ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ ΣΕ ΓΕΩΤΡΗΣΕΙΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΣΙΜΥΡΔΑΝΗΣ ΚΛΕΑΝΘΗΣ Γεωλόγος ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ ΣΕ ΓΕΩΤΡΗΣΕΙΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗ: ΓΕΩΦΥΣΙΚΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009

2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΑ ΣΕ ΓΕΩΤΡΗΣΕΙΣ ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΚΑΙ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΤΣΟΥΡΛΟΣ Παναγιώτης, Επίκουρος Καθηγητής (Επιβλέπων) ΤΣΟΚΑΣ Γρηγόρης, Καθηγητής Γεωφυσικής (Μέλος) ΒΑΡΓΕΜΕΖΗΣ Γιώργος, Λέκτορας (Μέλος) 2

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σύνοψη Στη παρούσα εργασία μελετάται η μέθοδος ηλεκτρικής τομογραφίας με ηλεκτρόδια τοποθετημένα μέσα σε γεωτρήσεις. Πρόκειται για μία μέθοδο με την οποία επιδιώκουμε πολύ καλή διακριτική ικανότητα σε μεγάλο βάθος. Για τη κατανόηση της μεθόδου, μελετήθηκαν εργασίες από τη διεθνή βιβλιογραφία, απ όπου προέκυψαν συμπεράσματα τόσο για την ίδια την μέθοδο όσο και για τα αποτελέσματα της εφαρμογής της. Για την εφαρμογή της μεθόδου χρειάσθηκε να κατασκευασθεί νέο λογισμικό πρόγραμμα, από το οποίο προκύπτουν τα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούνται. Το θεωρητικό υπόβαθρο αυτών των πρωτοκόλλων βασίζεται σε προτάσεις και μελέτες ερευνητών. Τα πρωτόκολλα αυτά αξιολογήθηκαν με την εφαρμογή τους τόσο σε συνθετικά μοντέλα όσο και στην ύπαιθρο. Για την εφαρμογή τους στην ύπαιθρο επιλέχτηκαν οι περιοχές της Σίνδου και του Αλκαζάρ. Ο μεγαλύτερος όγκος δεδομένων προέκυψε από τη Σίνδο, από όπου είχαμε τη δυνατότητα να παρακολουθούμε διαχρονικά τη μεταβολή των ιδιοτήτων του υποβάθρου. Για τη καλύτερη αξιολόγηση των δεδομένων, κατασκευάσθηκε ένα λογισμικό πρόγραμμα με το οποίο γίνεται προεπεξεργασία των διαχρονικών δεδομένων υπαίθρου. Με το πρόγραμμα αυτό μας δίνεται η δυνατότητα να συγκρίνουμε αρχεία που προκύπτουν από διαφορετικά πρωτόκολλα και στη συνέχεια να φιλτράρουμε τις πιθανά σφαλματικές τιμές των μετρήσεων. 3

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ευχαριστίες Θα θελα να ευχαριστήσω όλους αυτούς που με βοήθησαν καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής αυτής. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Παναγιώτη Τσούρλο, επίκουρο καθηγητή του τομέα Γεωφυσικής, για την ανεκτίμητη βοήθεια του και την ουσιαστική υποστήριξή του σε όλα τα στάδια της εργασίας μου. Ευχαριστώ τον κ. Γρηγόρη Τσόκα, καθηγητή του Τομέα Γεωφυσικής του Α.Π.Θ., για την πολύτιμη καθοδήγησή του καθ όλη τη διάρκεια της εργασίας μου. Ευχαριστώ τον κ. Γιώργο Βαργεμέζη, λέκτορα του τομέα Γεωφυσικής, για τις ουσιαστικές του παρατηρήσεις και επισημάνσεις πάνω στην εργασία μου. Ιδιαίτερη ήταν η βοήθεια του στις εργασίες υπαίθρου, όπου μου μετέδιδε με τον καλύτερο δυνατό τρόπο την εμπειρία του. Δε θα μπορούσα να παραλείψω από τις ευχαριστίες μου τους μεταπτυχιακούς φοιτητές που με βοήθησαν με τον καλύτερο δυνατό τρόπο στη συλλογή των δεδομένων υπαίθρου. Αυτοί ήταν ο Ανθυμίδης Μάριος, ο Μίλεα Χρήστος, ο Μπάλλας Δημήτριος, Ναξάκης Βασίλειος, Αθανασίου Ελένη και ο Καραούλης Μάριος. Τέλος, ένα μεγάλο ευχαριστώ στην οικογένειά μου. 4

5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΠΡΟΛΟΓΟΣ 1.1 Αντικείμενο Σκοπός Διατριβής Μεθοδολογία Δομή.9 2. ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ 2.1 Περίληψη Ηλεκτρική Μέθοδος Γενικά Ερμηνεία μετρήσεων Ηλεκτρική Τομογραφία μεταξύ γεωτρήσεων Διατάξεις ηλεκτροδίων για Διασκοπήσεις μεταξύ γεωτρήσεων Συνδυασμοί μεταξύ γεωτρήσεων Δοκιμές με συνθετικά μοντέλα Συμπεράσματα ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ 3.1 Συνθετικά Δεδομένα Περίληψη Δημιουργία Πρωτοκόλλων Παραδείγματα Εφαρμογής σε συνθετικά δεδομένα Αρχική Επεξεργασία Δεδομένων Υπαίθρου Εισαγωγή. 55 5

6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 4. ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ 4.1 Περίληψη Εφαρμογή Μεθόδου στη Σίνδο Περιοχή Μελέτης Εγκατάσταση Γεωτρήσεων Δεδομένα Σίνδου Εφαρμογή Μεθόδου στο Αλκαζάρ Περιοχή Μελέτης Γεωτρήσεις Εξοπλισμός Δεδομένα Αλκαζάρ Συμπεράσματα ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΠΡΟΛΟΓΟΣ 1.1 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΣΚΟΠΟΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η εφαρμογή των μεθόδων ηλεκτρικής διασκόπησης σε ζευγάρια γεωτρήσεων. Με αυτόν τον τρόπο μας δόθηκε η δυνατότητα να μελετήσουμε τις υπεδάφιες δομές σε μεγαλύτερο βάθος και με καλύτερη διακριτική ικανότητα. Ο σκοπός της εργασίας είναι η εφαρμογή διαφόρων πρωτοκόλλων, ώστε να επιλεχθεί εκείνο που μας παρουσιάζει με τον καλύτερο τρόπο τις γεωλογικέςηλεκτρικές αλλαγές που υπάρχουν στο υπέδαφος. Για την δημιουργία αυτών των πρωτοκόλλων κατασκευάστηκε ξεχωριστό λογισμικό πρόγραμμα. Για την εφαρμογή των πρωτοκόλλων χρησιμοποιήθηκαν γεωτρήσεις ύδρευσης στην περιοχή της Σίνδου, όπου ανά τακτά χρονικά διαστήματα εφαρμόζονταν διάφορα πρωτόκολλα με διάφορους συνδυασμούς γεωτρήσεων. Δεδομένα υπαίθρου ελήφθησαν και από γεωτρήσεις από το Αλκαζάρ. Όλα αυτά τα δεδομένα σε συνδυασμό και με τα συνθετικά δεδομένα μας έδωσαν αρκετά στοιχεία για μελέτη και εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων. 7

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.2 ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την υλοποίηση των παραπάνω περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα: Ανασκόπηση υπάρχουσας βιβλιογραφίας. Έγινε μελέτη εργασιών σχετικά με τις ηλεκτρικές διασκοπήσεις μεταξύ γεωτρήσεων. Οι εργασίες προέκυψαν από διεθνή βιβλιογραφία. Δημιουργία αλγόριθμου για την παραγωγή πρωτοκόλλων μεταξύ όλων των δυνατών συνδυασμών των ηλεκτροδίων που βρίσκονται μέσα σε γεωτρήσεις. Ο αλγόριθμος εφαρμόσθηκε τόσο σε συνθετικά όσο και σε δεδομένα υπαίθρου. Όσον αφορά τα δεδομένα υπαίθρου χρησιμοποιήθηκαν γεωτρήσεις από την περιοχή της Σίνδου και από το Αλκαζάρ. Στα δεδομένα της περιοχής της Σίνδου έγινε παράλληλα και διαχρονική μελέτη, όπου μελετήθηκαν οι αλλαγές στις ηλεκτρικές ιδιότητες του υπεδάφους σε συνάρτηση με το χρόνο. Κατά τη μελέτη των αποτελεσμάτων, προέκυψε η ανάγκη ανάπτυξης ενός αλγορίθμου για την εξάλειψη εξωπραγματικών τιμών από τα δεδομένα υπαίθρου και την τροποποίηση αυτών, ώστε να είναι εφικτή η σύγκριση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από διαφορετικά πρωτόκολλα. 8

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.3 ΔΟΜΗ Στο δεύτερο κεφάλαιο περιέχονται κάποιες εισαγωγικές πληροφορίες από βιβλιογραφική ανασκόπηση για τις ηλεκτρικές μεθόδους και αναλυτικότερα για τις τομογραφίες μεταξύ γεωτρήσεων. Γίνεται μία λεπτομερής θεωρητική περιγραφή της μεθόδου. Αναφέρεται η αντίστοιχη διεθνής βιβλιογραφία που αφορά τις ηλεκτρικές διασκοπήσεις σε γεωτρήσεις. Από αυτή τη βιβλιογραφία προτείνονται κάποιες συγκεκριμένες διατάξεις και απορρίπτονται κάποιες άλλες. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το λογισμικό που αναπτύχθηκε για την κατασκευή των πρωτοκόλλων που χρησιμοποιήθηκαν στις μετρήσεις. Παρουσιάζονται κάποια συνθετικά παραδείγματα από θεωρητικά μοντέλα που εφαρμόσθηκαν. Επίσης, παρουσιάζεται λογισμικό σε γλώσσα προγραμματισμού Matlab, το οποίο δημιουργήθηκε για την επίλυση ενός προβλήματος που προέκυψε, όσον αφορά τη σύγκριση δεδομένων από διαφορετικά πρωτόκολλα. Με το λογισμικό αυτό ταυτόχρονα απορρίφθηκαν και οι εξωπραγματικές τιμές των δεδομένων υπαίθρου. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται η εφαρμογή της μεθόδου στην ύπαιθρο (περιοχή Σίνδου και Αλκαζάρ). Συγκεκριμένα, περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο έγινε η εγκατάσταση των γεωτρήσεων, ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε και τα προγράμματα αντιστροφής των δεδομένων. Συμπερασματικά, αναλύονται τα δεδομένα υπαίθρου. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα εργασία. Στο έκτο κεφάλαιο παρατίθεται το παράρτημα, όπου μπορεί κανείς να δει πλήρως αναπτυγμένο τον κώδικα δημιουργίας πρωτοκόλλων (γλώσσα C), τον κώδικα για τον υπολογισμό του γεωμετρικού παράγοντα Κ, ένα παράδειγμα από πρωτόκολλο τεσσάρων ηλεκτροδίων και τέλος τον κώδικα σε γλώσσα Matlab για την περαιτέρω επεξεργασία των δεδομένων υπαίθρου. 9

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ 2.1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σε αυτό το κεφάλαιο γίνεται μία βιβλιογραφική ανασκόπηση, όπου αναφέρονται αρχικά κάποια γενικά στοιχεία για τις ηλεκτρικές διασκοπήσεις συνεχούς ρεύματος (DC), τις μεθόδους έρευνας και την ερμηνεία των μετρήσεων. Στην ερμηνεία των μετρήσεων γίνεται λόγος τόσο για την επίλυση του ευθέος όσο και του αντιστρόφου προβλήματος. Γίνεται αναφορά στην εφαρμογή των ηλεκτρικών διασκοπήσεων με τα ηλεκτρόδια τοποθετημένα μέσα σε γεωτρήσεις, όπου αναφέρονται και τα πλεονεκτήματα της μεθόδου. Αναλύονται αποτελέσματα από συνθετικά δεδομένα, με τη χρήση δύο συγκεκριμένων μοντέλων, για να καθοριστούν οι καλύτερες δυνατές διατάξεις ηλεκτροδίων. Οι διατάξεις που μελετώνται είναι οι πόλου-πόλου, πόλου-διπόλου, διπόλου-πόλου και διπόλου-διπόλου. Βάσει της βιβλιογραφίας, είναι εφικτό να προταθούν οι καλύτερες διατάξεις ηλεκτροδίων, ώστε να έχουμε την πιο αντιπροσωπευτική εικόνα του υπεδάφους.

11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ 2.2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Γενικά Οι ηλεκτρικές μέθοδοι γεωφυσικής διασκόπησης χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό της κατανομής των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των πετρωμάτων των επιφανειακών στρωμάτων του φλοιού της γης. Με τη μέθοδο της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης εισάγεται ηλεκτρικό ρεύμα στο υπέδαφος με τη χρήση δύο ηλεκτροδίων ρεύματος και μετράται η τάση σε δύο άλλα ηλεκτρόδια δυναμικού. Η ειδική ηλεκτρική αντίσταση υπολογίζεται από το πηλίκο των δύο αυτών ποσοτήτων σε συνδυασμό με ένα γεωμετρικό παράγοντα, η τιμή του οποίου καθορίζεται από τη θέση των ηλεκτροδίων στο χώρο. Η ειδική ηλεκτρική αντίσταση του ημιχώρου δίνεται από τη σχέση : 2 V i (2.2-1) όπου ΔV : η διαφορά δυναμικού i : η ένταση του ρεύματος Κ : ο γεωμετρικός παράγοντας που δίνεται από τη σχέση : K (2.2-2) AM BM AN BN ΑΜ, ΒΜ, ΑΝ, ΒΝ : αποστάσεις ηλεκτροδίων Επειδή η ειδική ηλεκτρική αντίσταση είναι ανομοιογενής, η φυσική ποσότητα που μετράμε ονομάζεται φαινόμενη αντίσταση και συμβολίζεται ρ α. Ο καθορισμός της πραγματικής αντίστασης από τις τιμές της φαινόμενης αντίστασης είναι η λύση του αντιστρόφου προβλήματος. Οι πιο διαδεδομένες διατάξεις ηλεκτροδίων που χρησιμοποιούμε στις ηλεκτρικές διασκοπήσεις είναι: Wenner, Schlumberger, διπόλου-διπόλου, πόλου-διπόλου, πόλου-πόλου (Σχήμα 2.2-1) 11

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Βασικές διατάξεις Ηλεκτρικής Διασκόπησης Για να έχουμε τη καλύτερη δυνατή εικόνα της γεωηλεκτρικής δομής του υπεδάφους, συχνά είναι απαραίτητος ο συνδυασμός διαφόρων διατάξεων (Athanasiou et al, 2003). Όσον αφορά στις μεθόδους έρευνας, μπορεί να γίνει επιλογή βυθοσκόπησης ή οριζοντιογραφίας ή ηλεκτρικής τομογραφίας. Η τελευταία είναι ένας συνδυασμός των δύο πρώτων. Παρέχει δηλαδή πληροφορίες τόσο στη πλευρική όσο και στη κατακόρυφη μεταβολή της αντίστασης. Έτσι προκύπτει μία δισδιάστατη εικόνα των αντιστάσεων της υπό εξέταση περιοχής. 12

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Μέθοδος ηλεκτρικής τομογραφίας διάταξης διπόλου-διπόλου με 8 ηλεκτρόδια και με n=4 (Τσούρλος, 1995) Τα σφάλματα των μετρήσεων της ειδικής αντίστασης καθορίζουν την τελική ποιότητα των αποτελεσμάτων και κατ επέκταση την ποιότητα της ερμηνείας τους. Σφάλματα προκύπτουν από ανακριβή τοποθέτηση των ηλεκτροδίων στο έδαφος, από κακή επαφή των ηλεκτροδίων με το έδαφος, από τελλουρικά ρεύματα και ηλεκτροφόρα καλώδια. Η ηλεκτρομαγνητική σύζευξη είναι ένας ακόμα παράγοντας που επηρεάζει τις μετρήσεις. Πρόκειται για το φαινόμενο ζεύξης μεταξύ των καλωδίων που διαβιβάζουν ρεύμα και αυτών που μετρούν δυναμικό. Η επίδραση της τοπογραφίας είναι ένας ακόμα παράγοντας που μπορεί να προκαλέσει σφάλματα στις μετρήσεις (Tsourlos et al., 2003 ). 13

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Ερμηνεία μετρήσεων Η πιο δημοφιλής τεχνική για την αποκατάσταση της πραγματικής εικόνας της γεωηλεκτρικής αντίστασης του υπεδάφους από τις μετρήσεις της φαινόμενης αντίστασης, είναι αυτή της αντιστροφής. Σκοπός της αντιστροφής είναι να βρεθεί ένα μοντέλο αντίστασης, που να δίνει μετρήσεις, οι οποίες είναι όσο το δυνατό πιο κοντά στις πραγματικές. Προϋπόθεση για αυτό είναι η ύπαρξη μεθόδου επίλυσης του ευθέος προβλήματος. Έστω ότι η μεταβλητή x δίνει την κατανομή της αντίστασης και με y συμβολίζονται οι μετρήσεις. Τότε η επίλυση του ευθέος προβλήματος αφορά την εύρεση του μετασχηματισμού T, που συνδέει τη γνωστή κατανομή της αντίστασης x με τις άγνωστες μετρήσεις y: y T x (2.2-3) Η επίλυση του αντιστρόφου προβλήματος αφορά την εύρεση του αντίστροφου μετασχηματισμού Τ -1 που δίνεται από τη σχέση: 1 x T y (2.2-4) Στην επίλυση του ευθέος προβλήματος υπολογίζεται η φαινόμενη αντίσταση που θα προέκυπτε από τη διεξαγωγή μιας γεωφυσικής έρευνας, αν ήταν γνωστή η κατανομή της αντίστασης του υπεδάφους. Αυτό μπορεί να γίνει είτε με τις αναλυτικές είτε με τις αριθμητικές μεθόδους. Με τη σειρά τους οι αριθμητικές μέθοδοι διακρίνονται σε μεθόδους ολοκληρωτικών εξισώσεων και διαφορικών μεθόδων. Από αυτές οι πιο γνωστές είναι οι μέθοδοι των πεπερασμένων στοιχείων και των πεπερασμένων διαφορών. Σε αυτές το υπέδαφος υποδιαιρείται σε κελιά. Η τιμή της αντίστασης σε κάθε κελί θεωρείται σταθερή (Σχήμα 2.2-3). 14

