《地下水污染地球物理探测技术指南(试行)》.pdf
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1、 地下水污染地球物理探测技术指南 ( 试 行 ) 2022 年 5 月 1目次第一章第一章 总总 则则 .1 1.1 编制目的.1 1.2 适用范围.1 1.3 编制依据.1 1.4 术语与定义.2 1.5 指导原则.4 1.6 组织编制单位.4 第二章第二章 工作内容和流程工作内容和流程 .5 2.1 工作内容.5 2.2 工作流程.6 第三章第三章 资料收集和调查区物性特征分析资料收集和调查区物性特征分析.8 3.1 基础资料收集.8 3.2 现场踏勘和人员访谈.8 3.3 调查区物性特征分析.9 第四章第四章 地球物理探测方法地球物理探测方法 .13 4.1 方法概况.13 4.2 高密
2、度电阻率法.14 4.3 探地雷达法.18 4.4 激发极化法.23 第五章第五章 资料处理解释资料处理解释 .28 5.1 高密度电阻率法.28 5.2 探地雷达法.29 5.3 激发极化法.29 5.4 反演结果解释推荐方法.29 5.5 解释结果与污染区的划定.30 第六章第六章 质量控制和安全保障质量控制和安全保障 .31 26.1 仪器质量控制.31 6.2 野外数据采集质量控制.31 6.3 数据处理解释质量控制.32 6.4 安全保障.32 第七章第七章 技术成果技术成果 .34 7.1 报告内容和格式.34 7.2 图表.34 7.3 数据文件.34 附录附录 A 不同行业地下
3、水潜在特征污染物类型不同行业地下水潜在特征污染物类型.35 附录附录 B 地球物理方法正演地球物理方法正演.37 附录附录 C 不同污染调查区综合地球物理方法选择的主辅关系不同污染调查区综合地球物理方法选择的主辅关系.46 附录附录 D 高密度电阻率法的原理、测定方法和设备要求高密度电阻率法的原理、测定方法和设备要求.47 附录附录 E 探地雷达法的原理、测量方法和设备要求探地雷达法的原理、测量方法和设备要求.53 附录附录 F 激发极化法的原理、测定方法和设备要求激发极化法的原理、测定方法和设备要求.57 附录附录 G 野外地球物理方法测量数据记录表野外地球物理方法测量数据记录表.65 附录
4、附录 H 地下水污染调查区地球物理调查报告大纲地下水污染调查区地球物理调查报告大纲.68 附录附录 I 有机物和重金属复合污染电阻率和充电率实验测定有机物和重金属复合污染电阻率和充电率实验测定.69 1 地下水污染地球物理探测技术指南(试行) 第一章 总 则 1.1 编制目的 为贯彻落实水污染防治行动计划 地下水污染防治实施方案,加快推进我国地下水污染防治工作,增强地球物理探测方法在地下水污染防治工作中应用的科学性和规范性,依据中华人民共和国环境保护法 中华人民共和国水污染防治法 地下水管理条例及相关法规标准,编制地下水污染地球物理探测技术指南(试行) (以下简称指南) 。 1.2 适用范围
5、本指南适用于固体废弃物填埋场渗滤液渗漏、 污水处理池或车间生产废水等点源渗漏、油气管道和加油站油类渗漏、海水入侵等情况导致地下水污染的调查和修复效果监测, 其他类型污染调查可参照使用。 本指南适用于辅助获取地质体空间分布、 地下构筑物或埋设物、潜水水位等相关信息。 1.3 编制依据 本指南内容引用了下列文件中的条款。 凡是不注明日期的引用文件,其有效版本适用于本指南。 GB/T 14499 地球物理勘查技术符号 GB/T 14848 地下水质量标准 2 HJ 25.1 建设用地土壤污染状况调查技术导则 CJJ/T 7 城市工程地球物理探测标准 DZ/T 0069 地球物理勘查图图式图例及用色标
6、准 DZ/T 0070 时间域激发极化法技术规程 DZ/T 0072 电阻率测深法技术规范 DZ/T 0073 电阻率剖面法技术规程 DZ/T0204 井中激发极化法技术规程 JGJ/T 437 城市地下病害体综合探测与风险评估技术标准 Q/SH 0759 高密度电阻率测深法勘探技术规程 1.4 术语与定义 下列术语和定义适用于本指南。 (1)地球物理探测)地球物理探测 根据目标体与周围介质在物理性质上的差异, 运用适当的仪器设备,观测地球物理场的分布,通过分析研究观测的物理场,结合有关地质资料,达到寻找地下目标体的目的。也称为地球物理勘探。 (2)电阻率法)电阻率法 利用地壳中不同岩石间导电
