电磁法在土壤污染调查的应用案例

赛盈地脉 · 发表于 2020-12-23 17:16

EM 方法技术背景

电磁波法（Electromagnetic Method）简称 EM 方法，是利用电磁感应原理来探测地层。测勘时在地表将发射线圈(Transmitter Coil)通可变频率交流电，从而产生随时间变动的原生磁场，由于地层导电率的差异，再根据楞次定律（lenz’s law），此原生磁场会在地层内产生时变的涡电流，其电流密度的大小取决于各地层的电阻率，如地下介质不均匀，则在覆盖层、围岩等局部导体上产生感应的次生磁场。在地表以一接收线圈(Receiver Coil)收录次生磁场强度，可以借此了解地下地层导电性分布情形，进而推测地层的电性构造。

电磁波法依产生的原生电磁场及记录次生电磁场的差异，可分为时间域电磁法(Time Domain Electromagnetic ； TEM) 与频率域电磁法(Frequency Domain Electromagnetic；FEM)两种。时间域电磁波法具有野外量测方便，但信噪比(S/N Ratio)太低；频率域电磁波法具有野外量测较复杂，但信噪比比较高，野外使用何种探测方法依量测者对当地地形、地物熟悉度及周遭信噪比值而定。

观测过程中依测量过程不同可分为连续测量(Continuously Measurement)，即沿测线连续观测仪器读值与逐站测量(station by station Measurement)，即沿规划之测站逐点观测仪器读值两大类，无论如何，良好测线规划影响施测成果的成败。此外．探测范围及测站间距也是重要的勘探参数，过小的勘探范围无法有效地量得地层原始电性资料，造成对比困难；测站间距的设定须考虑探测目标的大小，应在正式作业进行前，沿测线方向连续观察仪器读值，从而决定测站的间距。此外，施测时依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(Vertical Dipole)展开与圈面沿测线方向且垂直地表的水平偶极(Horizontal Dipole)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。

由野外所获得的观测值资料，依测点座标位置、地形标高等资料，绘制野外电导率剖面图，可做地下污染团分布及流向初步判定。电导率经由资料处后，可换算成电性地层深度其对应之电导率图，以作为推测污染团污染范围及扩散方向。

EM 方法案例

案例背景

某项目总占地面积为 1388.19 亩，目的为调查场地的土壤和地下水污染范围和深度，并与原有取样点进行对比分析，用以验证物探方法运用于污染土壤地下水场地调查的可行性，并展示大面积扫描方式在该项目上面的优势。

其中块地四占地面积为 76.33 亩，锰化工厂运营始于 20 世纪 60 年代，主要经营生产电解二氧化锰、仲坞酸铵、电池锰粉等产品。目前厂房已经拆除，分别于原本运用于灰粉堆场区、粉碎矿石处、废渣沉淀池、原材料堆场均设有取样点位。

测试方案

本次电磁法使用设备为多频发射，可以一次性发射多个频率的电磁波，分别对应不同深度电导率的情况，电磁波所探得土壤物理参数为电导率，是和电阻率参数呈反比，也就是当电阻率较低的重金属污染情况下，其导电率是较高的。本次发射电磁波频率分别有 450Hz, 1530Hz, 5310Hz, 18330Hz, 63030Hz,根

据 skin depth 公式dckin = 503Jq可算得 EM 测区一的对应深度约为 3m，7m，12m，20m，25m，其运动路径如，EM 测区而的对应深度约为 3m，6m，12m,17m，20m，

若将同一深度两个 EM 资料套叠至航照图中，如上图所示，高导电度区域集中于图中黄色框框所在位置，推测为重金属污染地区，且右侧 EM 测区一位置部分导电度更高，该区域原本为灰粉堆场，因此堆积物经过长时间的存放，已有侵入土壤的现象，而左侧 EM 测区二部分虽也有高导电度异常，但是集中程度和导电度值都较轻，又根据原本该区域为分析化验室和厂房区域，可推测污染程度较测区一轻，且有可能为测区一污染扩散所致。

从上图得，场地 EM 测区污染情况比较复杂，基本可以总结为污染浓度高- 中低-高-低，深度为 3m 时，污染异常区域较为明显，主要集中为两个污染团，分别称作为左侧污染团和右侧污染团，随着深度的增加至 6m，图 7 右侧污染团浓度情况不呈现明显变化，而其左侧污染团浓度情况则出现了降低，继续随着深度增加至 12m，两污染团污染浓度都呈现一定幅度的下降，再随着深度增加至17m，两污染团浓度有呈现增加的趋势，然后从 17m-20m 污染浓度迅速降低，呈现较正常状态。