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Παράμετρος όπως ορίζεται στα πλαίσια της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων (Τσούρλος, 1995) Όσον αφορά τις διαστάσεις του μοντέλου, χρησιμοποιείται ένα μοντέλο γνωστό ως μοντέλο δυόμιση διαστάσεων (2.5D). Σε αυτό η μεταβολή της αντίστασης θεωρείται ότι γίνεται σε δύο διαστάσεις (σταθερή στην τρίτη διάσταση), ενώ η ροή του ρεύματος γίνεται στις τρεις διαστάσεις. Το πλεονέκτημα της προσέγγισης αυτής είναι ότι αποτελεί μια ρεαλιστική απεικόνιση της κατανομής των αντιστάσεων, περιλαμβάνοντας μια πλήρη τριών διαστάσεων κατανομή των δυναμικών, με τη χρήση γεωμετρίας δύο διαστάσεων. Η λύση του αντιστρόφου προβλήματος είναι ακριβώς η αντίστροφη διαδικασία από αυτή του ευθέος προβλήματος. Μετρώντας δηλαδή τη φαινόμενη αντίσταση που προκύπτει από μία γεωφυσική έρευνα σκοπός είναι να προσδιοριστεί η κατανομή της αντίστασης του υπεδάφους. Στη συνέχεια γίνεται προσπάθεια, με διαδοχικές 15

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ βελτιώσεις, να βρεθεί ένα μοντέλο αντίστασης, που να δίνει μετρήσεις, οι οποίες να είναι όσο το δυνατό πιο κοντά στις πραγματικές. Ένα διάγραμμα ροής, όπου φαίνεται εποπτικά η πορεία του αλγορίθμου της αντιστροφής, παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.2-4, Σχήμα Διάγραμμα ροής τυπικού αλγόριθμου επίλυσης μη γραμμικού αντιστρόφου γεωηλεκτρικού προβλήματος (Athanasiou, 2004) 16

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ 2.3 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ ΜΕΤΑΞΥ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Ένας από τους σημαντικότερους περιορισμούς των 2-D διασκοπήσεων κατά μήκος της επιφάνειας του εδάφους είναι η μείωση της ανάλυσης με το βάθος. Αυτός είναι ένας θεμελιώδης φυσικός περιορισμός που καμία ειδική μέτρηση ή επεξεργασία δεν μπορεί να υπερνικήσει. Θεωρητικά, ο μόνος τρόπος να βελτιωθεί η ανάλυση σε μεγάλο βάθος είναι να τοποθετηθούν οι αισθητήρες (δηλαδή τα ηλεκτρόδια) πιο κοντά στις δομές που θέλουμε να εξετάσουμε. Αυτό δεν είναι πάντα εφικτό, αλλά όταν υπάρχουν τέτοιες γεωτρήσεις, οι διασκοπήσεις μεταξύ γεωτρήσεων μπορούν να δώσουν περισσότερο ακριβή αποτελέσματα από τις επιφανειακές διασκοπήσεις (Loke, 2004). Η μέθοδος ηλεκτρικής τομογραφίας μεταξύ γεωτρήσεων (cross-hole DC), στην οποία ηλεκτρόδια είναι τοποθετημένα μέσα σε δύο απομακρυσμένες μεταξύ τους γεωτρήσεις, είναι ικανή να δώσει λεπτομερείς πληροφορίες για τις τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητας μεταξύ των δύο γεωτρήσεων (Zhou και Greenhalgh, 2000). Τέτοιου είδους μετρήσεις επιτρέπουν τον εντοπισμό και την απεικόνιση διαφόρων γεωλογικών συνθηκών. Προσφέρουν ουσιαστικά πλεονεκτήματα για τον εντοπισμό στόχων με μεγαλύτερη ακρίβεια. Οι μετρήσεις έχουν εφαρμοστεί για ανεύρεση θαμμένων κοιλοτήτων και τούνελ (Owen, 1983). Χρησιμοποιούνται ευρέως για παρακολούθηση του περιβάλλοντος (Daily and Ramirez, 2000, Slater et al., 2000, Goes and Meekes, 2004) και κυρίως για τον εντοπισμό νερού, χαρτογράφηση και παρακολούθηση διείσδυσης αλατόνερου σε υδροφόρους ορίζοντες και μηχανισμούς διάχυσης ρύπων (LaBrecque, 1989, Berryman and Kohn, 1990, Ebraheem et al., 1990, Daily et al., 1992, Ramirez et al., 1993, Daily et al., 1995, Dahlin, 1996, Park, 1998). Επίσης, έχουν προκύψει πολλαπλές εφαρμογές σε έρευνες μεταλλείων. Επιπλέον, αρκετοί αλγόριθμοι για την αντιστροφή των διαχρονικών δεδομένων ηλεκτρικής τομογραφίας έχουν αναφερθεί από ερευνητές (Loke, 1999, LaBrecque and Yang, 2001, Yi et al., 2003, Kim, 2005). Για να προκύψει μία «εικόνα» μεταξύ δύο γεωτρήσεων, τοποθετούνται ηλεκτρόδια σε κάθε μία γεώτρηση σε επαφή με το υπέδαφος. Με δύο ηλεκτρόδια (ηλεκτρόδια ρεύματος) διοχετεύεται συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα, και μετράται η διαφορά δυναμικού 17

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ σε κάποιο άλλο ζευγάρι ηλεκτροδίων (ηλεκτρόδια δυναμικού) των γεωτρήσεων. Έπειτα, στέλνεται ρεύμα σε άλλο ζευγάρι ηλεκτροδίων ρεύματος και ταυτόχρονα μετράται νέα διαφορά δυναμικού σε δύο άλλα ηλεκτρόδια δυναμικού. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται για όλα τα ηλεκτρόδια με όλους τους δυνατούς συνδυασμούς. Τέτοιου είδους μετρήσεις μοιάζουν με αυτές της δισδιάστατης διασκόπησης που γίνονται στην επιφάνεια. Στις μέρες μας, έχει αυξηθεί το ενδιαφέρον για μετρήσεις μεταξύ γεωτρήσεων, ώστε να απεικονισθεί η δομή της γης τόσο σε δύο (2D) όσο και σε τρεις διαστάσεις (3D). Οι περισσότεροι ερευνητές ασχολήθηκαν με τη διάταξη πόλου-πόλου, η οποία είναι η πιο απλή από όλες τις υπόλοιπες διατάξεις. Όσον αφορά την εφαρμογή της συγκεκριμένης διάταξης, χρησιμοποιούνται δύο επιπρόσθετα ηλεκτρόδια, τα οποία τοποθετούνται σε μακρινή απόσταση μακριά από την υπό εξέταση περιοχή όπου η μετρούμενη διαφορά δυναμικού είναι πρακτικά αμετάβλητη (θεωρητικά, τοποθετούνται σε άπειρη απόσταση, κάτι που στην πράξη δεν είναι πάντα εφικτό). Προφανώς, δεν είναι δυνατό να διεξαχθεί τέτοιου είδους έρευνα σε αστικό περιβάλλον ή σε ορυχεία, επειδή τα δεδομένα μπορούν εύκολα να αλλοιωθούν με θόρυβο από κοντινές ηλεκτρικές πηγές που πιθανόν να βρίσκονται κοντά στα καλώδια που συνδέουν τα απομακρυσμένα ηλεκτρόδια. Σύμφωνα με την εμπειρία επιστημόνων (Van, Park και Hamilton, 1991) δεν είναι εφικτή η συλλογή δεδομένων με μεγάλη ακρίβεια με τη διάταξη πόλου-πόλου (15% των δεδομένων δεν ικανοποιούσαν την αρχή της αντιμετάθεσης). Τα δυο απομακρυσμένα ηλεκτρόδια εισάγουν συστηματικό σφάλμα στην αντιστροφή. Επομένως, οδηγούμαστε στη διερεύνηση διαφορετικών διατάξεων ηλεκτροδίων για την εφαρμογή της μέτρησης μεταξύ γεωτρήσεων (Zhou και Greenhalgh, 2000). Πιθανοί τρόποι για να μειωθεί αυτό το σφάλμα είναι να μειωθεί η απόσταση των απομακρυσμένων ηλεκτροδίων. Επίσης, για τη μέτρηση της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων μπορεί να εφαρμοσθεί η διάταξη πόλου-διπόλου ή η διάταξη διπόλου-πόλου, όπου μετράται το δυναμικό με δύο αντίθετης πολικότητας σημεία ρεύματος ή η διάταξη διπόλου-διπόλου, όπου μετράται το δυναμικό μεταξύ δύο ηλεκτροδίων με δύο αντίθετης πολικότητας πηγές ρεύματος. 18

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τις μετρήσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ηλεκτρικές τομογραφίες μεταξύ γεωτρήσεων, επειδή όχι μόνο μειώνεται η επίδραση των απομακρυσμένων ηλεκτροδίων, αλλά αποφεύγεται και η διατάραξη του σήματος από τυχαίο θόρυβο που υπάρχει εκτός της υπό εξέτασης περιοχής. Με αυτόν τον τρόπο είναι εφικτό να γίνει η μέτρηση σε αστικά περιβάλλοντα σε υδρογεωλογικές και περιβαλλοντικές μελέτες και σε περιοχές με πολλά κτίρια. Μελέτες έχουν δείξει (Zhou και ο Greenhalgh, 1997) ότι υπάρχουν έξι ανεξάρτητοι συνδυασμοί μεταξύ γεωτρήσεων με διατάξεις πόλου-διπόλου ή διπόλου-πόλου και τρεις με διατάξεις διπόλου-διπόλου. Αυτές οι διατάξεις εντοπίζουν καλύτερα τους στόχους και έχουν καλύτερες δυνατότητες απεικόνισης μεταξύ δύο γεωτρήσεων από την διάταξη πόλου-πόλου (Zhou και Greenhalgh, 2000). 19

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ 2.4 ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΩΝ ΓΙΑ ΔΙΑΣΚΟΠΗΣΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ Στη θεωρία κάθε διάταξη που χρησιμοποιείται για κανονικές επιφανειακές διασκοπήσεις μπορεί να εφαρμοστεί για διασκοπήσεις μεταξύ γεωτρήσεων. Ως εκ τούτου, μπορούμε να έχουμε διατάξεις με δύο, τρία και τέσσερα ηλεκτρόδια Συνδυασμοί μεταξύ γεωτρήσεων Η διάταξη πόλου-πόλου, έχοντας τα δύο ηλεκτρόδια απομακρυσμένα μεταξύ τους, είναι η απλούστερη διάταξη για ηλεκτρικές μετρήσεις μεταξύ γεωτρήσεων. Θεωρητικά, τα δύο αυτά ηλεκτρόδια θα έπρεπε να τοποθετηθούν σε άπειρη απόσταση μακριά από τις γεωτρήσεις, επειδή το δυναμικό αναφοράς από τη σημειακή πηγή θεωρείται ίσο με μηδέν. Επίσης, θεωρείται ότι καμία διαταραχή δε λαμβάνει χώρα κατά μήκος των απομακρυσμένων καλωδίων. Βέβαια στην πράξη, είναι δύσκολο να επιτευχθεί αυτό, λόγω περιορισμών χώρου και της ενδεχόμενης ύπαρξης άλλων ηλεκτρικών πηγών. Για να ξεπεραστούν αυτά τα μειονεκτήματα, χρησιμοποιούνται εναλλακτικές διατάξεις όπως οι πόλου-διπόλου, διπόλου-πόλου ή διπόλου-διπόλου σε διασκόπηση μεταξύ γεωτρήσεων, επειδή αυτές οι διατάξεις απαιτούν μόνο ένα (πόλου-διπόλου και διπόλου-πόλου) ή κανένα (διπόλου-διπόλου) απομακρυσμένο ηλεκτρόδιο. Από απλές συνδυαστικές διαδικασίες και την αρχή της αντιμετάθεσης προέκυψε o Πίνακας 2.4-1, ο οποίος παρουσιάζει μία σύνοψη των διατάξεων μετρήσεων που χρησιμοποιούνται μεταξύ γεωτρήσεων (Zhou και Greenhalgh, 2000). 20

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Διάταξη Ηλεκτροδίων Σύνολο Δυνατών Διατάξεων Σύνολο Ανεξάρτητων Διατάξεων Ανεξάρτητες Διατάξεις ρ α διατάξεις με αδυναμία μέτρησης Πόλου-Πόλου 2 1 Α-Μ Πόλου-Διπόλου 12 6 Διπόλου-Πόλου 12 6 Διπόλου-Διπόλου 24 3 ΑΜ-Ν, ΜΑ-Ν, ΜΝ-Α, Ν-ΑΜ, Ν-ΜΑ, Α-ΜΝ ΑΜ-Β, ΜΑ-Β, ΑΒ-Μ, Β- ΑΜ, Β-ΜΑ, Μ-ΑΒ ΑΜ-ΒΝ, ΑΜ-ΝΒ, ΑΒ- ΜΝ Α-ΜΝ, ΜΝ-Α ΑΒ-Μ, Μ-ΑΒ ΑΒ-ΜΝ, ΜΝ-ΑΒ Ισοδύναμη Διάταξη: Πόλου-Διπόλου: ΑΜ-Ν, ΜΑ-Ν και ΜΝ-Α= Διπόλoυ-Πόλου: ΜΑ-Β, ΑΜ-Β και ΑΒ-Μ Πίνακας Συνδυασμοί μεταξύ γεωτρήσεων για διάφορες διατάξεις (Zhou και Greenhalgh, 2000) Στα Σχήμα 2.4-1, Σχήμα και Σχήμα παρουσιάζονται όλοι οι ανεξάρτητοι συνδυασμοί 3 και 4 ηλεκτροδίων. Μελέτες (Zhou και Greenhalgh, 2000) έχουν αποδείξει ότι οι ανεξάρτητες διατάξεις έχουν διαφορετικές εικόνες ευαισθησίας και επομένως δίνουν διαφορετικές ηλεκτρικές ανωμαλίες. Για παράδειγμα, επιλέγοντας δύο ή τρεις αποστάσεις μεταξύ των ηλεκτροδίων Α και Μ (ή Μ και Α) στις διατάξεις ΑΜ-Ν (ΜΑ-Ν), ΑΜ-Β (ΜΑ-Β) και ΑΜ-ΒΝ (ΜΑ-ΒΝ) και μετακινώντας το/α άλλο/α ηλεκτρόδιο/α της άλλης γεώτρησης από πάνω προς τα κάτω, μπορούμε να πετύχουμε διαφορετικές οριζόντιες ευαισθησίες, ώστε να συλλέξουμε πληροφορίες σχετικά με τις φυσικές αλλαγές στην περιοχή μεταξύ των δύο γεωτρήσεων. Ωστόσο, πρέπει να επισημανθεί ότι οι έξι διατάξεις: Α-ΜΝ, ΜΝ-Α, ΑΒ-Μ, Μ-ΑΒ, ΑΒ- ΜΝ και ΜΝ-ΑΒ (Σχήμα 2.4-1, Σχήμα 2.4-2, Σχήμα ) έχουν για κάποιες θέσεις μέτρησης πρόβλημα αοριστίας με τον υπολογισμό της φαινόμενης αντίστασης (προκύπτει μηδενική τιμή στο δυναμικό για ομογενή γη και ο γεωμετρικός παράγοντας δε ορίζεται). 21

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Έξι ανεξάρτητοι συνδυασμοί για μετρήσεις πόλου-διπόλου μεταξύ γεωτρήσεων: (a) AM-N, (b) MA-N, (c) MN-A, (d) N-AM, (e) N-MA και (f) A-MN. Τα κεφαλαία γράμματα Α και Β δηλώνουν ηλεκτρόδια ρεύματος και τα Μ και Ν ηλεκτρόδια δυναμικού. (Zhou και Greenhalgh, 2000) Ο Πίνακας υποδηλώνει ότι, εάν ένας συγκεκριμένος αριθμός ηλεκτροδίων βρίσκεται σε δύο γεωτρήσεις, για παράδειγμα συνολικά 2n, τότε ο μέγιστος αριθμός ανεξάρτητων μετρήσεων πόλου-πόλου μεταξύ των γεωτρήσεων είναι n x n = n 2 που οφείλονται μόνο σε μη γραμμικά εξαρτημένες. Εξαιτίας της γεωμετρικής αοριστίας (μηδενικός γεωμετρικός παράγοντας), οι διατάξεις Α-ΜΝ, Μ-ΑΒ και ΑΒ-ΜΝ δεν είναι κατάλληλες για ηλεκτρικές τομογραφίες μεταξύ γεωτρήσεων. Συνεπώς, εκτός από τη διάταξη πόλου-πόλου Α-Μ, πρακτικά μόνο 6 ακόμα συνδυασμοί είναι εφικτοί για μετρήσεις μεταξύ γεωτρήσεων: ΑΜ-Ν, ΜΑ-Ν, ΑΜ-Β, ΜΑ-Β, ΑΜ-ΒΝ και ΑΜ-ΝΒ Δοκιμές με Συνθετικά Μοντέλα Στις προηγούμενες ενότητες είδαμε ότι μόνο μερικές διατάξεις όπως οι πόλουδιπόλου, διπόλου-πόλου και διπόλου-διπόλου εφαρμόζονται στις τομογραφικές μετρήσεις μεταξύ γεωτρήσεων. Οι Zhou και Greenhalgh (2000) χρησιμοποίησαν δύο μοντέλα, για να παραχθούν συνθετικά δεδομένα και να μελετηθούν οι συνδυασμοί αυτών (Σχήμα 2.4-4). Το πρώτο μοντέλο περιέχει ένα αγώγιμο σώμα (με αντίσταση 10Ωm) και το δεύτερο μοντέλο ένα ρήγμα (αντίσταση 10Ωm), όπου και τα δύο βρίσκονται σε ομογενή ημιχώρο αντίστασης 100Ωm. Το κάθε μοντέλο είναι χωρισμένο σε κελιά διαστάσεων 1x1 m 2 (συνολικά 20x20=400 παράμετροι μοντέλου) και υπάρχουν 21 ηλεκτρόδια ισαπέχοντα με απόσταση 1 μέτρου σε κάθε μία από τις γεωτρήσεις που απέχουν 10m μεταξύ τους. 22