7、性的差异, 通过观测与研究在地下人工建立的稳定电流场的分布规律, 研究解决地下水污染相关问题的一种电法勘探分支方法。 (3)高密度电阻率法)高密度电阻率法 通过电极阵列技术同时实现电剖面和电测深测量, 获得二维 3 或三维的电阻率空间分布,进而研究解决相关问题的电阻率法。 (4)激发极化法)激发极化法 以岩、矿石、水或污染物等介质极化效应差异为基础,通过观测和研究介质激发极化效应来探查地下地质情况或解决某些水文地质、环境地质问题的一类电法勘探方法。 (5)探地雷达法)探地雷达法 通过测量高频电磁波在介质中传播产生的电磁信号, 进而研究其在地下介质中的传播速度、 介质吸收系数以及界面反射系数等,
8、解决相关地质问题的一种电磁波法。 (6)电阻率)电阻率 表示介质导电性的物理量。 (7)极化率)极化率 表征地下介质极化效应强弱的参数。 (8)介电常数)介电常数 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场, 原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值。 (9)探测深度)探测深度 地球物理方法在某些条件下所能达到的最大有效深度。 (10)分辨率)分辨率 地球物理方法所能分辨的地下目标的最小几何尺寸, 可分为横向分辨率和纵向分辨率。 (11)正演和反演)正演和反演 4 正演是已知物性参数模型来模拟计算相应地球物理场分布的过程。 反演是由地球物理测量数据求取场源的物性参数和几何参数的过程。 1.5 指
9、导原则 (1)针对性原则:针对调查区和污染物特性,采取适宜的地球物理方法进行污染空间分布探测, 为地下水污染防治提供依据。 (2)规范性原则:采用程序化和系统化的方式规范地球物理探测过程及探测结果解释; 地球物理探测评估的时间可能相当长,不应局限在某个短暂时间内,应具有连续性和可重复性。 (3)可操作性原则:综合考虑方法成熟度、操作难易程度、时间、经费等因素,使地球物理探测及解释过程切实可行。 1.6 组织编制单位 本指南由生态环境部土壤生态环境司组织, 生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心、生态环境部环境规划院、南京大学、中国地质大学(北京) 、吉林大学和生态环境部南京环境科学研究所
10、起草编制。 5 第二章 工作内容和流程 2.1 工作内容 2.1.1 资料收集及调查区物性特征分析资料收集及调查区物性特征分析 采用资料收集、现场踏勘及人员访谈等方式,收集调查区介质背景值(受污染前)和地下水污染的相关资料。根据调查区物化特征、水文地质条件,结合污染调查的不同阶段和工作条件,通过方法有效性、仪器稳定性及技术参数选择等,制定调查区地球物理方法探测的工作方案。 2.1.2 地球物理探测地球物理探测 根据探测工作方案布置测网, 开展地球物理方法野外仪器信号采集。在具有人为干扰因素、仪器读数不稳、观测数据跳变等情况下,须进行重复观测。在整个野外工作过程中,对有代表性的地段进行系统质量检
11、查。检查方式采用一同三不同(同点位、不同仪器、不同操作者、不同日期),检查工作量不小于总工作量的 5%,检查结果采用均方相对误差计算,检查合格数据作为地球物理野外原始数据。针对地下目标体的介质物性,收集整理或测试地下主要介质的物性参数。初步分析处理原始数据,按照任务的目标和要求,定性解释地下目标体的物性及空间分布状况。 2.1.3 资料处理解释资料处理解释 采用成熟可靠的数据处理技术或软件,编辑测量数据,剔除 6 具有干扰性的异常值,进行数据预处理;再经过中间数据处理后进行反演解释;结合地质资料、钻探资料、物性资料等对反演结果给予地球物理资料的地质解释, 查明地下目标体赋存的空间位置、规模大小
12、及物理性质。对于解释结果可信度不高的区域,应分析查找原因,调整参数重新反演解释,或根据需要做进一步的野外地球物理探测。 对解释结果可信度高的区域, 采取钻探取样、检测等方式进行验证。 2.2 工作流程 总体工作流程包括调查区资料收集和现场踏勘、 地球物理野外信号采集、数据处理、资料解释及污染区划定等环节,如图2-1 所示。 7 图 2-1 地下水污染地球物理探测工作流程图 8 第三章 资料收集和调查区物性特征分析 3.1 基础资料收集 收集和分析调查区水文、气象、地形地貌、水文地质等基础资料(表 3-1) ,具体方法参照建设用地土壤污染状况调查技术导则 (HJ 25.1)和地下水环境状况调查评
