Question

在环境地质调查中的应用

Answer 1

一、在农业和土壤治理中的应用

1.农业活动对地下水的污染

目前对农药造成地下水污染的问题，已使人们产生越来越多的忧虑。有人认为，农药的污染将成为当今主要的污染问题之一，对环境污染的农药有除莠剂类、杀虫剂类及杀真菌剂类等。此外，地下水还容易遭受在农业生产中的粪堆、农场污水、废物、消毒水和青储饲料液剂等污染源的危害。被国际水管理机构禁止使用的农药数目在不断增加，如：DDV被禁用，艾氏剂、狄氏剂和氯丹被停用，碘苯腈和溴苯腈被限用。农药和硝酸盐等对地下水的水质构成严重威胁，它比地表排污的污染更难消除。

2.海水对地下水的污染及治理

当地下淡水水位下降时，海水将浸入，使地下咸水增多，淡水减少。我国东南沿海地区普遍存在这种现象，咸水浸入可使农业产品的数量减少和质量降低，还会危害现有的淡水动、植物的生存，在咸水浓度高时，能引起人类生理效应，产生高血压症状。

我国沿海由于地下水过量开发，导致海水入侵已是普遍现象。渤海周边有大面积咸水区。中科院在山东莱州为莱州市海水入侵治理开展了地面电测深工作。图5-2-1为视电阻率等值断面图，图中显示出海水入侵通道（低阻）和淡水古河道（高阻）。测量结果编制出电阻率图和曲线类型分布图，划分出海水严重入侵区（ρ_s=2～17Ω·m），轻度入侵区（ρ_s=17～30Ω·m）和未入侵区（ρ_s=30～100Ω·m）。曲线类型QQ和KQ型为严重入侵区，H型为轻度入侵区，K型和A型为未入侵区。根据电测深划分的入侵程度见表5-2-1。表5-2-1中Ⅲ区是易于治理区，Ⅰ区是难治理区，某些地方已开发卤水资源。由于莱州市地下水严重过量开发导致近海王河和朱桥河地区产生两个大型地下水漏斗，漏斗中心水位分别为-15 m和-10 m。近年入侵面积已扩大到435 km²，报废机井6000多眼，使50万亩耕地失去灌溉地下水，5万亩耕地发生次生盐碱化。从而提出拦水补渗的治理海水入侵工程措施。

图5-2-1 视电阻率等值断面图

表5-2-1 海水入侵程度与电阻率的关系

3.土壤盐碱化和旱灾治理调查

农田的开垦和灌溉使地下水面上升，导致盐碱化。土壤含盐度可根据电导率划分，可采用航空或地面电法，而潜水面深度一般用地震折射法确定。表5-2-2列出澳大利亚的土壤含盐度分级及其与作物耐盐力、根部土壤电导率之间的关系。

表5-2-2 澳大利亚的土壤含盐度分级及其与作物耐盐力、根部土壤电导率之间的关系

近年的特大旱灾给印度安德拉邦带来很大困难。为治理旱灾拟采取水土保持和回灌措施，这就要求了解土壤厚度，风化壳厚度和基岩起伏。为此在该邦典型缺雨区系统开展了电阻率测深。根据电测深的结果绘制了土壤厚度和基岩深度等值线图。为了解风化层厚度变化和充水裂隙的有无又作出地电断面。在划分出的土壤薄的地区采取水土保持措施，而将风化层厚、基底深的地区作为人工回灌的地点。

4.土壤治理中的应用

对于土壤污染，首先要控制和消除污染源。因为，土壤具有一定的净化能力；因此要控制污染物的迁移转化，使之不能进入食物链。

（1）控制和消除土壤污染源

1）控制和消除工业“三废”排放。推广闭路循环、无毒工艺，减少或消除污染物。对工业“三废”进行回收处理、净化处理和减小排放的数量和浓度，使之符合标准。

2）加强土壤污灌区的监测和管理。了解污染物质的成分、含量及动态，控制污水灌溉数量，避免滥用污水灌溉引起土壤污染。

3）控制化学农药的使用。禁用或限用剧毒、高残留性农药，研制高效、低毒、低残留农药，发展生物性农药。合理施用农药，制定安全间隔期，制定农药的容许残留量。

4）合理施用化肥。为了增产，合理施用化肥是必要的。但施用过量，会引起农作物减产和质量降低，还会造成农作物中硝酸盐含量过高，而影响人和家畜的健康，也会影响重金属元素含量的增加，造成土壤污染。