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Έξι ανεξάρτητες διατάξεις διπόλου-πόλου μεταξύ γεωτρήσεων: (a) AM-B, (b) MA-B, (c) AB-M, (d) B-AM, (e) B-MA και (f) M-AB (Zhou και Greenhalgh, 2000) Παρουσιάζονται παρακάτω τα αποτελέσματα των δοκιμών των Zhou και Greenhalgh (2000). Για τα δύο μοντέλα παρήχθησαν συνθετικά δεδομένα για τις διατάξεις: πόλου-πόλου, πόλου-διπόλου, διπόλου-πόλου και διπόλου-διπόλου. Για ευκολία σύγκρισης των αποτελεσμάτων με τις διαφορετικές διατάξεις χρησιμοποιήθηκε ο ίδιος αλγόριθμος αντιστροφής και το ίδιο αρχικό μοντέλο (ομογενές μέσο με αντίσταση 100Ωm) σε όλα τα πειράματα. Για αποφυγή του προβλήματος αοριστίας της φαινόμενης αντίστασης, είτε το δυναμικό U M ή η διαφορά δυναμικού ΔU MN χρησιμοποιήθηκαν απευθείας για την αντιστροφή. Τα σχήματα προέκυψαν έχοντας δεδομένα με και χωρίς θόρυβο. Το δυναμικό που περιέχει θόρυβο ή η διαφορά δυναμικού προσομοιώθηκε ως U 1 f U noise noise synthetic (2.4-1) όπου f noise είναι ένας τυχαίος αριθμός μεταξύ -1 και +1 και β = 0.05, 0.1 και 0.2, που αντιστοιχούν σε 5%, 10% και 20% επίπεδα θορύβου. 23

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Τρεις ανεξάρτητες διατάξεις για διπόλου-διπόλου μετρήσεις μεταξύ γεωτρήσεων: (a) AM-BN, (b) AM-NB και(c) AB-MN (Zhou και Greenhalgh, 2000) Διάταξη Πόλου Πόλου Για τη διάταξη πόλου-πόλου υπάρχουν οι συνδυασμοί, οι οποίοι παρουσιάζονται στο Σχήμα μαζί με τη σχετική ευαισθησία (Loke, 2004). Σε όλες τις περιπτώσεις οι περιοχές με τις υψηλότερες τιμές ευαισθησίας είναι συγκεντρωμένες κοντά στα ηλεκτρόδια. Πρέπει να επισημανθεί ότι τα ηλεκτρόδια δε σαρώνουν ουσιαστικά τη περιοχή μεταξύ τους, όπως θα ήταν αναμενόμενο σε μία σεισμική διασκόπηση με την πηγή και το δέκτη σε διαφορετικές γεωτρήσεις. Η περιοχή μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων γενικά έχει αρνητικές τιμές ευαισθησίας. Σχήμα Δύο μοντέλα για αριθμητική προσομοίωση για απεικόνιση αντιστάσεων μεταξύ γεωτρήσεων. (Zhou και Greenhalgh, 2000) Εάν υπάρχουν n ηλεκτρόδια (συμπεριλαμβανομένων και των επιφανειακών ηλεκτροδίων), μπορούν να γίνουν συνολικά n(n-1)/2 ανεξάρτητες μετρήσεις με τη διάταξη πόλου-πόλου. Ένα πρόβλημα με αυτή τη διάταξη είναι η φυσική θέση των δύο απομακρυσμένων ηλεκτροδίων, C2 και P2. Πρέπει να είναι αρκετά μακριά έτσι ώστε η προσέγγιση πόλου-πόλου να είναι ικανοποιητικά ακριβής. Αυτό σημαίνει ότι 24

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ πρέπει να βρίσκονται σε απόσταση τουλάχιστον 20 φορές τη μέγιστη απόσταση μεταξύ των ενεργών ηλεκτροδίων C1 και P1 στις γεωτρήσεις. Η μεγάλη απόσταση μεταξύ των P1 και Ρ2 ηλεκτροδίων οδηγεί στη «μόλυνση» των μετρήσεων από ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο. Αυτά τα προβλήματα είναι ακριβώς τα ίδια με αυτά που εμφανίζονται στις διατάξεις πόλου-πόλου για τις επιφανειακές διατάξεις. Ενώ πολλοί προγενέστεροι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτή τη διάταξη για μετρήσεις μεταξύ γεωτρήσεων, πρόσφατη έρευνα δείχνει (Sasaki, Zhou και Greenhalgh) ότι αυτή η διάταξη έχει αρκετά μικρότερη ανάλυση από αυτή της διπόλου-διπόλου και πόλου-διπόλου. Οι Zhou και Greenhalgh υπολόγισαν δεδομένα μεταξύ γεωτρήσεων παίρνοντας κάθε ένα από τα ηλεκτρόδια (από συνολικά 42) σαν ηλεκτρόδια ρεύματος και όλα τα άλλα σαν ηλεκτρόδια δυναμικού, έτσι έχουμε 42x41= 1722 μετρήσεις πόλου-πόλου για την αντιστροφή. 25

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Πιθανές διατάξεις των ηλεκτροδίων για τη διάταξη πόλου-πόλου για έρευνα μεταξύ γεωτρήσεων και οι 2D εικόνες ευαισθησίας. Οι γεωτρήσεις απεικονίζονται με τις μαύρες κατακόρυφες γραμμές (Loke, 2004) Θεωρητικά, τα δεδομένα για άλλες διατάξεις ηλεκτροδίων, όπως πόλου-διπόλου, διπόλου-πόλου και διπόλου-διπόλου μπορούν να αποκτηθούν από τα δεδομένα της πόλου-πόλου εφαρμόζοντας απλούς αλγεβρικούς υπολογισμούς (Zhou και Greenhalgh, 2000) καθώς το δυναμικό είναι μονόμετρο μέγεθος. 26

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Συνθετικά δεδομένα και αποτελέσματα που προέκυψαν από διάταξη πόλου-πόλου για το Μοντέλο-1. (a) Χωρίς θόρυβο, (b) με 20% θόρυβο, (c) αποτελέσματα αντιστροφής με το (a), (d) αποτελέσματα αντιστροφής με το (b). RMS(n) αντιπροσωπεύει τη ρίζα ελαχίστων τετραγώνων του θορύβου (Zhou και Greenhalgh, 2000) Το Σχήμα δείχνει τα δεδομένα χωρίς θόρυβο, με 20% θόρυβο και τις εικόνες που προκύπτουν από τα πειράματα πόλου-πόλου για το μοντέλο του σχήματος Η ρίζα ελαχίστων τετραγώνων (RMS) του τυχαίου θορύβου αναφέρεται σαν πλάτος του θορύβου του υποβάθρου. Στο Σχήμα 2.4-6, τα διαγράμματα (c) και (d) δείχνουν τις εικόνες που προκύπτουν από τα δεδομένα χωρίς και με θόρυβο. Αυτά τα διαγράμματα δείχνουν ότι η εικόνα του μοντέλου είναι πολύ καθαρή και η αντιστροφή δεν είναι ευαίσθητη σε 20% θόρυβο για το Μοντέλο-1. 27

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Διάταξη Πόλου Διπόλου Έχει αποδειχθεί (Zhou και Greenhalgh, 2000) ότι υπάρχουν έξι πιθανοί διαφορετικοί συνδυασμοί για την διάταξη πόλου-διπόλου (αγνοώντας τα επιφανειακά ηλεκτρόδια). Από αυτούς τους έξι συνδυασμούς υπάρχουν δύο βασικοί, με το ηλεκτρόδιο ρεύματος και το δυναμικό στη μία γεώτρηση και το άλλο δυναμικό στη δεύτερη γεώτρηση (Σχήμα 2.4-7a), και με το ηλεκτρόδιο ρεύματος στη μία γεώτρηση και τα δύο ηλεκτρόδια δυναμικού στην άλλη (Σχήμα 2.4-7b). Προτείνεται (Zhou και Greenhalgh, 2000) η διάταξη, όπου το ηλεκτρόδιο ρεύματος και το ένα ηλεκτρόδιο δυναμικού βρίσκονται στην ίδια γεώτρηση και το άλλο ηλεκτρόδιο δυναμικού στην άλλη (C1P1-P2 ή AM-N διάταξη). Στο Σχήμα 2.4-7a φαίνεται ότι αυτή η διάταξη έχει υψηλές θετικές τιμές ευαισθησίας μεταξύ των δύο γεωτρήσεων. Αυτό σημαίνει ότι παρέχει σημαντική πληροφορία σχετικά με την αντίσταση του υλικού μεταξύ των δύο γεωτρήσεων. Οι περιοχές με αρνητικές τιμές ευαισθησίας περιορίζονται μεταξύ των ηλεκτροδίων C1 και P1 στη πρώτη γεώτρηση και αριστερά του ηλεκτροδίου P2 στη δεύτερη γεώτρηση (Loke, 2004). 28

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Εικόνες ευαισθησίας 2D από διάφορους συνδυασμούς με πόλου-πόλου διατάξεις. Η διάταξη με (a) C1 και P1 στη πρώτη γεώτρηση και P2 στη δεύτερη, (b) C1 στη πρώτη γεώτρηση και Ρ1 Ρ2 στη δεύτερη, (c) όλα τα ηλεκτρόδια στη πρώτη γεώτρηση και (d) το ηλεκτρόδιο ρεύματος στην επιφάνεια του εδάφους. ( Loke, 2004) Η δεύτερη διάταξη Σχήμα 2.4-7b, με το ηλεκτρόδιο ρεύματος στη μία γεώτρηση και τα δύο ηλεκτρόδια δυναμικού στην άλλη, έχει υψηλές αρνητικές τιμές μεταξύ των ηλεκτροδίων C1 και Ρ1 και υψηλές θετικές τιμές μεταξύ των ηλεκτροδίων C1 και Ρ2. Μεταξύ αυτών των δύο περιοχών υπάρχει μία ζώνη με μικρές τιμές ευαισθησίας, όπου η διάταξη δε δίνει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την αντίσταση σε αυτή τη 29

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ζώνη. Ακόμα ένα μειονέκτημα αυτής της διάταξης είναι ότι για κάποιες θέσεις του διπόλου Ρ1-Ρ2, το δυναμικό που μετράται είναι πολύ μικρό ή μηδενικό. Αυτό δημιουργεί μικρό λόγο σήματος προς θόρυβο. Το Σχήμα 2.4-7c δείχνει την εικόνα ευαισθησίας όταν και τα τρία ηλεκτρόδια είναι στην ίδια τη γεώτρηση. Υπάρχουν πολύ υψηλές αρνητικές και θετικές τιμές στη περιοχή της γεώτρησης. Προτείνεται (Sugimoto, 1999) να γίνονται τέτοιες μετρήσεις γιατί παρέχονται πολύτιμες πληροφορίες για τη βύθιση των δομών μεταξύ των γεωτρήσεων. Το Σχήμα 2.4-7d δείχνει την εικόνα ευαισθησίας, όταν το ηλεκτρόδιο ρεύματος είναι στην επιφάνεια του εδάφους. Οι τιμές ευαισθησίας μεταξύ των ηλεκτροδίων C1 και Ρ1 είναι σχετικά μικρές (πιθανόν λόγω της μεγάλης απόστασης μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων), ενώ οι τιμές ευαισθησίας μεταξύ των ηλεκτροδίων Ρ1 και Ρ2 είναι μέτριες θετικές τιμές. Γενικά, πολλοί συγγραφείς σχολιάζουν θετικά αυτή τη διάταξη. Παρέχει καλύτερη ανάλυση και είναι λιγότερο ευαίσθητη στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (μιας και τα δύο ηλεκτρόδια δυναμικού βρίσκονται μέσα στην υπό εξέταση περιοχή) συγκρινόμενη με τη διάταξη πόλου-πόλου. Ενώ στη θεωρία η ανάλυση της διάταξης είναι ελαφρώς πιο ασθενής από αυτή του διπόλου-διπόλου, οι τιμές δυναμικού που μετρήθηκαν είναι σημαντικά υψηλότερες. Η μελέτη της διάταξης πόλου-διπόλου έχει έξι ανεξάρτητες διατάξεις (Σχήμα 2.4-1). Στην πραγματικότητα οι διατάξεις ΑΜ-Ν και ΜΑ-Ν (βλέπε Σχήμα 2.4-1a και Σχήμα b) δε διαφέρουν πολύ στη γεωμετρία. Μόνο οι δύο διατάξεις ΑΜ-Ν και Α-ΜΝ είναι ενγένει διαφορετικές και οι άλλες είναι συμμετρικές παραλλαγές αυτών (Zhou και Greenhalgh, 2000). Οι Zhou και Greenhalgh πραγματοποίησαν δοκιμές με συνθετικά δεδομένα για το Μοντέλο-2 (Σχήμα 2.4-4) με διατάξεις ΑΜ-Ν (όπως και Ν-ΑΜ) και Α-ΜΝ (όπως και ΜΝ-Α). Το Σχήμα δείχνει τα συνθετικά δεδομένα και τις εικόνες που προέκυψαν από το μοντέλο. Τα δεδομένα από την πόλου-διπόλου ΑΜ-Ν και Ν-ΑΜ υπολογίσθηκαν επιλέγοντας τρεις αποστάσεις για τα ζευγάρια ηλεκτροδίων ΑΜ (ΑΜ=2m, 4m, 6m) σε μία γεώτρηση και μετακινώντας το Ν κατά μήκος της άλλης γεώτρησης με τη διάταξη ΑΜ-Ν, μετά επαναλαμβάνοντας τη διαδικασία, διατηρώντας 30

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ μία συμμετρική γεωμετρία Ν-ΑΜ. Ως εκ τούτου, συνολικά παρήχθησαν 2124 συνθετικά δεδομένα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η διάταξη αυτή διαφέρει αρκετά από τη διάταξη πόλου-πόλου, ωστόσο οι περισσότερες τιμές των συνθετικών δεδομένων κυμαίνονται στο ίδιο εύρος και στις δύο διατάξεις. Τα αποτελέσματα αντιστροφής δείχνουν ότι τα συνθετικά δεδομένα (χωρίς θόρυβο) των διατάξεων πόλου-διπόλου παρουσιάζουν πολύ καθαρές εικόνες των δύο στόχων, και τα αποτελέσματα των δεδομένων με θόρυβο παρουσιάζουν καλύτερα αποτελέσματα (έχουν λιγότερες τεχνητές ανωμαλίες) από αυτά που προέκυψαν με τη διάταξη πόλου-πόλου. Σχήμα Συνθετικά δεδομένα και αποτελέσματα που προέκυψαν από διάταξη πόλου-διπόλου ΑΜ-Ν (Ν-ΜΑ) για το Μοντέλο-2. (a) Χωρίς θόρυβο, (b) με 20% θόρυβο, (c) αποτελέσματα αντιστροφής με το (a), (d) αποτελέσματα αντιστροφής με το (b). RMS(n) αντιπροσωπεύει τη ρίζα ελαχίστων τετραγώνων του θορύβου (Zhou και Greenhalgh, 2000) Ωστόσο, θα πρέπει να επισημανθεί ότι, τα συνθετικά δεδομένα της διάταξης Α-ΜΝ (ΜΝ-Α) έχουν σημαντικά μικρότερο σήμα σε σχέση με το συνδυασμό ΑΜ-Ν (Ν-ΑΜ), καθώς παρουσιάζει πολλά δεδομένα με δυναμικό κοντά στο μηδέν. Επιπρόσθετα, η 31

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ όχι καλή εικόνα με το Μοντέλο-2 δείχνει ότι η οριζόντια ανάλυση της διάταξης δεν είναι τόσο καλή όσο αυτή του πόλου-πόλου και της διάταξης ΑΜ-Ν. Διάταξη Διπόλου-Πόλου Στους 6 ανεξάρτητους συνδυασμούς της διάταξης διπόλου-πόλου μόνο δύο, οι ΑΜ-Β και ΑΒ-Μ, μπορούν να θεωρηθούν αντιπροσωπευτικές, επειδή οι άλλες είναι όμοιες με αυτές ή συμμετρικά ισοδύναμες. Σύμφωνα με την αρχή αντιμετάθεσης η διάταξη ΑΒ-Μ είναι ισοδύναμη με ΜΝ-Α. Στην περίπτωση αυτή, χρησιμοποιείται η διάταξη δίπολου-πόλου ΑΜ-Β (περιλαμβανομένου και του Β-ΑΜ) για τη διεξαγωγή των αριθμητικών πειραμάτων. (Zhou και Greenhalgh, 2000) Σχήμα Συνθετικά δεδομένα και αποτελέσματα που προέκυψαν από διάταξη διπόλου-πόλου ΑΜ-Β (Β-ΜΑ) για το Μοντέλο-1. (a) Χωρίς θόρυβο, (b) 20% θόρυβο, (c) αποτελέσματα αντιστροφής με (a), (d) αντιστροφή με το (b). RMS(n) αντιπροσωπεύει τη ρίζα ελαχίστων τετραγώνων του θορύβου (Zhou και Greenhalgh, 2000) Το Σχήμα δείχνει τα συνθετικά δεδομένα και τα αποτελέσματα με εικόνες για τα δύο μοντέλα. Τα συνθετικά δεδομένα υπολογίσθηκαν με τρία διαστήματα μεταξύ ηλεκτροδίων (ΑΜ=2m, 4m, 6m) για κάθε ηλεκτρόδιο ρεύματος Β, και έτσι παράγονται 2142 δεδομένα. Από τα σχήματα που προκύπτουν μπορεί κανείς να δει ότι τα 32