13、价工作指南 (环办土壤函2019770 号) 。不同行业地下水潜在特征污染物参考附录 A。 表 3-1 调查区基础资料类型 类型 内容 水文水质资料 调查区附近地表水体分布,水位与水量,排污情况(类型、位置、数量等) ,地表水体中污染物种类、浓度及相关水质信息。 气象资料 调查区及附近区域降水、气温、风向、风速等气象要素资料;大气及降水中污染物信息。 地形地貌、地质、水文地质资料 调查区及周边区域地形地貌,地层岩性,含水层系统结构(水文地质平面图、剖面图和钻孔柱状图等) ,地下水补给、径流、排泄条件,地下水点(泉、水井)分布,地下水水位、水质动态,地下水与地表水的关系,主要水文地质参数(流速、
14、渗透系数、导水系数、储水系数)等。 地下水开发利用情况 现状及未来规划情况下,地下水开采布局、水井位置、成井结构、开采量、开采用途等。 土地利用历史、 污染状况调查情况 调查区开发利用历史、场地地层人为干扰历史,厂区平面图,地下构筑物分布图,调查区污染前期评价及调查成果资料等。 注:调查区指综合考虑污染物在地下水中运移范围的条件下,调查对象及其影响范围。注:调查区指综合考虑污染物在地下水中运移范围的条件下,调查对象及其影响范围。 3.2 现场踏勘和人员访谈 现场踏勘、人员访谈及资料收集可交叉进行。必要时,对收集资料进行补充、核实。 9 (1)核实地质情况,了解可供利用的山地工程、测绘标志、以前
15、的物化探测网及异常标志等; (2)查明调查区地质干扰和人文干扰因素(如高压线、地下管道、地下构筑物等)的种类、强度及分布等情况; (3)明确测区可布测线的范围、测线方向及测线长度; (4)调查测区仪器测量条件,如电极接地条件或天线耦合条件等; (5)采集测区土样、水样或岩芯,用以测定调查区岩层的电阻率、极化率、介电常数等物性参数。 3.3 调查区物性特征分析 在进行调查区地球物理探测之前, 要获取调查区地球物理探测的物性参数,包括物性资料收集、调查区物性测试和正演模拟等。 3.3.1 物性资料收集物性资料收集 物性资料主要包括以下几个方面: (1)调查区内不同地层/土样的电阻率、极化率、介电常
16、数等物性参数; (2)调查区、相邻地区或其他条件类似地区的地球物理方法探测工作成果报告及图件; (3)调查区、相邻地区或其他条件类似地区地球物理方法研究和应用资料文献; (4)收集相关污染物的电性(电阻率、极化率及介电常数) 10 特征及变化范围,或是参考类似调查区中污染物的参数值,为方法的选择和测量参数的选择提供指导, 并为判断污染物的分布提供依据。常见介质电阻率和相对介电常数参考值见表 3-2,常见岩石的极化率见表 3-3。 调查人员应核实收集资料的有效性, 根据专业知识剔除错误和不合理的信息。如资料缺失影响判断调查区污染状况时,应在报告中加以说明。 表 3-2 常见介质的电阻率、相对介电
17、常数及衰减常数 介质名称 电阻率(m) 相对介电常数 电磁波速度 (m/ns) 衰减常数(dB/m)干砂 103107 36 0.10.122 0.0009 饱和含水砂 102104 2030 0.0670.055 0.30.03 饱和卤水或咸水砂 5-10 2030 0.0670.055 1300 粉砂 102103 530 0.1340.055 1100 页岩 10103 515 0.1340.077 1100 饱和含水黏土 110 540 0.1340.047 1300 湿土 50100 30 0.055 垦殖土 200 15 0.077 岩质土 1000 7 0.113 干砂质土 71
18、00 3 0.173 湿砂质土 150 25 0.06 0.002 干壤质土 9100 3 0.173 湿壤质土 500 19 0.069 干黏土质土 3700 2 0.21 湿黏土质土 20 15 0.077 淡水 30104 81 0.033 0 海水 0.10.30 81 0.10 1000 含咸水或卤水 1-3 81 0.10 1000 冰 103105 34 0.1730.15 0.01 水泥混凝土 0.11 611 0.090.12 0.55 空气 无限大 1 0.3 0 汽油 2.51011 1.9 甲醇 2.3105 30 煤油 7.31012 24 苯 1.610111012
19、 12.5 DNAPL 500105 铁、铅、汞 1.010-70.1 10 银、铜、金、铝 1.510-80.03 10 注:单个数字前的“”表示“大约” 。注:单个数字前的“”表示“大约” 。 11 表 3-3 部分岩石、矿石极化率实测数据统计结果 (来源:何继善(来源:何继善. 双频电法的物理基础双频电法的物理基础M, 北京:高等教育出版社北京:高等教育出版社, 2006.) 3.3.2 物性测试物性测试 物性测试可采用露头法、标本法。实际工作中应根据具体情况进行选择。 当因客观条件限制或者难于直接确定某种方法的效果时,宜采用综合性的测定方法。 (1)采用露头法时,应合理选择待测露头、观