（2）增加土壤容量和提高土壤净化能力

增加土壤有机质含量、砂掺粘和改良砂性土壤，可以增加和改善土壤胶体的种类和数量，增加土壤对有毒物质的吸附能力和吸附量，从而减少污染物在土壤中的活性。发现、分离和培养新的微生物品种，以增强生物降解作用，也是提高土壤净化能力的极为重要的一环。

（3）物探方法在土壤污染源调查中的应用

工业生产中排放的废渣、废水以及矿石燃料燃烧排放的废气中含有铁磁性物质。因此，测定材料、底泥土壤的磁化率（к）与剩磁M，可追踪湖泊、海洋、土壤污染的来源，而土壤的M与污染物质中的铁呈正相关关系，可从M值估测湖泊、海洋、土壤中的铁含量，判断土壤、水体、湖泊及浅海沉积物的污染程度。图5-2-2是希腊雅典钢铁厂对浅海淤泥污染的磁测结果，离钢铁厂0.3 km处，表层的磁化率值是1～3 km处的十倍。郭友钊在河北廊坊某工厂附近的表土磁性测定，得到类似的结果。在京津铁路两侧，也监测到由生活垃圾污染引起的土壤磁性的升高。

图5-2-2 希腊雅典钢铁厂周围海洋沉积物剩磁测量结果

二、在环境污染评价和监测中的应用

1.地下水的污染评价和监测

被无机盐污染的水，由于离子浓度增加，往往使电阻率降低。由于污染水与未污染水电阻率差异明显，如果埋藏不深，又有一定体积，可以通过电法探测出来。例如美国威斯康星州的索克维尔煤灰堆积场，为了解煤灰对地下水的污染，共打了33口观测井，同时在井旁作电测探，测线垂直地下水流向。电测深与采水样同时进行，每月一次，根据电测深作出的水质污染范围断面图，要比只有少数监测井得出的结果要详细得多。

加拿大滑铁卢大学研究了用于服装干洗和金属清洗的乙烯（C₂Cl₄）的污染情况。每排出1L乙烯可污染1000×10⁴升水。在实验场周围将钢板打入地下，隔断场地内外的水力联系，通过浅孔向场内注入乙烯，在周围的监测孔内进行中子、密度和感应测井，还定期测地面和井中电阻率，并开展探地雷达剖面测量。结果发现，由于乙烯中的氯浮获中子，在中子测井曲线上出现负峰，偏高浓度的乙烯在雷达剖面上表现为明显的反射，根据电阻率异常还可以看出乙烯随时间的移动。

石油污染是一种最为常见的有机污染。在南澳的一个地下漏油地点，开始采用EM31电磁仪和地质雷达探测漏油位置均无效，后来做了电磁波剖面法才圈出污染范围并被钻探和槽探证实。工作中垂直发射线圈和水平接收线圈保持零耦合状态，以等线圈距沿测线移动，在污染范围内出现明显的磁场垂直分量低值异常。

2.大气污染评价和监测

俄罗斯科学家研究表明，电位梯度是大气污染程度的标志。由于业交通等引起的近地表大气组分的变化，如化学组分变化、尘埃的增加、固态和液态烟雾等对电荷的分解和运移有很大影响，使大气电导率降低，导致电位梯度平均值的增大，结果电场强度E的垂直分量加大。

大气中二氧化硫含量的偏高导致酸雨的形成，而二氧化硫主要来自燃煤。利用X荧光测量可以现场分析煤中的硫含量。测量以⁵⁵Fe为X射线源，气体正比闪烁数管作为探测器，硫谱线能量分辨率为11.8%，检出限可达0.15%。

3.天然核辐射的评价和治理

据美国统计，人所受的核辐射剂量的82%来自天然源，而55%则来自于氡。放射性气体氡容易附着在尘粒上，被人体吸入可导致肺癌。氡气灾害分布广泛，若在全国范围内普遍开展则费时费力，难以做到。我们知道氡是镭的衰变产物，而镭又是铀衰变形成的，因此划分出铀含量偏高的地区（平均含量2.5～10倍）是重要的，如花岗岩、片麻岩、流纹岩、英安岩、碳质页岩等分布区。因此天然核辐射环境污染的评价和治理可分为广域的、小区的和室内的三个阶段进行。

（1）广域的辐射环境监测

由国家统一组织进行，目的是了解整个国家辐射环境的总体状况和危害程度。主要利用航空放射性γ能谱测量、放射性地球化学测量、区域地质和遥感资料。航空放射性测量的铀、钍、钾含量平面等值线图和剖面图实际是反映地面镭含量变化情况的主要依据。在缺乏航放资料的地区可用地面放射性测量和铀、镭、氡等地球化学测量资料。区域地质和遥感资料可提供岩石分布和断裂带等区域地质构造背景情况。