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ δυναμικά μοιάζουν πολύ με αυτά της διάταξης ΑΜ-Ν (Σχήμα 2.4-9a) και το εύρος των δεδομένων είναι συγκρίσιμο με αυτό της διάταξης πόλου-πόλου. Τα αποτελέσματα αντιστροφής δείχνουν ότι η διάταξη ΑΜ-Β μπορεί να δώσει πολύ καθαρές εικόνες για τα δύο μοντέλα ακόμα και όταν χρησιμοποιούνται τα δεδομένα με θόρυβο. Συγκρίνοντας αυτές τις εικόνες με τα προηγούμενα αποτελέσματα που παράγονται από την πόλου-πόλου, πόλου-διπόλου ΑΜ-Ν και Α-ΜΝ μπορούμε να δούμε ότι αυτός ο συνδυασμός παράγει περίπου ίδιες εικόνες από τα μοντέλα, όπως του πόλου-πόλου Α-Μ και πόλου-διπόλου ΑΜ-Ν και καλύτερες εικόνες από τη διάταξη Α-ΜΝ. Διάταξη Διπόλου Διπόλου Από μελέτη του Zhou και Greenhalgh (1997) έχουν προταθεί τέσσερις ανεξάρτητες διατάξεις, από τις οποίες οι δύο είναι σημαντικές. Στη πρώτη διάταξη τα θετικά ηλεκτρόδια ρεύματος και δυναμικού C1 και Ρ1 βρίσκονται σε μία γεώτρηση, ενώ τα αρνητικά ηλεκτρόδια ρεύματος και δυναμικού C2 και P2 βρίσκονται στη δεύτερη γεώτρηση (Σχήμα a) (Loke, 2004). Σε αυτή τη διάταξη ο συνδυασμός C1P1-C2P2 (ή αλλιώς η διάταξη ΑΜ-ΒΝ) παρουσιάζει μεγάλες θετικές τιμές ευαισθησίας στη περιοχή μεταξύ των δύο γεωτρήσεων. Αυτή είναι μία επιθυμητή ιδιότητα για μία διάταξη μεταξύ γεωτρήσεων, αφού η επιδίωξη μας είναι να «φωτογραφηθεί» το υλικό μεταξύ των δύο γεωτρήσεων. Οι υψηλές αρνητικές τιμές ευαισθησίας περιορίζονται στη περιοχή κατά μήκος της περιοχής μεταξύ των ηλεκτροδίων C1 και Ρ1 (και C2 και Ρ2). Το Σχήμα c δείχνει μία όμοια διάταξη, αλλά με την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων στην ίδια γεώτρηση μειωμένη στο μισό της απόστασης μεταξύ των γεωτρήσεων. Παρατηρούμε υψηλές θετικές τιμές ευαισθησίας μεταξύ των δύο γεωτρήσεων. 33

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Εικόνες ευαισθησίας 2D για διάφορες διατάξεις διπόλου-διπόλου. (a) C1 και Ρ1 είναι στη πρώτη γεώτρηση και C2 Ρ2 είναι στη δεύτερη. (b) C1 και C2 είναι στη πρώτη και Ρ1 και Ρ2 είναι στη δεύτερη γεώτρηση. Και στις δύο περιπτώσεις, η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων στην ίδια γεώτρηση είναι με την απόσταση μεταξύ των γεωτρήσεων. Οι διατάξεις στην (c) και (d) είναι όμοιες με (a) και (b) εκτός από το γεγονός ότι η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων στην ίδια γεώτρηση είναι η μισή από την απόσταση μεταξύ των γεωτρήσεων ( Loke, 2004) Στη δεύτερη βασική διάταξη (Σχήμα b) το δίπολο ρεύματος C1C2 βρίσκεται στη μία γεώτρηση, ενώ το δίπολο δυναμικού Ρ1Ρ2 βρίσκεται στην άλλη γεώτρηση. Υπάρχει επίσης μία μεγάλη περιοχή με θετικές τιμές ευαισθησίας μεταξύ των δύο γεωτρήσεων. Ωστόσο, αυτή η περιοχή συνορεύει με δύο ζώνες υψηλών αρνητικών τιμών ευαισθησίας. Ως εκ τούτου, η απόκριση αυτής της διάταξης C1C2-P1P2 στις 34

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ανομοιογένειες μεταξύ των γεωτρήσεων είναι πιο πολύπλοκη από αυτή της πρώτης διάταξης. Όταν το μήκος του διπόλου μειώνεται, η θετική περιοχή μειώνεται αισθητά. Αυτά τα χαρακτηριστικά κάνουν αυτή τη διάταξη λιγότερο επιθυμητή για διατάξεις μεταξύ γεωτρήσεων. Ένα άλλο μειονέκτημα είναι ότι η ένταση του σήματος του δυναμικού είναι πιο ασθενής στη διάταξη C1C2-P1P2 συγκρινόμενη με τη διάταξη C1P1-C2P2. Επομένως, συνίσταται από τους Zhou και Greenhalgh (1997,2000) η διάταξη C1P1- C2P2. Βρέθηκε (Sasaki, 1992) ότι η διάταξη διπόλου-διπόλου έχει καλύτερη ανάλυση συγκρινόμενη με τις διατάξεις πόλου-πόλου και πόλου-διπόλου. Το Σχήμα δείχνει μία πιθανή ακολουθία σε μία διασκόπηση. Μία σειρά από μετρήσεις γίνεται πρώτα με μικρή απόσταση (για παράδειγμα η μισή απόσταση μεταξύ των γεωτρήσεων) ξεκινώντας από την κορυφή. Έπειτα, επαναλαμβάνονται μετρήσεις με μεγαλύτερη απόσταση ηλεκτροδίων. Λόγω της συμμετρίας στις διατάξεις που φαίνονται στα Σχήμα a και Σχήμα b, θα έπρεπε να γίνουν επίσης μετρήσεις με λιγότερο συμμετρικές διατάξεις. Τα Σχήμα c και Σχήμα d δείχνουν δύο άλλες πιθανές διατάξεις. 35

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Σχήμα Πιθανές συνδυασμοί για μετρήσεις χρησιμοποιώντας διάταξη διπόλου-διπόλου. (Loke, 2004) Ας σημειωθεί ότι το μήκος των γεωτρήσεων πρέπει να είναι συγκρίσιμο με την απόστασή τους. Διαφορετικά, εάν η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων στην ίδια γεώτρηση είναι πολύ μικρότερη από την απόσταση μεταξύ των γεωτρήσεων, τα αποτελέσματα είναι περισσότερο πιθανό να επηρεαστούν από το υλικό στην άμεση γειτονία των γεωτρήσεων παρά από το υλικό μεταξύ των γεωτρήσεων. Σε μία τέτοια περίπτωση, η μόνη εναλλακτική λύση είναι πιθανόν να συμπεριληφθούν οι μετρήσεις με ηλεκτρόδια στην επιφάνεια μεταξύ των γεωτρήσεων. Η διάταξη διπόλου-διπόλου μεταξύ γεωτρήσεων έχει μόνο τρεις ανεξάρτητους συνδυασμούς ΑΜ-ΒΝ, ΑΜ-ΝΒ και ΑΒ-ΜΝ (Σχήμα 2.4-3). Αρχικά, ελέγχθηκε (Zhou και Greenhalgh) η αποτελεσματικότητα στην απεικόνιση με τον συνδυασμό ΑΜ-ΒΝ. Το Σχήμα δείχνει τα συνθετικά δεδομένα και τις εικόνες που προκύπτουν από το μοντέλο. Στον υπολογισμό των συνθετικών δεδομένων η απόσταση των ηλεκτροδίων ΒΝ παρέμεινε ίδια όπως της ΑΜ (ΑΜ=ΒΝ=α), για να υπάρχει 36

37 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ συμμετρική γεωμετρία και χρησιμοποιήθηκαν τρεις αποστάσεις μεταξύ των ηλεκτροδίων ΑΜ (AM=BN=2m, 4m, 6m) (Zhou και Greenhalgh, 2000). Συνολικά, έγινε αντιστροφή σε 875 δεδομένα (πολύ μικρότερος αριθμός δεδομένων από τους άλλους συνδυασμούς). Από τα συνθετικά δεδομένα (Σχήμα a) μπορούμε να δούμε ότι κάθε διάστημα του συνδυασμού έχει διαφορετικό εύρος παρατηρούμενων τιμών. Η μικρή απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων δίνει σχετικά μεγάλες τιμές, ενώ η μεγάλη απόσταση σχετικά μικρές. Για να επιτευχθούν δεδομένα με υψηλό λόγο σήματος προς θόρυβο, η απόσταση ανάμεσα στα ηλεκτρόδια μπορεί να προσαρμοσθεί σύμφωνα με την απόσταση μεταξύ των γεωτρήσεων και το επίπεδο θορύβου της περιοχής. Σχήμα Συνθετικά δεδομένα και αποτελέσματα που προέκυψαν από διάταξη διπόλου-διπόλου ΑΜ-ΒΝ για το Μοντέλο-2. (a) Χωρίς θόρυβο, (b) με 20% θόρυβο, (c) αποτελέσματα αντιστροφής με το (a), (d) αποτελέσματα αντιστροφής με το (b). RMS(n) αντιπροσωπεύει τη ρίζα ελαχίστων τετραγώνων του θορύβου (Zhou και Greenhalgh, 2000) Οι πολλαπλές αποστάσεις των ηλεκτροδίων είναι απαραίτητες για τη γραφική απεικόνιση, επειδή με την αύξηση της απόστασης των ηλεκτροδίων μπορούμε να αποκτήσουμε περισσότερες πληροφορίες για τις ηλεκτρικές ιδιότητες. Αυτή η επιλογή παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία στις διασκοπήσεις μεταξύ γεωτρήσεων. Από τις εικόνες 37

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ που προκύπτουν (Σχήμα c,d), μπορούμε να πούμε ότι, αν και ο συνολικός αριθμός των δεδομένων (875) είναι πολύ μικρότερος συγκριτικά με τους άλλους συνδυασμούς, ο συνδυασμός ΑΜ-ΒΝ παράγει ικανοποιητικές εικόνες του μοντέλου. Οι δοκιμές επαναλήφθηκαν με διαφορετικές τιμές στις αποστάσεις των ηλεκτροδίων και στις περισσότερες περιπτώσεις έδωσαν τα ίδια αποτελέσματα όπως φαίνεται στο Σχήμα Από το Σχήμα είναι φανερό ότι ο συνδυασμός διπόλου-διπόλου ΑΜ-ΒΝ και ΑΜ-ΝΒ δε διαφέρουν πολύ στη γεωμετρία. Από αριθμητικές δοκιμές των δύο μοντέλων βρέθηκε ότι ο συνδυασμός ΑΜ-ΝΒ (Σχήμα 2.4-3b) έχει όμοια αποτελέσματα με αυτά που δείχνονται στο Σχήμα , τα οποία προέκυψαν με τον συνδυασμό ΑΜ-ΒΝ. Αυτό συνεπάγεται ότι οι δύο συνδυασμοί διπόλου-διπόλου δε διαφέρουν στην τομογραφία μεταξύ γεωτρήσεων. Ακόμα ένας συνδυασμός διπόλου-διπόλου, ΑΒ-ΜΝ (Σχήμα 2.4-3c), στον οποίο τα δύο ηλεκτρόδια ρεύματος είναι στην ίδια γεώτρηση και τα δύο ηλεκτρόδια δυναμικού στην άλλη γεώτρηση, διερευνήθηκε εξαιτίας της αξιόλογης διαφοράς στην απόκτηση των δεδομένων. Υπολογίσθηκε η διαφορά δυναμικού (V M -V N ) με τρεις αποστάσεις (ΑΒ=ΜΝ=α=2m, 4m, 6m) και αποκτήθηκε ο ίδιος αριθμός δεδομένων (875). Βρέθηκε ότι η διαφορά δυναμικού (V M -V N ) για αυτό τον συνδυασμό είναι γενικά πολύ μικρότερη (<0.35V) από τον συνδυασμό ΑΜ-ΒΝ και ο συνδυασμός έχει το ίδιο πρόβλημα αοριστίας, όπως ο συνδυασμός Α-ΜΝ (πολλά δεδομένα είναι κοντά στο μηδέν με κάθε απόσταση των ηλεκτροδίων). Στη διαδικασία αντιστροφής 219 δεδομένα απορριφθήκαν εξαιτίας σοβαρών σφαλμάτων. Η εικόνα που προέκυψε δείχνει μία «ασθενή» εικόνα για το Μοντέλο-2 ακόμα και με μικρό θόρυβο (RMS(n)=0.005V για 20% θόρυβο). 38

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ 2.5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι: οι εικόνες που προέκυψαν από τους συνδυασμούς πόλου-πόλου, πόλου-διπόλου ΑΜ-Ν, διπόλου-πόλου ΑΜ-Β και διπόλου-διπόλου ΑΜ-ΒΝ είναι άμεσα συγκρίσιμες με θόρυβο 20%. Θεωρητικά, η διάταξη πόλου-πόλου με δεδομένα χωρίς θόρυβο θα έπρεπε να δώσει την καλύτερη εικόνα από όλες τις διατάξεις, επειδή τα δεδομένα περιέχουν τη μέγιστη πληροφορία στις ηλεκτρικές ιδιότητες γύρω από τις γεωτρήσεις και οι υπόλοιπες διατάξεις μπορούν να προκύψουν από αυτή. Οι καλύτερες ηλεκτρικές ανωμαλίες και οι διαφορετικές εικόνες ευαισθησίας των 3 και 4 διατάξεων ηλεκτροδίων μπορούν να αντισταθμίσουν τις ανεπαρκείς πληροφορίες των δεδομένων. Έτσι εξηγείται γιατί αυτές οι διατάξεις των 3 και 4 ηλεκτροδίων δίνουν εικόνες συγκρίσιμες ποιοτικά με την διάταξη πόλου-πόλου. Επιπλέον, τα συνθετικά δεδομένα μας δείχνουν ότι οι συνδυασμοί πόλου-διπόλου Α-ΜΝ, διπόλου-πόλου ΑΒ-Μ και διπόλου-διπόλου ΑΒ-ΜΝ, παρουσιάζουν φαινόμενα αοριστίας και γενικά μικρό σήμα (δυναμικό). Αυτές οι μικρές τάσεις μπορούν εύκολα να καλυφθούν από τον θόρυβο του υποβάθρου. Η ικανότητα απεικόνισης αυτών των διατάξεων δεν είναι τόσο καλή όσο της πόλου-πόλου, πόλου-διπόλου ΑΜ-Ν, διπόλου-πόλου ΑΜ-Β και διπόλου-διπόλου ΑΜ-ΒΝ. Για την ηλεκτρική τομογραφία μεταξύ γεωτρήσεων τα συνθετικά πειράματα έδειξαν ότι εκτός από τη διάταξη πόλου-πόλου, μερικές διατάξεις τριών και τεσσάρων ηλεκτροδίων, όπως ΑΜ-Ν, ΑΜ-Β και ΑΜ-ΒΝ, μπορούν να εφαρμοσθούν αποτελεσματικά. Αυτές οι διατάξεις, σε συνδυασμό με την διάταξη πόλου-πόλου, έχουν κάποια ξεχωριστά πλεονεκτήματα στις υπαίθριες μετρήσεις, καλύτερες ηλεκτρικές ανωμαλίες και διαφορετικές εικόνες ευαισθησίας, ώστε μπορούν να παράγουν εικόνες με 20% θόρυβο σε δεδομένα. 39

40 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ Συγκεκριμένα, η διάταξη ΑΜ-ΒΝ έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: 1 ον δεν έχει απομακρυσμένο ηλεκτρόδιο, επομένως δεν προστίθεται επιπλέον θόρυβος στις μετρήσεις μας και επιπλέον μπορεί εύκολα να εφαρμοσθεί σε κατοικημένες περιοχές. 2 ον ικανοποιεί πλήρως την αρχή αντιμετάθεσης 3 ον έχει ρυθμιζόμενη ευαισθησία με διαφορετικές αποστάσεις ηλεκτροδίων και Τέτοιου είδους διατάξεις δίνουν καλύτερη ευελιξία για τομογραφίες μεταξύ γεωτρήσεων στην πράξη. (Zhou και Greenhalgh, 2000) 40

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ 3.1 ΣΥΝΘΕΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στο παρών κεφάλαιο παρουσιάζεται ο τρόπος δημιουργίας των πρωτοκόλλων για μετρήσεις μεταξύ γεωτρήσεων, βάσει των οποίων ελήφθησαν οι μετρήσεις υπαίθρου. Παρουσιάζεται σχετικό λογισμικό πρόγραμμα με το οποίο δημιουργήθηκαν τα πρωτόκολλα αυτά. Κρίθηκε επίσης απαραίτητο να πραγματοποιηθούν κάποιες δοκιμές με συνθετικά δεδομένα, ώστε να εκτιμηθεί η αποτελεσματικότητα των πρωτοκόλλων, πριν από την εφαρμογή τους σε πραγματικά δεδομένα. Για την επίλυση ενός προβλήματος που προέκυψε στην ανάλυση των δεδομένων, αναπτύχθηκε ένας κώδικας, με τον οποίο τα δεδομένα υφίστανται μία επιπλέον επεξεργασία πριν απεικονισθούν γραφικά. Έτσι, σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζεται το πρόβλημα, ο τρόπος με τον οποίο επιλύθηκε αυτό και στο τέλος παρατίθενται κάποια παραδείγματα από τα αποτελέσματα.