20、测装置的参数及测试的方法技术。 (2)采用标本法时,注意采集不同地层(包括污染地层和 12 未污染地层)土样和水样测定其物性参数。标本采集点应均匀分布在测区中不同介质的天然或人工露头(浅井、探槽、矿坑、钻孔)上,并应以下列对象为研究重点。 a)污染目标物和干扰介质体; b)电阻率、极化率、介电常数等参数变化范围较大的介质; c)地下水性质表现复杂地段的介质; d)不均匀覆盖层,特别是盐碱化不均匀所引起的电性变化的覆盖层。 3.3.3 正演模拟正演模拟 地球物理方法探测结果的解释依赖于介质的物性差异, 要求污染调查区内污染区和非污染区具有明显物性差异, 进行以调查区物性参数为基础的数值模拟或物理
21、实验,具体参考附录 B。 13 第四章 地球物理探测方法 4.1 方法概况 地下水污染调查常用的地球物理方法、参数、代表性仪器类型及应用条件见表 4-1。根据调查区污染物特征、调查规范、仪器发展水平与可操作性,以及相关方法的成功应用案例,选择高密度电阻率法和探地雷达法作为探测调查区污染物的主要地球物理调查方法,并辅以激发极化法。条件允许时,可采用多种方法进行探测。由于不同方法探测精度和深度不同,在同时使用多种方法进行地下水污染调查区探测时,应注意主次搭配,搭配顺序具体参考附录 C。 表 4-1 地下水污染调查中常用的地球物理探测方法 方法 参数 代表性仪器 应用条件 电阻率法和激发极化法 地层
22、电阻率、极化率、 调查区电阻率、 极化率空间变化情况 高密度电阻率法测量系统、多功能电法分布式采集工作站 石油类渗漏污染范围调查等; 勘测垃圾填埋位置、边界及渗液空间范围; 圈定城市污水渠、管道渗漏及扩散范围; 划分咸淡水分界面; 在电阻率物性差异较小调查区, 辅助以激发极化法; 在石油和重金属等复合污染调查区, 辅助激发极化法区分石油和重金属污染。 探地雷达法 介电常数、 电磁波速、 吸收衰减系数等 探地雷达系统 石油类渗漏污染范围调查等; 划定垃圾填埋场边界及渗液污染空间分布; 探测废弃管道、阀井及污染物渗漏位置; 划分调查区地层结构、岩性及静水位等; 圈定再生水灌溉渠、线状污染及扩散范围
23、。电磁法 地下介质分层电导率 电导率成像系统、土壤电导率成像仪 石油类渗漏污染范围调查等; 圈定浅地表污染源、边界范围; 圈定城市污水渠、管道渗漏及扩散范围; 测量土壤导电特性, 以及划分咸淡水分界面等。 14 方法 参数 代表性仪器 应用条件 单孔物探测井法 电阻率、 自然电位、 自然伽马、伽马-伽马等 成像测井系统、水文物探测井系统 适用钻孔深度大于 10 米; 原位测量深部地层电阻率值、自然电位、自然伽马和伽马-伽马等参数; 刻画污染土壤与地下水介质弹性参数变化等。 声波跨孔 层析法 土壤介质横纵波速、 弹性模量、泊松比、密度等 地震仪、工程测试系统等 适用钻孔深度大于 20 米,间距小
24、于 30 米; 描述钻孔间土壤介质断面污染源与污染范围的空间变化情况; 评价污染调查区地层结构与岩土特性。 电磁波孔间 CT 成像法 电磁波速、 电磁波衰减度等 地下电磁成像系统、孔间成像系统等 适用钻孔深度大于 20 米,间距小于 20 米; 描述钻孔间土壤介质断面污染源与污染范围的空间变化情况; 评价污染调查区孔间断面电磁衰减分布特征。 钻孔雷达 测井法 介电常数、 电磁波衰减度等 钻井雷达 适用孔深大于 10 米; 评价土壤与地下水介质半径小于 10 米; 可用于所有污染调查勘查孔和监测孔。 自然电场法 电位等 数字型仪器等 适用于区域或局部地质构造的调查、 勘查断裂构造和地层分布等;
25、解决河、湖及沼泽地区的地下水补给关系。充电法 电位等 数字型仪器等 被勘查的目标体必须有良好的露头(人工、天然) ;被勘查的目标体比围岩的电阻率足够小,目标体大小和埋深适当,其引起的异常能被测出,并能从干扰异常中识别出来; 了解地下水的流向、流速。 4.2 高密度电阻率法 4.2.1 适用条件适用条件 (1)勘查目标物与周围介质之间存在较明显的电阻率差异; (2)勘查目标物在地表能够引起可测量的异常; (3)勘查目标物的电阻异常能从干扰背景中分辨出来; (4)具备必要的接地条件和测线展布条件。 4.2.2 测线布置原则及测量参数设置测线布置原则及测量参数设置 4.2.2.1 测线布置原则 15
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