例如，区域环境氡评价工作可开展全国性室内氡的抽样调查，采用统一的测量方法，对探测器进行标定，并统一进行实验室分析和数据处理，研究和了解氡对人类环境危害的程度。

（2）小区和室内辐射环境的监测的治理

在上述方法确定的高辐射区内，采用伽马辐射仪，活性炭探测器，阿尔法径迹探测器和高灵敏度测氡仪等对人类生活空间（特别是室内氡）和水源进行监测，以确定辐射污染源。据资料统计，约有8%～25%的肺癌死亡原因与吸入空气中的氡辐射有关，认为评价住宅所在地潜在氡浓度的最好标志是土壤氡和土壤渗透率二者配合。

辐射环境污染的治理应针对不同污染源采用相应的方法。因工厂的废渣、废石引起的辐射环境污染，采用清理现场，并选择地质构造环境稳定的地区挖坑深埋。对于室内氡污染，若其来源于土壤和岩石（占进入室内氡总量的90%，如美国有12%的房屋超过4pci/L的限值）则需改善房屋板密封性能，一般无缝隙的水泥地板可以屏蔽掉大部分来自地下方的氡，在土壤氡浓度特高区，还可采用一些特殊措施，如在房基下方的表层土壤中混入25%的活性炭，形成吸附层可以降低氡气逸出率50%以上。

来自燃气、煤和水等的氡主要污染厨房、厕所和浴室，应加强室内通风。对于建筑材料的污染应在墙面上敷设屏蔽层或更换污染严重的建筑材料。饮用水源的污染，应停止使用并进行填埋。

（3）天然电磁辐射研究

研究表明，对人体健康有害的磁暴、电暴和氡暴可能是三位一体的。在近地表大气中氡的浓度有时会突然增加，称为氡暴，它还伴随有电暴，即大气中离子浓度的突增，使人出现胸闷、心悸、偏头痛、失眠、焦虑等症状。有人认为太阳黑子引起地磁场的突变，而导致岩土的磁致伸缩作用，使其孔隙中的氡被挤入大气。实验证明，氡暴和电暴影响人的大脑垂体、肾上腺系统、心血管和神经方面的症状。

磁暴会使高频无线电通讯中断，导致大气层膨胀，使低空卫星的阻力加大、轨道畸变，引起卫星异常。地磁场变化感应出的电流使输电系统中的变压器饱和、甚至烧毁，该电流还会引起金属管道的腐蚀和干扰电气铁路。

（4）人工振动对环境的影响

实验证明，人对2～10 Hz的振动最为灵敏，对0.5～2 Hz和10～100 Hz的振动次之，对其他频率的振动不灵敏。人体的不同部位具有不同的响应频率，当振动波能量超过一定值后，人会感到不适、疲劳和工作效率降低。

人工振动对建筑物造成的损失也引起了人们的关注。面对住户的申诉，已开始对地表振动实行实时全程监测，测定地面振动的强度、频率和衷减特性。美国有用地面质点运动速度为标准，来衡量建筑物损坏程度的标志。

长期振动还会引起土壤和建筑物结构的疲劳。俄罗斯研究表明，影响土壤和建筑材料性质变化的主要因素不是振幅，而是不同负载长年振动的积累效应。如莫斯科地铁沿线的地震测量表明，土壤纵波速度已由350～500 m/s降至180～200 m/s，弹性模量也在降低。

（5）人为放射性污染监测

铀矿及伴生铀的其他矿产的开采与选矿均会引起严重污染。如美国维持罗选矿厂在20世纪50年代选铀矿170万吨，后在该地作航空放射性测量，航高46 m，线距76 m，测量结果以照射量率和镭的当量含量表示。划定出14个由尾矿、矿石、炉渣等引起的异常区。

放射性物探也是监测核泄漏事故的重要手段。切尔诺贝利核事故发生后前苏联及周边国家作了大规模监测。如瑞典在150 m高度开展了航空能谱测量，在Covle附近发现明显的高值，随后调查转向瑞典南部，以了解是否可允许奶牛吃该地春天新生的牧草。最后整个瑞典用50 km测线距（异常区加密到20 km）的航测覆盖，发现污染区不断向瑞典至挪威边界方向扩大。

粉煤灰是一种量大面广的污染源。据联合国原子辐射委员会统计，一个每天燃煤10 t的热电厂，向大气释放的²³⁸U的放射性强度达1850 KBq。测量表明，煤经燃烧后铀进一步富集，而且飞灰比炉渣更为富集。由于飞灰易于吸入人体，因此在热电厂周围居民的癌症死亡率比核电站周围高30倍。