X射线显微断层扫描与气相色谱联用技术精准表征LNAPL污染土壤：孔隙连通性对污染物迁移的影响机制

针对轻质非水相液体(LNAPL)污染土壤修复策略效率低下的问题，法国研究团队创新性结合3D X射线显微断层扫描(μ-CT)与气相色谱(GC)技术，首次实现孔隙度、渗透率、LNAPL饱和度(Sn )及van Genuchten参数(α/N)的多维表征，揭示污染物团簇连通性对迁移动态的关键影响。该研究提出的μ-CT/GC方法较传统API-LRDM2模型更准确预测LNAPL透射率(Tn )，为异质性土壤修复提供精准决策依据。

　　

在环境修复领域，轻质非水相液体(LNAPL)如柴油等烃类污染物在土壤中的滞留和迁移一直是治理难点。传统修复策略常因对污染物空间分布和流体动力学参数认知不足而失效，特别是存在黏土透镜体等低渗透区时。更棘手的是，现有表征技术难以量化污染物团簇的连通状态——这个决定LNAPL迁移能力的关键因素。法国研究团队针对这一科学难题，在《Journal of Contaminant Hydrology》发表创新成果，通过多尺度联用技术揭示了土壤异质性与污染物行为的深层关联。

研究团队开发了μ-CT/GC联用方法，对法国某柴油泄漏污染场址（2009年事故残留约5m³
污染物）进行系统研究。通过空心螺旋钻获取67个原状土样，结合μ-CT三维成像、GC化学分析、达西试验和孔隙网络模型(PNM)等关键技术，首次实现从孔隙尺度到场地尺度的LNAPL行为解析。

材料与方法
创新性地采用Phoenix Vtomex μ-CT扫描仪（分辨率5μm）量化孔隙结构，通过ImageJ软件进行高斯去卷积处理区分固-液-气-NAPL四相；利用SRI 8610C气相色谱建立0.05-3%体积比的LNAPL校准曲线；采用PoreSpy提取等效孔隙网络，结合OpenPNM模拟汞侵入孔隙测定(MIP)获取van Genuchten参数；通过BoneJ插件分析NAPL团簇拓扑连通性；整合现场达西试验与API-LRDM2模型进行透射率多方法比对。

孔隙与粒度特征
μ-CT与称重法测得的孔隙度高度吻合(R²

0.96)，表层1-1.75m以粉砂为主（粒径45μm-1mm），深层1.75-2.5mm粗颗粒占比增加。孔隙度随深度递减，过渡区(1.5-1.75m)出现α参数峰值1.24m^-1
，反映特殊的孔隙结构转变。

污染物分布规律
GC测量显示LNAPL饱和度(S_n
)在1.5m深度达峰值16.6%，μ-CT验证数据偏差<8%。关键发现是64%的LNAPL在过渡区呈连通状态（图4d-e），显著高于表层(33%)和深层(48%)，这种非均匀分布直接制约污染物迁移能力。

渗透率与模型参数
孔隙网络模拟获得的绝对渗透率(k)比达西试验测得的水相有效渗透率(k_w
)高1-2个数量级，证实NAPL对水流路径的阻塞效应。van Genuchten参数N平均值为3.61，α为0.97m^-1
，表明较窄的孔径分布特征。

透射率突破性发现
传统API-LRDM2模型基于文献参数预测T_n
=0.16m²
/d，高估实际值；现场baildown测试获得T_n
=0.01m²
/d；而μ-CT/GC整合模型计算过渡区局部T_n
仅0.0073m²
/d（表5），更接近实测值。差异源于模型准确捕捉到仅18.7%的连通饱和度(S_{n_connected}
)贡献主要迁移通道。

这项研究开创性地证实土壤异质性会导致LNAPL在特定深度形成迁移"热点"。过渡区(1.5-1.75m)因兼具较高孔隙连通性和适当渗透率，成为污染物主要运移通道，而表层低渗透区则形成天然屏障。该发现颠覆了传统修复设计中均匀分布的假设，为靶向抽提、生物修复等技术的优化部署提供理论依据。通过μ-CT量化团簇连通性的方法，更是为复杂介质多相流研究树立了新范式。