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ Πρωτόκολλα Αναφοράς Για τη δημιουργία των συνθετικών δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν πρωτόκολλα από το πρόγραμμα Electre III της εταιρίας Iris Instruments. Τα πρωτόκολλα αυτά, χρησιμοποιήθηκαν ως πρωτόκολλα αναφοράς, για να συγκριθούν με τα υπόλοιπα πρωτόκολλα που προέκυψαν από το πρόγραμμα, το οποίο δημιουργήθηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας. Το πρωτόκολλο diagonal dipole-dipole που δημιουργείται από το λογισμικό Electre III, βασίζεται στη διάταξη που ονομάζεται διαγωνίου διπόλου (Σχήμα 3.1-1). H διάταξη αυτή έχει τα ηλεκτρόδια ρεύματος (CA, CB) το καθένα σε μία γεώτρηση και τα ηλεκτρόδια δυναμικού (PM, PN) το ένα στη μία και το άλλο στην άλλη γεώτρηση. Οι πιθανοί συνδυασμοί για κάθε 4άδα ηλεκτροδίων προκύπτουν καθώς αυξάνεται η απόσταση na για κάθε τιμή του a, όπου n είναι ακέραιος αριθμός και a είναι η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο ηλεκτροδίων Σχήμα Διάταξη Διαγωνίου Διπόλου ( dipole-dipole diagonal) 42

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Πρωτόκολλα Παρούσας Εργασίας Για να εφαρμοσθούν πρωτόκολλα σε πραγματικές συνθήκες δημιουργήθηκε λογισμικό ( b2b-prot ) σε γλώσσα προγραμματισμού C (βλέπε ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ), το οποίο παράγει πρωτόκολλα για μετρήσεις ηλεκτρικών τομογραφιών μεταξύ γεωτρήσεων. Τα πρωτόκολλα που δημιουργήθηκαν είναι: ΑΒ-ΜΝ, ΑΜ-ΒΝ, ΑΜ-ΝΒ, ΑΜ-Β, ΑΜ-Ν, ΜΑ-Β, ΜΑ-Ν (όπου Α, Β τα ηλεκτρόδια ρεύματος και Μ, Ν τα ηλεκτρόδια δυναμικού). Λαμβάνοντας υπόψη τις δυνατότητες του οργάνου (π.χ. ακρίβεια οργάνου στη μέτρηση της διαφοράς δυναμικού), έχουμε τη δυνατότητα να απορρίψουμε κάποιους συνδυασμούς ηλεκτροδίων, η μέτρηση των οποίων δε θα μας έδινε ουσιαστικά αποτελέσματα. Η φαινόμενη ηλεκτρική αντίσταση ρ α δίνεται από τη σχέση: Vmeas a G I org (3.1-1) Vorg a R cont a Vorg 1 a Vorg 1 Vmeas ct G G Rcont G Rcont G όπου V meas. : η μετρηθείσα ηλεκτρική τάση από το όργανο I org : το παραγόμενο ρεύμα του οργάνου V org : μέγιστη τάση οργάνου R cont : αντίσταση επαφής ανάμεσα στα ηλεκτρόδια και το έδαφος G : γεωμετρικός παράγοντας ct : σταθερά (ενδεικτικά της περιοχής μέτρησης) Κατά τη δημιουργία του πρωτόκολλου, προκύπτουν διάφοροι συνδυασμοί μεταξύ των ηλεκτροδίων. Κάθε συνδυασμός τετράδας ηλεκτροδίων έχει το δικό του γεωμετρικό παράγοντα (Κ). Ο γεωμετρικός παράγοντας εξαρτάται από τη θέση των ηλεκτροδίων στο χώρο και υπολογίζεται για κάθε μέτρηση από τη σχέση: 43

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Εάν η V meas V a (όπου V α είναι η ακρίβεια του οργάνου στον υπολογισμό της τάσης, π.χ. 0,0001 Volt) τότε απορρίπτεται η μέτρηση. Έτσι, καθώς απορρίπτονται κάποιες μετρήσεις, μειώνεται ο χρόνος λήψης των δεδομένων, κάτι που λαμβάνεται σοβαρά υπόψη στις μετρήσεις υπαίθρου. Στον Πίνακας παρουσιάζονται ενδεικτικά ο αριθμός μετρήσεων από πρωτόκολλα, αφού πρώτα εφαρμοσθεί το φίλτρο. Συγκεκριμένα, στο πρωτόκολλο ΑΒ-ΜΝ έχουν αφαιρεθεί αρκετές τιμές και αυτό οφείλεται στη γεωμετρία της συγκεκριμένης διάταξης, δηλαδή στη τιμή του γεωμετρικού παράγοντα Κ. Αυτό γίνεται γιατί είναι τόσο μεγάλη η τιμή του γεωμετρικού παράγοντα σε κάποιες μετρήσεις, που λόγω της ευαισθησίας του οργάνου δεν έχει νόημα να γίνουν οι μετρήσεις, οπότε δεν εισάγονται εξαρχής στο πρωτόκολλο. Πρωτόκολλο Μετρήσεις 1 ΑΒ-ΜΝ ΑΜ-ΒΝ ΑΜ-ΝΒ ΑΜ-Β ΑΜ-Ν ΜΑ-Β ΜΑ-Ν 2222 Πίνακας Παραδείγματα μετρήσεων από διάφορα πρωτόκολλα με την εφαρμογή φίλτρου Έχουν γίνει διάφοροι συνδυασμοί μεταξύ των ηλεκτροδίων. Ηλεκτρόδια του ρεύματος τοποθετημένα στη μία γεώτρηση και ηλεκτρόδια δυναμικού στην άλλη, ένα ηλεκτρόδιο ρεύματος και ένα δυναμικού στη μία και τα υπόλοιπα ηλεκτρόδια στην άλλη. 44

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Πρόγραμμα b2b-prot, για τη δημιουργία πρωτοκόλλων για διασκοπήσεις με ηλεκτρόδια σε γεωτρήσεις. Επιλέγεται η διάταξη, ο αριθμός των ηλεκτροδίων σε κάθε γεώτρηση και έπειτα ζητείται να δοθεί εκτιμώμενη τιμή αντίστασης της περιοχής και η μέγιστη αντίσταση επαφής των ηλεκτροδίων με το έδαφος Τα πρωτόκολλα που δημιουργήθηκαν είναι τα παρακάτω: 1. b2b_ab-mn.txt 2. b2b_am-bn.txt 3. b2b_am-nb.txt στα οποία χρησιμοποιούνται 4 ηλεκτρόδια και τα πρωτόκολλα: 4. b2b_am_b.txt 5. b2b_am_n.txt 6. b2b_ma_b.txt 7. b2b_ma_n.txt όπου χρησιμοποιήθηκαν 3 ηλεκτρόδια (σε αυτή τη περίπτωση, το 4 ο ηλεκτρόδιο βρίσκεται θεωρητικά σε άπειρη και πρακτικά σε πολλή μεγάλη απόσταση από τα υπόλοιπα). 45

46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Το λογισμικό (Σχήμα 3.1-2) μας ζητάει να επιλέξουμε τη διάταξη την οποία θέλουμε να εφαρμόσουμε και να ορίσουμε τον αριθμό των ηλεκτροδίων που βρίσκονται σε κάθε μία γεώτρηση. Έπειτα πρέπει να καθορίσουμε την ελάχιστη αναμενόμενη φαινόμενη ηλεκτρική αντίσταση της υπό εξέταση περιοχής (ρ α, min site resistivity ) και την αναμενόμενη αντίσταση επαφής μεταξύ του εδάφους και των ηλεκτροδίων (R cont, max electrode contact resistivity ). Οι τιμές αυτές αναφέρονται σε συγκεκριμένες μετρήσεις και είναι ενδεικτικές και σε συνδυασμό με τις διάφορες τιμές του γεωμετρικού παράγοντα Κ, χρησιμοποιούνται, για να καθορισθεί το κατώφλι, ώστε να αποκλεισθούνε εξαρχής κάποιες μετρήσεις, οι οποίες στις παρούσες συνθήκες και βάσει του οργάνου μέτρησης είναι δύσκολο να μετρηθούν με ακρίβεια. Έχοντας ορίσει τις παραπάνω παραμέτρους, το λογισμικό διαβάζει ένα αρχείο κειμένου ( index.txt ) (Σχήμα 3.1-3), όπου καθορίζονται οι ακριβείς συντεταγμένες των ηλεκτροδίων μέσα στις γεωτρήσεις. Στη πρώτη στήλη αναγράφεται ο κωδικός (ID) του κάθε ηλεκτροδίου, όπου το πρώτο ηλεκτρόδιο της πρώτης γεώτρησης και το τελευταίο της δεύτερης βρίσκονται στα βαθύτερα σημεία των δύο γεωτρήσεων. Σχήμα Αρχείο κειμένου για τον καθορισμό της θέσης των ηλεκτροδίων στο χώρο 46

47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Στις επόμενες στήλες προσδιορίζεται η θέση των ηλεκτροδίων (σε μέτρα) με συντεταγμένες κατά x,y και z. Όπου x είναι η απόσταση των γεωτρήσεων, y είναι πάντα μηδέν, γιατί οι δύο γεωτρήσεις βρίσκονται πάνω στην ίδια νοητή ευθεία που ενώνει τις γεωτρήσεις και όπου z είναι το βάθος των ηλεκτροδίων από την επιφάνεια του εδάφους. Το πρωτόκολλο που προκύπτει (Σχήμα 3.1-4, π.χ. b2b_aμ_nβ.txt ), το εισάγουμε με φορητό ηλεκτρονικό υπολογιστή στο κυρίως όργανο ηλεκτρικών τομογραφιών της IRIS INSTRUMENTS, το Syscal Pro (Εικόνα 3.1-1). Στο πρωτόκολλο αυτό αρχικά καθορίζεται η θέση των ηλεκτροδίων των γεωτρήσεων στο χώρο. Στις επόμενες γραμμές η πρώτη στήλη υποδηλώνει τον αριθμό της μέτρησης και οι επόμενες καθορίζουν την ακριβή θέση των ηλεκτροδίων που χρησιμοποιούνται για τη κάθε μέτρηση (η θέση τους έχει ήδη καθορισθεί από το αρχείο index.txt, οπότε χρειάζεται μόνο ο κωδικός του ηλεκτροδίου). Εικόνα Όργανο ηλεκτρικών τομογραφιών Syscal Pro της Iris Instruments. 47

48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Τμήμα αρχείου από τα πρωτόκολλα b2b_am-nb και P0P13_dd, αντίστοιχα Στην ύπαιθρο, αφού καθοριστούν κάποιοι επιπλέον παράμετροι στο ίδιο το όργανο των ηλεκτρικών τομογραφιών (π.χ επιτρεπτή απόκλιση στο σφάλμα, επιλογή πρωτοκόλλου κ.ά.), πραγματοποιείται η λήψη των μετρήσεων. Ο χρόνος κάθε μέτρησης εξαρτάται κατά βάση από τις δυνατότητες του οργάνου (κυρίως από των αριθμό των καναλιών που μπορεί να χρησιμοποιήσει ταυτόχρονα το όργανο) και από το πρωτόκολλο που έχει επιλεχθεί. Γενικά, ο χρόνος για μετρήσεις μεταξύ 2 γεωτρήσεων κυμαίνεται από 15 έως 60 λεπτά, ο οποίος είναι σαφώς πολύ μεγαλύτερος από αντίστοιχες μετρήσεις με ηλεκτρόδια μόνο στην επιφάνεια του εδάφους. 48

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΕ ΣΥΝΘΕΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Για τη δημιουργία συνθετικών δεδομένων, έχουν ληφθεί υπόψη οι τιμές ηλεκτρικών αντιστάσεων των διαφόρων στρωμάτων του εδάφους. Χωρίστηκε ο χώρος σε επί μέρους κελιά, στο καθένα από τα οποία καθορίστηκε μία συγκεκριμένη τιμή ηλεκτρικής αντίστασης. Η επιλογή των τιμών ηλεκτρικής αντίστασης προέκυψε από δείγματα που ελήφθησαν in situ κατά τη διάρκεια των γεωτρήσεων. Χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα παραγωγής συνθετικών δεδομένων που βασίστηκε στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Για να προκύψουν τα συνθετικά δεδομένα, πρέπει αρχικά να καθορισθεί η θέση όλων των ηλεκτροδίων στο υπέδαφος από το αρχείο apot.d (Σχήμα 3.1-5). Πρόκειται για ένα αρχείο κειμένου στο οποίο αναγράφονται οι συντεταγμένες των ηλεκτροδίων Α, Β, Μ, Ν, (x,z), καθορίζοντας έτσι την μεταξύ τους απόσταση αλλά και την απόσταση των γεωτρήσεων. Το αρχείο αυτό καθορίζει τη διάταξη που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό των ηλεκτρικών αντιστάσεων. Σχήμα Τμήμα του αρχείου apot.d για τον καθορισμό της θέσης των ηλεκτροδίων στο υπέδαφος 49

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Η τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης για κάθε ένα τμήμα του υπεδάφους καθορίζεται από το αρχείο modout.txt (Σχήμα 3.1-6). Σε αυτό το αρχείο έχει διακριτοποιηθεί ο χώρος σε τετράγωνα, στο καθένα από τα οποία ορίζουμε εμείς την τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης. Η δημιουργία γενικότερα των θεωρητικών μοντέλων πρέπει να γίνεται έχοντας υπόψη ότι οι δομές πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο απλές. Γι αυτό και θεωρήθηκε ότι έχουμε μόνο κατακόρυφες μεταβολές της ηλεκτρικής αντίστασης. Μοντέλο 1 Για το μοντέλο Model01 παρατίθενται στο Πίνακας οι τιμές των αντιστάσεων που χρησιμοποιήθηκαν. Στο επιφανειακό στρώμα χρησιμοποιήθηκε μεγάλη τιμή αντίστασης, για να ληφθεί υπόψη η αντίσταση επαφής. Έπειτα, σε ένα στρώμα αντίστασης 7 Ohm-m παρεμβάλλεται ένα λεπτό στρώμα μεγαλύτερης αντίστασης 26 Ohm-m. Σε μεγαλύτερο βάθος και σε στρώμα αντίστασης 20 Ohm-m παρεμβάλλεται στρώμα μικρότερης αντίστασης 8 Ohm-m. Σε μεγαλύτερο βάθος μειώνεται η αντίσταση σε 2 Ohm-m. Model 1 m Model 2 m Πίνακας Τιμές Ηλεκτρικής Αντίστασης για τα διάφορα κελιά του Μοντέλου 1 Πίνακας Τιμές Ηλεκτρικής Αντίστασης για τα διάφορα κελιά του Μοντέλου 2 50

51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Αρχείο modout01.txt, όπου ορίζονται οι τιμές της ηλεκτρικής αντίστασης σε κάθε κελί του μοντέλου Αφού τρέξουμε το ευθύ πρόβλημα, προκύπτει ένα αρχείο κειμένου ( forward.txt ), στο οποίο αναγράφονται οι συντεταγμένες των ηλεκτροδίων και οι θεωρητικές τιμές αντίστασης για κάθε μέτρηση (Σχήμα 3.1-7). 51

52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Αρχείο forward.txt, στο οποίο αναγράφονται οι συντεταγμένες των ηλεκτροδίων και οι θεωρητικές τιμές της ηλεκτρικής αντίστασης που προκύπτουν για κάθε μέτρηση Προσθέτουμε κάποιες απαραίτητες εισαγωγικές πληροφορίες σε αυτό το αρχείο και το εισάγουμε σε ένα πρόγραμμα αντιστροφής, για να πάρουμε τις αντίστοιχες εικόνες αντιστροφής. Στο Σχήμα βλέπουμε εικόνες αντιστροφής από πραγματικά δεδομένα και από ένα θεωρητικό μοντέλο (Model1). Είναι εμφανής η ομοιότητα των τιμών των ηλεκτρικών αντιστάσεων μεταξύ των δύο εικόνων. 52

53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Αποτελέσματα ηλεκτρικών τομογραφιών από συνθετικά δεδομένα. Στο Model 1 χωρίστηκε ο χώρος σε 8 οριζόντια στρώματα στα οποία δόθηκαν τιμές ηλεκτρικής αντίστασης από δεδομένα που έχουμε από την περιοχή Μοντέλο 2 Στο δεύτερο μοντέλο τοποθετήθηκαν μέσα σε ομογενές υλικό (αντίστασης 30 Ohmm) δύο σώματα διαφορετικής αντίστασης από το περιβάλλον τους ( Πίνακας ). Το πρώτο σώμα βρίσκεται σε βάθος από 33 έως 39 μέτρα και παρουσιάζει ηλεκτρική αντίσταση 300 Ohm-m. Το δεύτερο σώμα βρίσκεται σε μεγαλύτερο βάθος (από 57 έως 69 μέτρα) και παρουσιάζει μικρότερη τιμή ηλεκτρικής αντίστασης από το περιβάλλον του (5 Ohm-m). Στο Σχήμα 3.1-9, βλέπουμε ότι το σώμα με τη μεγαλύτερη τιμή αντίστασης από το περιβάλλον έχει πιο θερμά χρώματα (κόκκινο, πορτοκαλί), ενώ το σώμα με τη μικρότερη τιμή αντίστασης έχει πιο ψυχρά χρώματα (μπλε,γαλάζιο). 53

54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Αριστερά απεικονίζεται το Μοντέλο2 και δεξιά οι τιμές ηλεκτρικής αντίστασης από αυτό. Πρέπει να επισημανθεί ότι οι χρωματικές κλίμακες μεταξύ των δύο αποτελεσμάτων είναι διαφορετικές μεταξύ τους 54

55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ 3.2 ΑΡΧΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στη διάρκεια της παρούσας εργασίας προέκυψε η ανάγκη να δημιουργηθεί ένα πρόγραμμα για περαιτέρω επεξεργασία των δεδομένων υπαίθρου. Με τη χρήση αυτού του κώδικα γίνεται καλύτερη ταξινόμηση των δεδομένων και γραφική απεικόνιση του αποτελέσματος. Με αυτόν τον τρόπο είναι πιο ευδιάκριτη η περιοχή του σφάλματος (peak στο γράφημα), όπου μας δίνεται η δυνατότητα να το διορθώσουμε. Το πρόγραμμα έγινε με τη χρήση της γλώσσας Matlab V6.5 που έχει εύχρηστο περιβάλλον εργασίας, στο οποίο μπορεί κανείς να διαβάσει τα αρχεία που θέλει να επεξεργασθεί, να συγκρίνει τα δεδομένα, να φιλτράρει, να ταξινομήσει και τέλος να τα προβάλει σε γραφήματα. Ιδιαίτερα, στην απεικόνιση των αποτελεσμάτων υπάρχουν πολλαπλές επιλογές, όπως η περιστροφή του γραφήματος στο τρισδιάστατο χώρο. Γιατί έγινε ο κώδικας Στην ερμηνεία των δεδομένων προέκυψε πρόβλημα στη σύγκριση των αριθμητικών τιμών ηλεκτρικής αντίστασης από διαφορετικές ημέρες. Συγκεκριμένα, κάθε φορά που αλλάζει μία παράμετρος του πρωτοκόλλου, προκύπτει και διαφορετικός αριθμός μετρήσεων (π.χ. 816, 2018). Επομένως, δεν είναι εφικτό να συγκριθούν άμεσα τα αποτελέσματα μεταξύ αρχείων που περιέχουν διαφορετικό αριθμό μετρήσεων. Για να γίνει η σύγκριση, πρέπει τα δεδομένα να έχουν προκύψει από το ίδιο πρωτόκολλο, ώστε να έχουμε τον ίδιο αριθμό μετρήσεων. Με τον κώδικα, αυτό το πρόβλημα δεν υφίσταται πλέον. Με το πρόγραμμα Data Analysis γίνεται αντιστοίχηση των δεδομένων που προκύπτουν από το συνδυασμό των ηλεκτροδίων. Ουσιαστικά, «συγκρατούνται» μόνον οι τιμές ηλεκτρικής αντίστασης που αντιστοιχούν στη μέτρηση, η οποία προέκυψε από κοινό συνδυασμό ηλεκτροδίων. Επομένως, είναι εφικτή η σύγκριση δεδομένων από διαφορετικά πρωτόκολλα. 55

