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電磁法在土壤污染調查的應用案例
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| 發布時間：2020.12.29 新聞來源：地下水環境網 瀏覽次數： |
1、EM方法和技術背景
電磁波法（Electromagnetic Method）簡稱 EM 方法，是利用電磁感應原理來探測地層。測勘時在地表將發射線圈(Transmitter Coil)通可變頻率交流電，從而產生隨時間變動的原生磁場，由于地層導電率的差異，再根據楞次定律（lenz’s law），此原生磁場會在地層內產生時變的渦電流，其電流密度的大小取決于各地層的電阻率，如地下介質不均勻，則在覆蓋層、圍巖等局部導體上產生感應的次生磁場。在地表以一接收線圈(Receiver Coil)收錄次生磁場強度，可以借此了解地下地層導電性分布情形，進而推測地層的電性構造。
電磁波法依產生的原生電磁場及記錄次生電磁場的差異，可分為時間域電磁法(Time Domain Electromagnetic ；TEM) 與頻率域電磁法(Frequency Domain Electromagnetic；FEM)兩種。時間域電磁波法具有野外量測方便，但信噪比(S/N Ratio)太低；頻率域電磁波法具有野外量測較復雜，但信噪比比較高，野外使用何種探測方法依量測者對當地地形、地物熟悉度及周遭信噪比值而定。
觀測過程中依測量過程不同可分為連續測量(Continuously Measurement)，即沿測線連續觀測儀器讀值與逐站測量(station by station Measurement)，即沿規劃之測站逐點觀測儀器讀值兩大類，無論如何，良好測線規劃影響施測成果的成敗。此外．探測范圍及測站間距也是重要的勘探參數，過小的勘探范圍無法有效地量得地層原始電性資料，造成對比困難；測站間距的設定須考慮探測目標的大小，應在正式作業進行前，沿測線方向連續觀察儀器讀值，從而決定測站的間距。此外，施測時依發射線圈與接收線圈圈面角度不同，可做兩種方式測量，即線圈面同時平行地表的垂直偶極(Vertical Dipole)展開與圈面沿測線方向且垂直地表的水平偶極(HorizontalDipole)展開；垂直偶極的探測深度較深，容易獲得垂直方向的電性變化情形，水平偶極的探測深度較淺，容易獲得側向方向的電性變化情形。
2、EM方法案例
案例背景
某項目總占地面積為 1388.19 畝，目的為調查場地的土壤和地下水污染范圍和深度，并與原有取樣點進行對比分析，用以驗證物探方法運用于污染土壤地下水場地調查的可行性，并展示大面積掃描方式在該項目上面的優勢。
其中塊地四占地面積為 76.33 畝，錳化工廠運營始于 20 世紀 60 年代，主要經營生產電解二氧化錳、仲塢酸銨、電池錳粉等產品。目前廠房已經拆除，分別于原本運用于灰粉堆場區、粉碎礦石處、廢渣沉淀池、原材料堆場均設有取樣點位。
項目地點及概況
測試方案
本次電磁法使用設備為多頻發射，可以一次性發射多個頻率的電磁波，分別對應不同深度電導率的情況，電磁波所探得土壤物理參數為電導率，是和電阻率參數呈反比，也就是當電阻率較低的重金屬污染情況下，其導電率是較高的。
EM 測區一行走路徑
EM 測區二行走路徑
場地 EM 圖像套圖
若將同一深度兩個 EM 資料套疊至航照圖中，如上圖 所示，高導電度區域集中于圖中黃色框框所在位置，推測為重金屬污染地區，且右側 EM 測區一位置部分導電度更高，該區域原本為灰粉堆場，因此堆積物經過長時間的存放，已有侵入土壤的現象，而左側 EM 測區二部分雖也有高導電度異常，但是集中程度和導電度值都較輕，又根據原本該區域為分析化驗室和廠房區域，可推測污染程度較測區一輕，且有可能為測區一污染擴散所致。
場地EM 測區一深度圖像
從上圖測區深度范圍內污染情況可得，該區域不同深度的地層異常范圍大致相同，主要集中于上圖測區一黃色區域內，且較淺層地層異常情況較輕，最大導電度約為 280mS/m，和附近地層導電度 40-160mS/m 雖有相差，但是在整體地層差異中屬于較小，因此推測為上部污染經過時間的推移，大部分已經滲透至較深區域，當深度深至 12m 左右時，可見較為明顯異常區域，其地層導電度可達400-500mS/m，推測為污染開始在該深度具有明顯的濃度，再往下至 20m-25m 左右地層時，污染區域幾乎已經占據整個異常區域，且濃度隨著深度的加深而加劇。
EM 測區一污染團圖示
場地 EM 測區二深度圖像
從上圖得，場地 EM 測區污染情況比較復雜，基本可以總結為污染濃度高- 中低-高-低，深度為 3m 時，污染異常區域較為明顯，主要集中為兩個污染團， 分別稱作為左側污染團和右側污染團，隨著深度的增加至 6m，圖 右側污染團濃度情況不呈現明顯變化，而其左側污染團濃度情況則出現了降低，繼續隨著深度增加至 12m，兩污染團污染濃度都呈現一定幅度的下降，再隨著深度增加至17m，兩污染團濃度有呈現增加的趨勢，然后從 17m-20m 污染濃度迅速降低，呈現較正常狀態。
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