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探地雷达在地下油类污染探测中的应用研究现状

本文总结了近十几年来探地雷达应用于地下油类污染探测方面的相关研究进展，提出了其应用到实际需要解决的关键问题。

标签：探地雷达油类物质探测

1前言

由于处置不当导致的油类物质渗漏引起的土壤污染问题日益严重，从而促进探测油类物质在土壤中赋存、迁移、降解方面研究的快速发展。探地雷达（GPR）作为一种地质探测手段已经成功的应用于浅层地表的诸多领域，如矿产资源勘探、工程地质、水文地质、考古以及环境岩土工程，因其无损、高效、低成本、采样率高等特点也被越来越广泛的应用到解决土壤污染问题的研究中，GPR在运用于解决土壤环境问题的效果已经在的许多前期研究中凸现出来，通过GPR可以评估污染土壤的范围、严重性以及可能存在的风险，并协助确定应采取的补救措施。

2探地雷达应用于地下油类污染探测的研究现状

Marcak（2000）通过雷达反射信号确定污染区位置，并发现地下油类污染区的分步呈随机态，这种污染羽会因为功率谱的差异产生异于其他地方的散射波[1]。Bano等（2009）利用探地雷达对柴油在砂盒中渗透进行探测试验，结果显示砂盒中柴油污染区域在探地雷达剖面图中并没有明顯的反应，而在时域建模处理分析结果中却得到明显的波速异常，注油点附近的箱底反射出现了明显的上翘，说明注油后走时减少，波速增大，相应的混合砂样介电常数减小[2]。

Carcione（2003）等学者在研究含水量和油类物质在砂土赋存引起的介电常数变化时发现，如图1，当含水量固定时，随着航空汽油逐渐注入至饱和，其砂土的介电常数有增加的趋势，当含水量较低时增加幅度大于含水量较高时，即随着初始含水量的增加，这种航空汽油的注入引起的介电常数增加越来越小[3]。FrancoM，Francisca等（2003）采用终端开路反射法，对含有有机污染物的土壤在20MHz～1.3GHz的频率范围内进行探测，结果表明土壤孔隙中的有机物能够间接影响土壤的介电常数，同时结果还表明有机污染探测在干砂土中可以容易探测出，但在湿砂土中的探测较为困难[4]。

Cassidy（2007）根据探地雷达信号衰减程度评估LNAPL污染分析和介电性能测量时，给出了石油污染砂土与地下水的混合介电常数模型，得到以下结论：

（1）不饱和区：衰减幅度较小，因存在少量LNAPL残留相物质，会限制电势衰减。

（2）污染区：强衰减，混合生物降解过的LNAPL和污染的孔隙水，随饱和度由低到高衰减幅度变化，存在不规则的界面边界。

（3）地下水饱和带：衰减较小，最大程度的衰减发生在上部水平面。最终，这项研究证实了最恰当的手段是将探地雷达作为主要的地球物理方法并结合低频电磁或电法（如IP、电阻率法）综合评价污染物饱和度[5]。

3结论与建议

进入21世纪后，特别是近几年，尝试用探地雷达定量分析地下污染程度的研究悄然兴起，但因为地下介质的复杂性，仍未有里程碑式的重大突破，一些研究者试图通过室内实验利用网络分析仪等传统手段建立地下介质介电常数与含油率含水率之间关系，但经过大量实验工作后建立的相关介电模型往往不能应用到实际。探讨新型、有效的混合介电常数求取方法是实现基于GPR资料进行污染物含量分析的关键，也是探地雷达应用于地下油类污染继续研究的方向。

参考文献

[1]CarcioneJM，MarcakH，SerianiG等.GPRModelingStudyinaContaminatedAreaofKrzywaAirBase（Poland）.Geophysics，2000，65（2）：521-525

[2]BanoM，LoefflerO，GirardJ.GroundPenetratingRadarImagingandTime-DomainModellingoftheInfiltrationofDieselFuelinaSandboxExperiment.ComptesRendusGeoscience，2009，341（10-11）：846-858

[3]CarcioneJM，SerianiG，GeiD.AcousticandElectromagneticPropertiesofSoilsSaturatedwithSaltWaterandNAPL.JournalofAppliedGeophysics，2003，52（4）：177-191

[4]FranciscaFM，RinaldiVICA.ComplexDielectricPermittivityofSoil-OrganicMixtures（20MHz-1.3GHz）.Journalof