56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Αλγόριθμος Το πρόγραμμα έχει γίνει έτσι, ώστε να λειτουργεί σε παραθυρικό περιβάλλον. Με αυτόν τον τρόπο ο χρήστης δε χρειάζεται να πληκτρολογεί εντολές, απλά και μόνο να επιλέγει τη κατάλληλη εντολή από το παράθυρο. Αρχικά, το πρόγραμμα με την εντολή Read Data (Σχήμα 3.2-1) διαβάζει το σύνολο των αρχείων που περιέχουν τα δεδομένα. Τα ονόματα των αρχείων αυτών ορίζονται από ένα αρχείο κειμένου (π.χ. files.txt ) (Σχήμα 3.2-2). Σχήμα Βασικό Menu από το πρόγραμμα Data Analysis Τα αρχεία (Σχήμα 3.2-3, π.χ. Ρ0Ρ1_Τ03_data.txt, όπου P0P1 είναι ο συνδυασμός των γεωτρήσεων P0 με Ρ1 και T02 είναι ο κωδικός της μέρας που ελήφθησαν οι μετρήσεις) προκύπτουν από τα πρωτογενή δεδομένα, που παίρνουμε από την ύπαιθρο με το πρόγραμμα Prosys II. Κάθε αρχείο περιέχει στήλες με τις συντεταγμένες των ηλεκτροδίων και τις αντίστοιχες τιμές των ηλεκτρικών αντιστάσεων. Οι γραμμές του αρχείου καθορίζονται από το σύνολο των μετρήσεων. Στις στήλες ορίζονται οι συντεταγμένες x για την απόσταση των γεωτρήσεων και z για το βάθος των ηλεκτροδίων στη γεώτρηση (δε χρησιμοποιείται το y, γιατί οι γεωτρήσεις βρίσκονται στην ίδια νοητή ευθεία). Οι 56

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ συντεταγμένες αυτές για να ταυτιστούν χρειάζονται κοινές γραμμές μεταξύ των αρχείων. Σχήμα Αρχείο files.txt, όπου αναγράφονται τα αρχεία που θα διαβαστούν από το πρόγραμμα Data Analysis Σχήμα Τμήμα αρχείου κειμένου με τα δεδομένα προς σύγκριση. Οι 4 πρώτες και 4 τελευταίες στήλες περιέχουν τις συντεταγμένες των ηλεκτροδίων ρεύματος και δυναμικού (Α, Β, Μ, Ν) 57

58 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Αφού διαβαστούν τα δεδομένα, συγκρίνονται όλες οι γραμμές μία προς μία μεταξύ των αρχείων και ταυτίζονται οι γραμμές εκείνες που προκύπτουν από το συνδυασμό κοινών ηλεκτροδίων (πρέπει δηλαδή τα ηλεκτρόδια Α, Β, Μ, Ν μίας γραμμής ενός αρχείου να βρίσκονται στην ίδια θέση ταυτόχρονα στο χώρο με τα ηλεκτρόδια Α, Β, Μ, Ν μίας γραμμής ενός άλλου αρχείου). Αφού κρατηθούν οι κοινές γραμμές, απορρίπτονται οι υπόλοιπες και δημιουργείται έτσι ένας νέος πίνακας δεδομένων. Σε αυτόν τον πίνακα, εφαρμόζονται κάποια φίλτρα, ώστε να απορριφθούν οι εσφαλμένες τιμές. Το φίλτρο που χρησιμοποιείται είναι το median, στο οποίο γίνεται μία αύξουσα ταξινόμηση των τιμών και έπειτα επιλέγεται η μεσαία τιμή αυτών. Κρίθηκε το καλύτερο δυνατό φίλτρο για τα δεδομένα αυτού του τύπου. Επιπλέον φίλτρα είναι δυνατόν να προστεθούν στο πρόγραμμα στο μέλλον με κάποιες τροποποιήσεις του κώδικα. Βασικό πλεονέκτημα αυτού του λογισμικού προγράμματος είναι η γραφική απεικόνιση των αποτελεσμάτων (Σχήμα 3.2-4, Σχήμα 3.2-5, Σχήμα και Σχήμα ). Τα γραφήματα αυτά έχουμε τη δυνατότητα να τα περιστρέψουμε στο χώρο, ανάλογα με την πληροφορία που θέλουμε να πάρουμε. Στο Σχήμα έχουμε τα αποτελέσματα από σύγκριση πραγματικών δεδομένων μεταξύ των δύο γεωτρήσεων. Έχει επιλεγεί ένας αριθμός αρχείων, όπου το κάθε αρχείο περιέχει τον δικό του αριθμό μετρήσεων. Το πρόγραμμα αφού διαβάσει όλα τα δεδομένα από τα αρχεία που του υποδείχθηκαν (από το αρχείο files.txt ) συγκρίνει όλες τις γραμμές μεταξύ των αρχείων και καταλήγει σε ένα νέο αρχείο με γραμμές τις κοινές γραμμές των υπό ανάλυση αρχείων. Στον άξονα x (files) παρουσιάζεται ο συνολικός αριθμός των υπό ανάλυση αρχείων, στον άξονα y (data) είναι ο αριθμός των «κοινών» γραμμών των αρχείων και στον άξονα z (rho) η τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης Στο Σχήμα παρατηρείται μία ομοιομορφία στα πρώτα και στα τελευταία αρχεία. Αυτό δείχνει ότι δεν είχαμε κάποια αξιόλογη μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης στο υπέδαφος τις συγκεκριμένες μέρες που πήραμε τα δεδομένα. Έντονη μεταβολή (peak) παρουσιάζεται στα ενδιάμεσα αρχεία. Αυτή η μεταβολή εξηγείται από μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης στην περιοχή. Πολύ έντονες μεταβολές (υψηλά 58

59 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ peak), οφείλονται σε εσφαλμένες μετρήσεις. Στο παράδειγμά μας υπάρχουν δύο τιμές ηλεκτρικής αντίστασης που «ξεφεύγουν» από τις υπόλοιπες. Πρόκειται σίγουρα για εξωπραγματικές τιμές και πρέπει να αφαιρεθούν, για να μην επηρεάσουν τα συμπεράσματά μας για την περιοχή. Σχήμα Γραφική απεικόνιση 816 «κοινών» δεδομένων από 12 αρχεία (όπου αρχικά το καθένα περιείχε διαφορετικό αριθμό μετρήσεων) σε συνάρτηση με την αντίσταση. Το σφάλμα μέτρησης είναι εμφανές στο γράφημα από το μεγάλο peak που εμφανίζεται Για να «καθαριστούν» τα δεδομένα μας από το σφάλμα, εισαγάγαμε ένα φίλτρο με τιμή αποκοπής 10% (υπάρχει η δυνατότητα να αλλάξει η τιμή κατά βούληση) και προβάλαμε τα αποτελέσματα (Σχήμα 3.2-5). Από τον κατακόρυφο άξονα είναι εμφανές ότι έχει μειωθεί πλέον η μέγιστη τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης (ενώ το μέγιστο ήταν στην τιμή 100 έγινε 20). 59

60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Γραφική απεικόνιση 816 «κοινών» δεδομένων από 12 ανισομεγέθη αρχεία, τα οποία έχουν φιλτραριστεί 10% Για λόγους απεικόνισης και μόνο στο Σχήμα 3.2-6, έγινε ταξινόμηση των δεδομένων με αύξουσα σειρά, ώστε να εντοπισθούν πιο εύκολα οι «προβληματικές» τιμές των δεδομένων. Όπως επίσης και στο Σχήμα 3.2-7, ταξινομήθηκαν τα δεδομένα που προέκυψαν, αφού όμως πρώτα φιλτραρίστηκαν. 60

61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Δεδομένα 12 αρχείων με 816 κοινές γραμμές, τα οποία έχουν ταξινομηθεί με αύξουσα σειρά για εποπτικούς λόγους. Με αυτή την ταξινόμηση είναι πιο εύκολος ο εντοπισμός του σφάλματος στα δεδομένα Σχήμα Ταξινόμηση 816 φιλτραρισμένων δεδομένων από 12 ανισομεγέθη αρχεία 61

62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Αφού εντοπισθεί το αρχείο, στο οποίο περιέχονται οι ακραίες τιμές, και αφαιρεθούν με τα φίλτρα που έχουν εφαρμοσθεί, μπορούμε να εισάγουμε ξανά τα δεδομένα σε κάποιο πρόγραμμα αντιστροφής και μετά την αντιστροφή να έχουμε νέες εικόνες ηλεκτρικής τομογραφίας έχοντας πλέον αποκλείσει τις προβληματικές τιμές. Έτσι, είναι πιο μικρό το εύρος των τιμών και πιο ευανάγνωστα και εύκολα στην ανάλυση τα αποτελέσματα. Στο Σχήμα παρουσιάζονται οι τιμές δεδομένων υπαίθρου, στην οποία υπάρχουν κάποιες τιμές υπερβολικά μεγάλες, που αλλοιώνουν το τελικό αποτέλεσμα. Αυτές οι τιμές (ρ α =96.27 και Ohm-m), συγκρινόμενες με τις υπόλοιπες, είναι φανερό ότι είναι εσφαλμένες, συμπέρασμα το οποίο προκύπτει και από την γεωλογία της συγκεκριμένης περιοχής, αφού γνωρίζοντας τις ηλεκτρικές ιδιότητες των στρωμάτων της περιοχής δεν αναμένονται τόσο μεγάλες τιμές στα αντίστοιχα βάθη. Στο Σχήμα έχει εφαρμοσθεί το φίλτρο και έχουν απορριφθεί οι εξωπραγματικές τιμές. Έτσι, έχει αλλάξει πλέον το εύρος της κλίμακας των αντιστάσεων. Η μέγιστη πλέον τιμή αντίστασης (ρ α =21.39 Ohm-m) είναι αναμενόμενη, αν λάβουμε υπόψη τη γεωλογία της συγκεκριμένης περιοχής. 62

63 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Unfiltered Data of T15 120,00 100,00 80,00 rho (Ohm-m) 60,00 40,00 20,00 0, ,00 data Σχήμα Απεικόνιση πρωτογενών δεδομένων από την ημέρα με κωδικό Τ15. Υπάρχει μία μέγιστη τιμή rho=96,27 Ohm-m, η οποία είναι εξωπραγματική σε σύγκριση με τις υπόλοιπες τιμές. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να αλλοιώνονται τα τελικά αποτελέσματα Filtered Data of T rho (Ohm-m) data Σχήμα Απεικόνιση φιλτραρισμένων δεδομένων από την ημέρα με κωδικό Τ15. Έχουν πλέον αφαιρεθεί οι εξωπραγματικές τιμές 63

64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Στο Σχήμα απεικονίζονται δεδομένα από τη Σίνδο από την ημέρα Τ02, η οποία και θεωρείται ημέρα αναφοράς για σύγκριση με τις υπόλοιπες μέρες, επειδή προέκυψαν τιμές χωρίς πρόβλημα. Αυτό φαίνεται, γιατί με την εφαρμογή του φίλτρου δεν είχαμε ουσιαστική διαφορά στην εικόνα ηλεκτρικής τομογραφίας. Στο ίδιο σχήμα απεικονίζεται και ο λόγος των τιμών των ηλεκτρικών αντιστάσεων μετά την εφαρμογή του φίλτρου προς τις τιμές των ηλεκτρικών αντιστάσεων από αφιλτράριστα δεδομένα. Στο Σχήμα παρουσιάζονται τα δεδομένα από την Τ03 μέρα. Στα πρώτα σχήματα απεικονίζονται οι τιμές των ηλεκτρικών αντιστάσεων σε πρωτογενή και φιλτραρισμένα δεδομένα. Η ομοιότητα των δύο αυτών σχημάτων υποδηλώνει ότι δεν υπήρξαν ουσιαστικές μεταβολές με την εφαρμογή του φίλτρου, αφού υπήρχαν εξωπραγματικές τιμές. Στις τελευταίες εικόνες παρουσιάζεται ο λόγος των τιμών των πρωτογενών δεδομένων της ημέρας Τ03 προς Τ02. Οι κόκκινες περιοχές φανερώνουν αύξηση της ηλεκτρικής αντίστασης και οι γαλάζιες μείωση. Ομοίως και για τα φιλτραρισμένα δεδομένα. Μάλιστα σε αυτή την περίπτωση φαίνεται η μεγάλη ομοιότητα των τιμών Τ03 και Τ02, αφού οι μεγαλύτερες περιοχές είναι λευκές, που σημαίνει αμετάβλητες τιμές. Επομένως το φίλτρο λειτουργεί ικανοποιητικά. Από το Σχήμα έως το Σχήμα παρουσιάζονται οι εικόνες ηλεκτρικών τομογραφιών αρχικά στα πρωτογενή και έπειτα στα φιλτραρισμένα δεδομένα για τις υπόλοιπες μέρες. Στη συνέχεια, απεικονίζεται ο λόγος των δεδομένων ως προς την ημέρα Τ02 τόσο στα πρωτογενή όσο και στα φιλτραρισμένα δεδομένα. 64

65 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες των δεδομένων της ημέρας Τ02, πριν και μετά την εφαρμογή φίλτρου. Από την χρωματική κλίμακα είναι φανερό ότι δεν υπάρχουν ακραίες τιμές. Στο τελευταίο σχήμα απεικονίζεται ο λόγος των τιμών της ηλεκτρικής αντίστασης πριν και μετά την εφαρμογή του φίλτρου 65

66 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες των δεδομένων της ημέρας Τ03, πριν και μετά την εφαρμογή φίλτρου. Από την χρωματική κλίμακα είναι φανερό ότι δεν υπάρχουν ακραίες τιμές. Στα τελευταία σχήματα απεικονίζεται ο λόγος των τιμών της ηλεκτρικής αντίστασης ως προς την ημέρα Τ02 μεταξύ πρωτογενών και φιλτραρισμένων δεδομένων 66

67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες των δεδομένων της ημέρας Τ04, πριν και μετά την εφαρμογή φίλτρου. Από την χρωματική κλίμακα είναι φανερό ότι δεν υπάρχουν ακραίες τιμές. Στα τελευταία σχήματα απεικονίζεται ο λόγος των τιμών της ηλεκτρικής αντίστασης ως προς την ημέρα Τ02 μεταξύ πρωτογενών και φιλτραρισμένων δεδομένων 67

68 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες των δεδομένων της ημέρας Τ07, πριν και μετά την εφαρμογή φίλτρου. Από την χρωματική κλίμακα είναι φανερό ότι δεν υπάρχουν ακραίες τιμές. Στα τελευταία σχήματα απεικονίζεται ο λόγος των τιμών της ηλεκτρικής αντίστασης ως προς την ημέρα Τ02 μεταξύ πρωτογενών και φιλτραρισμένων δεδομένων 68

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες των δεδομένων της ημέρας Τ12, πριν και μετά την εφαρμογή φίλτρου. Σε αυτή τη μέρα υπήρξαν πολλές τιμές έξω από τα όρια αντιστάσεων που αναμέναμε για τη συγκεκριμένη περιοχή. Στα τελευταία σχήματα απεικονίζεται ο λόγος των τιμών της ηλεκτρικής αντίστασης ως προς την ημέρα Τ02 μεταξύ πρωτογενών και φιλτραρισμένων δεδομένων. Στον λόγο ως προς την ημέρα Τ02, υπάρχουν περιοχές με πολλή μεγάλη τιμή των ηλεκτρικών αντιστάσεων. η εφαρμογή του φίλτρου είναι ουσιαστική και αναγκαία για το ξεκαθάρισμα των εξωπραγματικών τιμών 69

70 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες των δεδομένων της ημέρας Τ15, πριν και μετά την εφαρμογή φίλτρου. Στα μέτρα βάθος από την επιφάνεια του εδάφους, παρουσιάζεται μία περιοχή με πολύ υψηλές τιμές αντίστασης. Με την εφαρμογή του φίλτρου αυτές οι τιμές απορρίπτονται. Στα τελευταία σχήματα απεικονίζεται ο λόγος των τιμών της ηλεκτρικής αντίστασης ως προς την ημέρα Τ02 μεταξύ πρωτογενών και φιλτραρισμένων δεδομένων 70

71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΑΧΡΟΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες των δεδομένων της ημέρας Τ20, πριν και μετά την εφαρμογή φίλτρου. Κοντά στην επιφάνεια του εδάφους και μετά τα 90 μέτρα, υπάρχει αδικαιολόγητη αύξηση των τιμών της ηλεκτρικής αντίστασης. Στα τελευταία σχήματα απεικονίζεται ο λόγος των τιμών της ηλεκτρικής αντίστασης ως προς την ημέρα Τ02 μεταξύ πρωτογενών και φιλτραρισμένων δεδομένων 71

72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ο ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ 4.1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στο παρόν κεφάλαιο περιγράφεται η εφαρμογή της μεθόδου σε δύο διαφορετικές περιοχές της Θεσσαλονίκης. Εφαρμόσθηκε αρχικά στην περιοχή της Σίνδου (κοντά στον Γαλλικό ποταμό) και έπειτα στο Χάμζα Μπέη ή Αλκαζάρ (στο κέντρο της πόλης της Θεσσαλονίκης). Και στις δύο περιοχές περιγράφεται η εγκατάσταση των γεωτρήσεων, οι προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούνται για τη σωστή εφαρμογή της μεθόδου, η συνδεσμολογία, ο εξοπλισμός που απαιτείται για τη λήψη δεδομένων, τα προγράμματα που χρειάζονται για την επεξεργασία των δεδομένων, ενώ τη μεγαλύτερη έκταση του κεφαλαίου καταλαμβάνουν τα τελικά αποτελέσματα. Όσον αφορά την επεξεργασία των δεδομένων, περιγράφονται αναλυτικά τα αποτελέσματα τόσο των πρωτογενών δεδομένων όσο και των φιλτραρισμένων. Τα δεδομένα έχουν φιλτραριστεί τόσο από τα αρχικά προγράμματα λήψης αυτών ( Prosys II ) όσο και από το πρόγραμμα Data Analysis, το οποίο κατασκευάστηκε αποκλειστικά για τη διόρθωση των δεδομένων που προκύπτουν από τη μέθοδο αυτή. Τέλος, σχολιάζεται συμπερασματικά η μέθοδος όσον αφορά την ευκολία χρήσης και αποτελεσματικότητά της.

