地下水比含有高濃度汙染物的地下更容易產生明顯的激電效應。
圖8.3.14斯倫貝謝布置圖
圖8.3.18(彩圖)是不同時間觀測到的自然電場變化。雖然圖形形狀略有不同，但基本保持了良好的壹致性。為了避免其他方法的幹擾，測量在激電法和DC電阻率法完成後進行。自然電法的解釋需要結合實際，因為自然電場的場源不是固定的，受地下水水力梯度和水中離子濃度的影響。在斷層附近，顯示高電位。其次，也采用電磁法測量:50 m單線圈，25 m點距。視電阻率反演精度小於1%(附圖8.3.19，彩圖)，與電阻率法和自然電位法有很好的對應關系。