探地雷達(dá)在地下油類污染探測(cè)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀

丁浩 呂楚岫

[摘要]本文總結(jié)了近十幾年來探地雷達(dá)應(yīng)用于地下油類污染探測(cè)方面的相關(guān)研究進(jìn)展，提出了其應(yīng)用到實(shí)際需要解決的關(guān)鍵問題。

[關(guān)鍵詞]探地雷達(dá) 油類物質(zhì) 探測(cè)

[中圖分類號(hào)] P624 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-9-301-1

1前言

由于處置不當(dāng)導(dǎo)致的油類物質(zhì)滲漏引起的土壤污染問題日益嚴(yán)重，從而促進(jìn)探測(cè)油類物質(zhì)在土壤中賦存、遷移、降解方面研究的快速發(fā)展。探地雷達(dá)（GPR）作為一種地質(zhì)探測(cè)手段已經(jīng)成功的應(yīng)用于淺層地表的諸多領(lǐng)域，如礦產(chǎn)資源勘探、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、考古以及環(huán)境巖土工程，因其無損、高效、低成本、采樣率高等特點(diǎn)也被越來越廣泛的應(yīng)用到解決土壤污染問題的研究中，GPR在運(yùn)用于解決土壤環(huán)境問題的效果已經(jīng)在的許多前期研究中凸現(xiàn)出來，通過GPR可以評(píng)估污染土壤的范圍、嚴(yán)重性以及可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，并協(xié)助確定應(yīng)采取的補(bǔ)救措施。

2探地雷達(dá)應(yīng)用于地下油類污染探測(cè)的研究現(xiàn)狀

Marcak（2000）通過雷達(dá)反射信號(hào)確定污染區(qū)位置，并發(fā)現(xiàn)地下油類污染區(qū)的分步呈隨機(jī)態(tài)，這種污染羽會(huì)因?yàn)楣β首V的差異產(chǎn)生異于其他地方的散射波[1]。Bano等（2009）利用探地雷達(dá)對(duì)柴油在砂盒中滲透進(jìn)行探測(cè)試驗(yàn)，結(jié)果顯示砂盒中柴油污染區(qū)域在探地雷達(dá)剖面圖中并沒有明顯的反應(yīng)，而在時(shí)域建模處理分析結(jié)果中卻得到明顯的波速異常，注油點(diǎn)附近的箱底反射出現(xiàn)了明顯的上翹，說明注油后走時(shí)減少，波速增大，相應(yīng)的混合砂樣介電常數(shù)減小[2]。

Carcione（2003）等學(xué)者在研究含水量和油類物質(zhì)在砂土賦存引起的介電常數(shù)變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，如圖1，當(dāng)含水量固定時(shí)，隨著航空汽油逐漸注入至飽和，其砂土的介電常數(shù)有增加的趨勢(shì)，當(dāng)含水量較低時(shí)增加幅度大于含水量較高時(shí)，即隨著初始含水量的增加，這種航空汽油的注入引起的介電常數(shù)增加越來越小[3]。Franco M， Francisca等（2003）采用終端開路反射法，對(duì)含有有機(jī)污染物的土壤在20MHz～1.3GHz的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行探測(cè)，結(jié)果表明土壤孔隙中的有機(jī)物能夠間接影響土壤的介電常數(shù)，同時(shí)結(jié)果還表明有機(jī)污染探測(cè)在干砂土中可以容易探測(cè)出，但在濕砂土中的探測(cè)較為困難[4]。

Cassidy（2007）根據(jù)探地雷達(dá)信號(hào)衰減程度評(píng)估LNAPL污染分析和介電性能測(cè)量時(shí)，給出了石油污染砂土與地下水的混合介電常數(shù)模型，得到以下結(jié)論：

（1）不飽和區(qū)：衰減幅度較小，因存在少量LNAPL殘留相物質(zhì)，會(huì)限制電勢(shì)衰減。

（2）污染區(qū)：強(qiáng)衰減，混合生物降解過的LNAPL和污染的孔隙水，隨飽和度由低到高衰減幅度變化，存在不規(guī)則的界面邊界。

（3）地下水飽和帶：衰減較小，最大程度的衰減發(fā)生在上部水平面。最終，這項(xiàng)研究證實(shí)了最恰當(dāng)?shù)氖侄问菍⑻降乩走_(dá)作為主要的地球物理方法并結(jié)合低頻電磁或電法（如IP、電阻率法）綜合評(píng)價(jià)污染物飽和度[5]。

3結(jié)論與建議

進(jìn)入21世紀(jì)后，特別是近幾年，嘗試用探地雷達(dá)定量分析地下污染程度的研究悄然興起，但因?yàn)榈叵陆橘|(zhì)的復(fù)雜性，仍未有里程碑式的重大突破，一些研究者試圖通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)利用網(wǎng)絡(luò)分析儀等傳統(tǒng)手段建立地下介質(zhì)介電常數(shù)與含油率含水率之間關(guān)系，但經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)工作后建立的相關(guān)介電模型往往不能應(yīng)用到實(shí)際。探討新型、有效的混合介電常數(shù)求取方法是實(shí)現(xiàn)基于GPR資料進(jìn)行污染物含量分析的關(guān)鍵，也是探地雷達(dá)應(yīng)用于地下油類污染繼續(xù)研究的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]Carcione J M，Marcak H，Seriani G等. GPR Modeling Study in a Contaminated Area of Krzywa Air Base （Poland）. Geophysics， 2000， 65（2）： 521-525

[2] Bano M，Loeffler O，Girard J. Ground Penetrating Radar Imaging and Time-Domain Modelling of the Infiltration of Diesel Fuel in a Sandbox Experiment. Comptes Rendus Geoscience， 2009， 341（10-11）： 846-858

[3] Carcione J M，Seriani G，Gei D. Acoustic and Electromagnetic Properties of Soils Saturated with Salt Water and NAPL. Journal of Applied Geophysics， 2003， 52（4）： 177-191

[4] Francisca F M，Rinaldi V I C A. Complex Dielectric Permittivity of Soil-Organic Mixtures （20 MHz-1.3 GHz）. Journal of Environmental Engineering， 2003， 129（4）： 347-357.