73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ 4.2 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΕΘΟΔΟΥ ΣΤΗ ΣΙΝΔΟ Περιοχή Μελέτης Η μέθοδος ηλεκτρικής τομογραφίας με ηλεκτρόδια μέσα σε γεωτρήσεις εφαρμόσθηκε στην περιοχή της Σίνδου (Εικόνα 4.2-1). Η κατασκευή των εγκαταστάσεων περιλάμβανε μία κύρια γεώτρηση βάθους 100 μέτρων (Ρ0, Εικόνα 4.2-2), όπου πραγματοποιείται εισπίεση 13 m 3 /hour ανακυκλωμένου νερού και 4 γεωτρήσεις των 100 μέτρων γύρω από την κεντρική (Ρ1-Ρ4, Εικόνα 4.2-2) για την παρακολούθηση της διαδικασίας εισπίεσης. Συγχρόνως, τοποθετήθηκαν μόνιμοι σταθμοί ελέγχου (monitor) μέσα σε τρεις γεωτρήσεις για τον έλεγχο της στάθμης του νερού, την αγωγιμότητα και το ph πριν και κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εισπίεσης. Η συνολική προσπάθεια αυτής της διαδικασίας εισπίεσης είναι να βελτιωθεί η ποιότητα του υποβαθμισμένου ποιοτικά υδροφόρου και να αναβαθμιστεί η ποιότητα του νερού. Το έργο περιλαμβάνει την εισπίεση νερού που προέρχεται από τα βιομηχανικά απόβλητα της Θεσσαλονίκης, αφότου έχει υποστεί τρίτου βαθμού επεξεργασία, ώστε να καταλήξει σε καθορισμένα επιτρεπτά όρια (να γίνει δηλαδή πόσιμο νερό) πριν διοχετευτεί μέσα στο έδαφος Area of study Study Area Galikos River Thessaloniki Thermaikos Golf Εικόνα Χάρτες Περιοχής Ο παραδοσιακός έλεγχος του υπογείου νερού βασίζεται κυρίως στη δειγματοληψία από τη γεώτρηση. Ωστόσο, αυτός ο τρόπος γίνεται σπάνια και κυρίως μπορεί να μην είναι αντιπροσωπευτικό το δείγμα σε ετερογενείς υδροφόρους. Στην προσπάθεια να 74

74 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ αυξηθεί η δυνατότητα ελέγχου της περιοχής εισπίεσης, τοποθετούνται μόνιμοι in situ αισθητήρες και στις 5 γεωτρήσεις. Με την παρούσα εργασία εξηγείται η δειγματοληψία και ανάλυση των δεδομένων και παρουσιάζονται εικόνες ηλεκτρικής τομογραφίας, από τις οποίες αποδεικνύεται ξεκάθαρα η αποτελεσματικότητα και τα οφέλη της διαδικασίας. RIVER P2 P0 P1 P3 P4 Εικόνα Πανοραμική φωτογραφία από τη γεώτρηση εισπίεσης (Ρ0) και τις γεωτρήσεις ελέγχου (Ρ1, Ρ2, Ρ2, Ρ4 ) Η εφαρμογή των ηλεκτρικών τομογραφιών έχει ευρεία χρήση στον περιβαλλοντικό έλεγχο περιλαμβανομένου της ανάλυσης του υπογείου νερού, απεικόνιση και έλεγχο διείσδυσης αλατόνερου σε υδροφόρους. Έχει αποδειχτεί ότι η απεικόνιση του υπεδάφους σε διάρκεια χρόνου, έχοντας παράλληλα μόνιμα εγκατεστημένα ηλεκτρόδια μέσα στις γεωτρήσεις, παρέχει σε πολλές περιπτώσεις εικόνες μεγαλύτερης ογκομετρικής κλίμακας, σε σύγκριση με τις συνήθεις δειγματοληψίες από γεωτρήσεις και εργαστηριακές χημικές αναλύσεις. Έτσι, με αυτόν τον τρόπο αναγνωρίζεται και διακρίνεται πιο εύκολα ο μηχανισμός μεταφοράς μόλυνσης. Έχουν δημοσιευθεί διάφοροι αλγόριθμοι για αντιστροφή δεδομένων ηλεκτρικής τομογραφίας διαχρονικής μεταβολής (Loke 1999, LaBreque & Yang, 2001, Yi et al., 2003, Kim, 2005). 75

75 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Εγκατάσταση Γεωτρήσεων Για να πραγματοποιηθούν μετρήσεις με ηλεκτρόδια σε γεωτρήσεις ηλεκτρικής τομογραφίας, πρέπει να χρησιμοποιηθεί στις γεωτρήσεις υλικό PVC και όχι μεταλλικό περίβλημα. Επιπλέον, αποφεύγεται κάθε μεταλλικό περίβλημα που συνήθως χρησιμοποιείται σε υδρογεωτρήσεις. Δε χρειάζεται καμία άλλη ειδική τεχνική προδιαγραφή για την κατασκευή των γεωτρήσεων. Για την παρακολούθηση των γεωτρήσεων χρειάζεται η προκατασκευή ειδικών καλωδίων και ηλεκτροδίων, τα οποία τοποθετούνται στα τοιχώματα των γεωτρήσεων κατά την εγκατάστασή τους (Εικόνα 4.2-3). Εικόνα Εγκατάσταση καλωδίων ERT Δεδομένου ότι στην περίπτωσή μας οι γεωτρήσεις έχουν βάθος περίπου 100 μέτρα, επιλέχθηκε ως ιδανικότερο μεσοδιάστημα μεταξύ των ηλεκτροδίων τα 3 μέτρα. Αν και ένα πιο πυκνό μεσοδιάστημα θα μας έδινε μία πιο υψηλής ανάλυσης εικόνα, θεωρήθηκε μη πρακτικό δεδομένου του υψηλού κόστους κατασκευής και του εν γένει περιορισμού του οργάνου για 48 κανάλια. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα κάθε καλώδιο που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή την εργασία να έχει μήκος 110 μέτρα με 36 ηλεκτρόδια που απείχαν μεταξύ τους 3 μέτρα. 76

76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Το καλώδιο της γεώτρησης κατασκευάστηκε με 36 χάλκινους αγωγούς (εύκολα διαθέσιμους και χαμηλού κόστους) επικαλυμμένους με PVC των 0.5 mm, διαφόρων μηκών (5,8,11,,110m για το 1,2,3,,36 ο αγωγό αντίστοιχα). Καθώς τα στελέχη της γεώτρησης τοποθετούνταν μέσα στη γη κατά την κατασκευή της γεώτρησης, ταυτόχρονα τοποθετούνταν και το καλώδιο με κολλητική ταινία. Για να αυξηθεί η περιοχή επίδρασης του καλωδίου και κατά συνέπεια να μειωθεί η αντίσταση επαφής, σε κάθε ηλεκτρόδιο που τοποθετούνταν σε στέλεχος, προστίθονταν και αλλουμινοταινία (πάχους 5cm) με την οποία σχηματιζόταν ένα αγώγιμο «δαχτυλίδι» γύρω από το ηλεκτρόδιο (Εικόνα 4.2-3, δεξιά) Δεδομένα Σίνδου Αρχικές δοκιμαστικές μετρήσεις Τα ηλεκτρόδια τοποθετήθηκαν μόνιμα και χρησιμοποιήθηκαν για την απόκτηση δεδομένων μεταξύ γεωτρήσεων και μεταξύ γεώτρησης και εδάφους. Σε αυτό το αρχικό στάδιο, έγιναν εκτεταμένες μετρήσεις με τη χρήση απλών διατάξεων και διατάξεων μεταξύ γεωτρήσεων. Ο σκοπός είναι να αποτιμηθεί η ποιότητα των μετρήσεων και επιπλέον να συσχετιστούν εικόνες ηλεκτρικής τομογραφίας των γεωτρήσεων με τις αντίστοιχες λιθολογικές στήλες και τις διαγραφίες γεωτρήσεων, ώστε να ελεγχθούν οι ερμηνείες και να σχεδιαστούν μελλοντικές ηλεκτρικές τομογραφίες χρονικής μεταβολής. Προέκυψαν διάφορες μετρήσεις κατά τη διάρκεια διαφόρων δοκιμών. Οι εγγεγραμμένες αντιστάσεις επαφής για τα ηλεκτρόδια όλων των γεωτρήσεων είναι πολύ χαμηλές (0.2 KOhm) και μόνο το ένα ή τα δύο πρώτα ηλεκτρόδια, τα οποία είναι πάνω από την επιφάνεια του νερού (πάνω από το βάθος των 12m), παρουσιάζουν υψηλότερες αντιστάσεις επαφής (περίπου 10KOhm). Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να εισάγονται ρεύματα τυπικά μεγαλύτερα από 500mA και ως εκ τούτου να συλλέγονται μετρήσεις με πολύ καλή επαναληψημότητα (χαμηλό RMS σφάλμα). Τα δεδομένα αντιστράφηκαν με έναν αλγόριθμο εξομάλυνσης και τα τελικά σφάλματα RMS αντιστροφής ήταν κάτω του 5%, αφότου απορρίφθηκαν 2-3% δεδομένων ως εξωπραγματικές τιμές. 77

77 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Στο Σχήμα απεικονίζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από αντιστροφή δεδομένων διπόλου-διπόλου (470 δεδομένα) από τις γεωτρήσεις Ρ2 και Ρ3. Γενικά, οι χαμηλές αντιστάσεις που αντιστοιχούν κυρίως σε αργιλικούς σχηματισμούς, απεικονίζονται μέχρι το βάθος των 50m ακολουθούμενοι από σχηματισμούς υψηλότερων αντιστάσεων, ανταποκρινόμενες σε ανομοιογενές χαλίκι και άμμο. Η λιθολογική στήλη των γεωτρήσεων απεικονίζονται ως γεωτρήσεις, ώστε να γίνουν συγκρίσεις. Σχήμα Εικόνα αντιστροφής δεδομένων ERT απλής γεώτρησης για γεωτρήσεις Ρ2(αριστερά) και Ρ3(δεξιά) με την αντίστοιχη λιθολογική διαγραφία Τα τμήματα ηλεκτρικής τομογραφίας είναι σε πολύ καλή συσχέτιση με τις λιθολογικές διαγραφίες: χαμηλές αντιστάσεις ανταποκρίνονται στους περισσότερο αργιλώδεις σχηματισμούς ενώ ψηλές τιμές στις αντιστάσεις ανταποκρίνονται στα στρώματα από χαλίκια και άμμο. Οι εικόνες ηλεκτρικής τομογραφίας φαίνεται να είναι ευαίσθητες ακόμα και σε σχετικά τοπικές λιθολογικές αλλαγές και κυρίως παρέχουν εικόνα του σχηματισμού σε μία ακτίνα μεγαλύτερης απόστασης από 10m μακριά από τις γεωτρήσεις. Αυτή η πληροφορία χώρου δεν είναι εφικτό να ληφθεί από τη διαγραφία ή τη δειγματοληψία. 78

78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Στο Σχήμα απεικονίζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την αντιστροφή δεδομένων διπόλου-διπόλου μεταξύ των γεωτρήσεων Ρ0-Ρ1. Να σημειωθεί ότι σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιήθηκε απόσταση ηλεκτροδίων 6 μέτρα. Η εικόνα δείχνει ξεκάθαρα τη στρωματογραφία, όπου και απεικονίζονται οι κύριοι υδροφόροι. Τα αποτελέσματα σχετίζονται σε πολύ καλό βαθμό με τη διαγραφία αντίστασης, η οποία προέκυψε από τη γεώτρηση Ρ0 πριν αυτή κλείσει ( Σχήμα αριστερά). Σχήμα Εικόνα αντιστροφής μεταξύ γεωτρήσεων ηλεκτρικών τομογραφιών μεταξύ γεωτρήσεων Ρ0-Ρ2 (αριστερά) και η αντίστοιχη αντίσταση διαγραφίας για τη Ρ0 (αριστερά) 79

79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Συνδεσμολογία Η συνδεσμολογία μεταξύ των υπό εξέταση γεωτρήσεων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ενός 60μετρου καλωδίου με 24 κανάλια (Εικόνα 4.2-4). Η συνδεσμολογία κάθε φορά προσαρμόζονταν ανάλογα με τις προδιαγραφές του πρωτοκόλλου. Αρχικά έγινε χρήση 17 καναλιών από κάθε γεώτρηση (σύνολο 34). Αργότερα χρησιμοποιήθηκαν και τα 24 κανάλια από κάθε γεώτρηση (άρα σύνολο 48 κανάλια). Εξετάζοντας στα αποτελέσματα τις εικόνες αντιστροφής, απορρίφθηκε η χρήση και των 48 καναλιών λόγω του μεγάλου σφάλματος που εισαγόταν κάθε φορά στα αποτελέσματα των μετρήσεων (σφάλμα άνω του 10%). Έτσι, χρησιμοποιήθηκε ξανά η αρχική συνδεσμολογία των 17 καναλιών σε κάθε γεώτρηση. Εικόνα Επέκταση καλωδίου 24 καναλιών συνολικού μήκους 60 μέτρων, για την επικοινωνία μεταξύ των γεωτρήσεων Από τη μια άκρη του καλωδίου η συνδεσμολογία γίνεται με τη χρήση πλαστικών βυσμάτων («μπανάνες»), οι οποίες για λόγους ευκολίας και για αποφυγή σφαλμάτων ήτανε αριθμημένες (Εικόνα 4.2-5), και από την άλλη με τον κεντρικό πολυπλέκτη (αυτοσχέδια πλαστικά κουτιά με αριθμημένες μπόρνες στην επιφάνεια τους)(εικόνα αριστερά). Αργότερα οι «μπανάνες» αντικαταστάθηκαν με κλέμα (Εικόνα δεξιά). 80

80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Εικόνα Συνδεσμολογία μεταξύ των γεωτρήσεων με «μπανάνες» Εικόνα Συνδεσμολογία με μπόρνες και κλέμα Εξοπλισμός Για την εκτέλεση των γεωφυσικών μετρήσεων υπαίθρου χρησιμοποιήθηκε το όργανο SYSCAL Pro της εταιρείας IRIS INSTRUMENTS (Εικόνα 4.2-7). Πρόκειται για πλήρως αυτοματοποιημένο όργανο μέτρησης αντίστασης σχεδιασμένο για έρευνα με μεθόδους συνεχούς ρεύματος. Ο αυτοματοποιημένος έλεγχος της αντιστάθμισης του φυσικού δυναμικού, η ψηφιακή υπέρθεση για την ενίσχυση του σήματος και η προβολή του σφάλματος κατά την πραγματοποίηση των μετρήσεων, που προσφέρονται από το συγκεκριμένο όργανο, εξασφαλίζουν μετρήσεις υψηλής ακρίβειας. Το συγκεκριμένο όργανο έχει μέγιστη τάση εξόδου 800V και επιτυγχάνει τη 81

81 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ δημιουργία ρεύματος με ένταση που τυπικά φτάνει τα 2.5A. Είναι πολυκάναλο (10 κανάλια) και ως εκ τούτου παρέχει τη δυνατότητα ταυτόχρονης λήψης έως και 10 μετρήσεων, πραγματοποιώντας αυτόματα την επιλογή των ηλεκτροδίων. Χρησιμοποιεί τόσο εσωτερικές όσο και εξωτερικές μπαταρίες. Εικόνα Όργανο λήψης ηλεκτρικών μετρήσεων SYSCAL Pro της εταιρείας IRIS INSTRUMENTS, εξωτερική μπαταρία τροφοδοσίας οργάνου, φορητός ηλεκτρονικός υπολογιστής Προγράμματα Αντιστροφής Αφού ανακτηθούν τα δεδομένα, μεταφέρονται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, απ όπου γίνεται και η ουσιαστική επεξεργασία αυτών. Στη διαδικασία ανάλυσης, αρχικά, γίνεται φιλτράρισμα για την αποκοπή των εξωπραγματικών τιμών. Αυτό γίνεται από το «Prosys II», πρόγραμμα με το οποίο γίνεται και η λήψη των δεδομένων (Σχήμα 4.2-3). Έχοντας κρατήσει τις επιτρεπτές τιμές, εισάγονται τα δεδομένα σε προγράμματα αντιστροφής, ώστε να αποκτήσουμε μία πρώτη «εικόνα» του υπεδάφους. 82

82 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Tτμήμα δεδομένων της Σίνδου από το πρόγραμμα Prosys II Τέτοια προγράμματα είναι το Res2DInv του Loke (Σχήμα 4.2-4), το DC2DPro της KIGAM (Σχήμα αριστερά) και το TomoDC της KIGAM (Σχήμα δεξιά). Καθένα από αυτά τα προγράμματα επιτρέπει και διαφορετική επεξεργασία των αποτελεσμάτων. 83

83 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Πρόγραμμα αντιστροφής δεδομένων Res2DInv (Loke) Έχοντας ολοκληρώσει την επεξεργασία των δεδομένων, υπάρχει η δυνατότητα εξαγωγής αρχείων σαν εικόνες από τις οποίες είμαστε σε θέση αρχικά να δούμε το υπέδαφος και επιπλέον να ελέγξουμε τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την εφαρμογή των διαφόρων πρωτοκόλλων. Σχήμα Προγράμματα αντιστροφής δεδομένων DC2DPro (KIGAM) και TomoDC (KIGAM) 84

84 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Επεξεργασία Δεδομένων Η λήψη των μετρήσεων από τη Σίνδο γινόταν σε εβδομαδιαία βάση, αφού πρώτα είχε προηγηθεί προεργασία προετοιμασίας του κατάλληλου πρωτοκόλλου. Παρακάτω παρουσιάζονται τα δεδομένα που προέκυψαν από τις μετρήσεις στη Σίνδο. Τα δεδομένα έχουν φιλτραριστεί και οι εικόνες που παρουσιάζονται είναι από αντιστροφή των δεδομένων. Μία τυπική εικόνα αντιστροφής από τη περιοχή της Σίνδου παρουσιάζεται στο Σχήμα Σε όλα τα σχήματα, όπου απεικονίζονται οι ηλεκτρικές τομογραφίες, έχει χρησιμοποιηθεί κοινή χρωματική κλίμακα για λόγους σύγκρισης. Η χρωματική κλίμακα αλλάζει, μόνο όταν τα αποτελέσματα παρουσιάζονται από διαφορετικό πρόγραμμα. Σχήμα Τυπική εικόνα αντιστροφής ηλεκτρικών δεδομένων την ημέρα Τ02 από τη περιοχή της Σϊνδου, μεταξύ των γεωτρήσεων P0-P1 85

85 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Για ευκολία ανάλυσης των δεδομένων, κάθε μέρα που γινότανε η λήψη των δεδομένων, ονομαζότανε με τον κωδικό Τ ακολουθούμενο από έναν αύξοντα αριθμό (π.χ. Τ1, Τ2, Τ3, Τ16). Στο Σχήμα 4.2-6, παρουσιάζεται η κατανομή της ηλεκτρικής αντίστασης σε μία κατακόρυφη τομή από δεδομένα της μέρας Τ2. Κάθε χρώμα αντιστοιχεί σε μία συγκεκριμένη τιμή ηλεκτρικής αντίστασης. Από το χρωματισμό είναι εύκολο να διακριθούν τρία στρώματα που υδροφορούν και απεικονίζονται με κίτρινο χρώμα. Το κίτρινο χρώμα αντιστοιχεί σε μικρότερες τιμές αντίστασης από τους υπόλοιπους σχηματισμούς, κάτι το οποίο περιμένουμε λόγω ιδιοτήτων του νερού. Οι υπόλοιποι σχηματισμοί απεικονίζονται με πιο «θερμά» χρώματα, καθώς οι τιμές της ηλεκτρικής αντίστασης αυξάνονται. Να σημειωθεί ότι το «ψυχρότερο» γαλάζιο χρώμα αντιστοιχεί στις χαμηλότερες τιμές ηλεκτρικής αντίστασης που οφείλονται στη παρουσία άλατος (υφάλμυροι σχηματισμοί). Ενδεικτικά αναφέρεται ότι κάθε γεωλογικός σχηματισμός έχει συνήθως ένα συγκεκριμένο εύρος τιμών ηλεκτρικής αντίστασης. Στον Πίνακας αναφέρονται ενδεικτικά κάποιες από τις τιμές αυτές. Τιμή Ηλεκτρικής Αντίστασης (rho) Υλικό 0 10 Άργιλος Άργιλος Άμμος Άμμος Άμμος Χαλίκια Κροκάλες Κροκάλες 80 Μάργα 300 Ασβεστόλιθος Πίνακας Τιμές ηλεκτρικών αντιστάσεων διαφόρων υλικών. Το Σχήμα 4.2-6, απεικονίζει δεδομένα που προέκυψαν από 32 ηλεκτρόδια, τοποθετημένα στις δύο γεωτρήσεις μέχρι βάθος 102 μέτρων. Τα υδροφόρα στρώματα διακρίνονται σε βάθος 20-30, και μέτρων. Στο Σχήμα

86 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ γίνεται άμεση σύγκριση δύο εικόνων ηλεκτρικής τομογραφίας με δύο γεωλογικές τομές. Είναι φανερή η αντιστοιχία των στρωμάτων, κάτι που ενισχύει την αξιοπιστία της μεθόδου. Σχήμα Εικόνες ηλεκτρικής τομογραφίας από δύο προγράμματα αντιστροφής σε άμεση σύγκριση με γεωλογικές τομές. Να ληφθεί υπόψη όσον αφορά τους χρωματισμούς των τιμών της ηλεκτρικής αντίστασης ότι κάθε πρόγραμμα αντιστροφής ηλεκτρικών δεδομένων χρησιμοποιεί τη δικιά του χρωματική κλίμακα. Έτσι εξηγείται και η διαφορά στο χρώμα Στο Σχήμα 4.2-8, απεικονίζονται τρεις τομές ηλεκτρικής τομογραφίας από τον συνδυασμό Ρ0-Ρ1, Ρ0-Ρ2 και Ρ0-Ρ3 την μέρα Τ2. Στο ίδιο βάθος και στις τρεις τομές συναντάμε τους υδροφόρους ορίζοντες. 87

87 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες από τον συνδυασμό των γεωτρήσεων Ρ0-Ρ1, Ρ0-Ρ2 και Ρ0Ρ3, της ημέρας Τ2. Στα ίδια βάθη συναντάμε τους υδροφόρους ορίζοντες και στις τρεις γεωτρήσεις Στα Σχήμα 4.2-9, Σχήμα και Σχήμα απεικονίζονται εικόνες από ηλεκτρικές τομογραφίες σε διαφορετικές ημέρες από συγκεκριμένο συνδυασμό γεωτρήσεων σε κάθε σχήμα. Στα Σχήμα , Σχήμα και Σχήμα παρουσιάζονται τα ίδια αποτελέσματα από αντιστροφή των δεδομένων από το πρόγραμμα το Tomo DC (KIGAM). 88

88 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες από διαφορετικές μέρες με εφαρμογή του πρωτοκόλλου διαγωνίου διπόλου μεταξύ των γεωτρήσεων Ρ0 και Ρ1 Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες από διαφορετικές μέρες με εφαρμογή του πρωτοκόλλου διαγωνίου διπόλου μεταξύ των γεωτρήσεων Ρ0 και Ρ2 89

89 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες από διαφορετικές μέρες με εφαρμογή του πρωτοκόλλου διαγωνίου διπόλου μεταξύ των γεωτρήσεων Ρ0 και Ρ3 Σχήμα Εικόνες από ηλεκτρικές τομογραφίες που προέκυψαν από την αντιστροφή δεδομένων από το πρόγραμμα Tomo DC (KIGAM) για το συνδυασμό γεωτρήσεων Ρ0-Ρ1 90

90 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Εικόνες από ηλεκτρικές τομογραφίες που προέκυψαν από την αντιστροφή δεδομένων από το πρόγραμμα Tomo DC (KIGAM) για το συνδυασμό γεωτρήσεων Ρ0-Ρ2 Σχήμα Εικόνες από ηλεκτρικές τομογραφίες που προέκυψαν από την αντιστροφή δεδομένων από το πρόγραμμα Tomo DC (KIGAM) για το συνδυασμό γεωτρήσεων Ρ0-Ρ3 91

91 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Κατά τη διάρκεια του πειράματος στη Σίνδο ένας αγωγός, ο οποίος συνδέεται με τις εγκαταστάσεις της Ε.Υ.Α.Θ., παρείχε κατά διαστήματα νερό στην κεντρική γεώτρηση με αποτέλεσμα να επηρεάζεται ο υδροφόρος της περιοχής. Η παροχή νερού γινότανε βάσει κάποιου συγκεκριμένου χρονοδιαγράμματος. Με την εφαρμογή της μεθόδου των ηλεκτρικών τομογραφιών, υπάρχει η δυνατότητα να συγκρίνονται τα αποτελέσματα των τομογραφιών, για να εντοπισθούν οι αλλαγές αυτές στους υδροφόρους ορίζοντες. Για να είναι πιο εύκολος ο εντοπισμός των αλλαγών στις εικόνες των τομογραφιών, προβάλλεται ο λόγος των τιμών των ηλεκτρικών αντιστάσεων μίας συγκεκριμένης μέρας ως προς τις τιμές ηλεκτρικής αντίστασης της ημέρας αναφοράς. Τα αποτελέσματα φαίνονται στα Σχήμα , Σχήμα και Σχήμα Στη χρωματική κλίμακα το λευκό υποδηλώνει ότι δεν έχει μεταβληθεί ο λόγος των τιμών της ηλεκτρικής αντίστασης. Το κόκκινο δείχνει αύξηση και το γαλάζιο μείωση του λόγου. Για να αυξηθεί ο λόγος πρέπει να αυξηθεί η τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης, δηλαδή να μειωθεί η αγωγιμότητα των σχηματισμών. Καθώς προστίθεται καθαρό νερό από το σωλήνα της Ε.Υ.Α.Θ. στην κεντρική γεώτρηση (Ρ0), μειώνεται η ποσότητα του υφάλμυρου νερού στον υδροφόρο, με αποτέλεσμα να μειώνεται η αγωγιμότητα (μείωση του NaCl συνεπάγεται και μείωση της αγωγιμότητας του νερού) και να αυξάνεται η ηλεκτρική αντίσταση (κόκκινο χρώμα στις ηλεκτρικές τομογραφίες). Σχήμα Εικόνες ηλεκτρικής τομογραφίας από το λόγο των τιμών των ηλεκτρικών αντιστάσεων για το συνδυασμό των γεωτρήσεων Ρ0-Ρ1 για διαφορετικές μέρες 92

92 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Εικόνες ηλεκτρικής τομογραφίας από το λόγο των τιμών των ηλεκτρικών αντιστάσεων για το συνδυασμό των γεωτρήσεων Ρ0-Ρ2 για διαφορετικές μέρες Σχήμα Εικόνες ηλεκτρικής τομογραφίας από το λόγο των τιμών των ηλεκτρικών αντιστάσεων για το συνδυασμό των γεωτρήσεων Ρ0-Ρ3 για διαφορετικές μέρες Για καλύτερη μελέτη της μεταβολής των συνθηκών του υπεδάφους στη διάρκεια του χρόνου, πραγματοποιήθηκαν ηλεκτρικές τομογραφίες σε τακτά χρονικά διαστήματα την ίδια ημέρα. Αρχικά, γινότανε η λήψη των δεδομένων πριν διοχετευθεί νερό στη κεντρική γεώτρηση. Έπειτα από λίγη ώρα διοχετεύονταν νερό στη κεντρική γεώτρηση από το σωλήνα της Ε.Υ.Α.Θ. και ταυτόχρονα γινόταν λήψη των δεδομένων. Και τέλος, αφού σταματούσε η παροχή του νερού, γινότανε μία τελευταία λήψη τιμών ηλεκτρικής αντίστασης. Τα αποτελέσματα από το πείραμα προβάλλονται ως λόγοι των τιμών των ηλεκτρικών αντιστάσεων και φαίνονται στα Σχήμα και Σχήμα Και στα δύο σχήματα το ζευγάρι των γεωτρήσεων είναι το ίδιο (Ρ0 με Ρ1), ώστε να εξετασθούν οι αλλαγές μόνο λόγω εισροής νερού στη διάρκεια του χρόνου. Παρατηρούμε ότι η εισροή καθαρού νερού έχει σαν αποτέλεσμα την αραίωση του υδροφόρου σε υφάλμυρο νερό. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να αυξάνεται η αντίσταση του υδροφόρου, γεγονός που μεταφράζεται σε αύξηση της αντίστασης. Στο σχήμα 93

93 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ αυτό απεικονίζεται με πιο θερμά χρώματα (από έντονο γαλάζιο γίνεται λευκό και από λευκό γίνεται κόκκινο). Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες από το συνδυασμό των γεωτρήσεων Ρ0Ρ1 και από το λόγο των τιμών πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την παροχή νερού από το σωλήνα της Ε.Υ.Α.Θ. τη μέρα με τον κωδικό Τ12 94

94 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες από το συνδυασμό των γεωτρήσεων Ρ0Ρ1 και από το λόγο των τιμών πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την παροχή νερού από το σωλήνα της Ε.Υ.Α.Θ. τη μέρα με τον κωδικό Τ13 Στα Σχήμα , Σχήμα και Σχήμα παρουσιάζονται ηλεκτρικές τομογραφίες από συνδυασμό των γεωτρήσεων Ρ1-Ρ2, Ρ1-Ρ3 και Ρ3-Ρ2. 95

95 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες από το συνδυασμό των γεωτρήσεων Ρ1-Ρ2 Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες από το συνδυασμό των γεωτρήσεων Ρ1-Ρ3 96

96 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Ηλεκτρικές τομογραφίες από το συνδυασμό των γεωτρήσεων Ρ3-Ρ2 Στο Σχήμα απεικονίζονται εικόνες αντιστροφής από μία συγκεκριμένη ημέρα μεταξύ των γεωτρήσεων Ρ1-Ρ3, Ρ3-Ρ2 και Ρ1-Ρ2. 97

97 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Εικόνες αντιστροφής από την ίδια μέρα με διαφορετικούς συνδυασμούς γεωτρήσεων εφαρμόζοντας σε όλες το ίδιο πρωτόκολλο. Στις παρενθέσεις παρουσιάζεται το σφάλμα από τις μετρήσεις Στα Σχήμα , Σχήμα , Σχήμα , Σχήμα και Σχήμα παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από εφαρμογή διαφορετικών πρωτοκόλλων μεταξύ των ιδίων γεωτρήσεων. Σαν πρωτόκολλο αναφοράς χρησιμοποιείται το πρωτόκολλο διαγωνίου διπόλου ( dipole-dipole diagonal ). Στο Σχήμα χρησιμοποιήθηκαν την ίδια μέρα 34 και 48 ηλεκτρόδια στο ίδιο ζευγάρι γεωτρήσεων εφαρμόζοντας το ίδιο πρωτόκολλο. 98

98 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Σύγκριση αποτελεσμάτων μεταξύ των πρωτοκόλλων dd και ΑΜ-ΝΒ. Στις παρενθέσεις παρουσιάζεται το σφάλμα από τις μετρήσεις Σχήμα Σύγκριση αποτελεσμάτων μεταξύ των πρωτοκόλλων dd, ΑΜ-ΝΒ και dipole-dipole equatorial. Στις παρενθέσεις παρουσιάζεται το σφάλμα από τις μετρήσεις 99

99 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Σύγκριση αποτελεσμάτων μεταξύ των πρωτοκόλλων dd, ΑΜ-ΝB. Στις παρενθέσεις παρουσιάζεται το σφάλμα από τις μετρήσεις Σχήμα Σύγκριση αποτελεσμάτων μεταξύ των πρωτοκόλλων dd, ΑΜ-ΝB. Στις παρενθέσεις παρουσιάζεται το σφάλμα από τις μετρήσεις 100

100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Σύγκριση αποτελεσμάτων μεταξύ των πρωτοκόλλων dd, ΑΜ-ΒΝ και ΑΜ-ΝΒ, την ίδια μέρα μεταξύ των γεωτρήσεων Ρ0-Ρ1. Στις παρενθέσεις παρουσιάζεται το σφάλμα από τις μετρήσεις Σχήμα Σύγκριση αποτελεσμάτων με τη χρήση 34 και 48 ηλεκτρόδια μεταξύ των γεωτρήσεων Ρ0-Ρ1 την ίδια μέρα Στο Σχήμα παρουσιάζονται εικόνες ηλεκτρικών τομογραφιών 13 ημερών, όπου απεικονίζονται τα δεδομένα αφιλτράριστα μαζί με τις εξωπραγματικές τιμές 101

101 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ (ημέρες Τ08, Τ10, Τ12, Τ15 και Τ20). Στο Σχήμα απεικονίζονται οι ίδιες τιμές έχοντας πλέον εφαρμόσει φίλτρο από το πρόγραμμα Data Analysis. Είναι φανερό ότι έχουν απορριφθεί οι εξωπραγματικές τιμές και γενικότερα έχουν καθαρίσει τα δεδομένα δίνοντά μας τη δυνατότητα να επεξεργαστούμε και να αναλύσουμε καλύτερα τα δεδομένα. Στο Σχήμα έχουμε τα δεδομένα 12 ημερών συγκρινόμενα με την ημέρα αναφοράς Τ2. Στις λευκές περιοχές δεν υπάρχει μεταβολή των παραμέτρων και στις κόκκινες έχουμε αύξηση των τιμών. Στη δεύτερη σειρά στο ίδιο σχήμα απεικονίζονται οι ίδιες τιμές έχοντας πλέον φιλτραριστεί. 102

102 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Όλες οι ηλεκτρικές τομογραφίες πρωτογενών δεδομένων από την μέρα Τ02 έως και την μέρα Τ20. Εξωπραγματικές τιμές παρουσιάζονται στις μέρες Τ08, Τ10, Τ12, Τ15 και Τ20. Αυτές οι τιμές απορρίπτονται με την εφαρμογή του φίλτρου. Σχήμα Εικόνες ηλεκτρικής τομογραφίας με εφαρμογή φίλτρου από την Τ02 έως και την Τ20 ημέρα. Η ομοιότητα μεταξή των σχημάτων φανερώνει ότι έχουν απορριφθεί οι εξωπραγματικές τιμές 103

103 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Παρουσιάζονται όλα τα δεδομένα από τους λόγους κάθε μέρας ως προς την ημέρα Τ02 στα πρωτογενή (πάνω σειρά) και στα φιλτραρισμένα (κάτω σειρά) δεδομένα 104

104 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ 4.3 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΕΘΟΔΟΥ ΣΤΟ ΑΛΚΑΖΑΡ Περιοχή Μελέτης Η μέθοδος ηλεκτρικών τομογραφιών μεταξύ γεωτρήσεων πραγματοποιήθηκε και στο Χάμζα Μπέη (Αλκαζάρ) στη Θεσσαλονίκη (Σχήμα 4.3-1). Η έρευνα αποσκοπούσε αφενός στη διερεύνηση του υπεδάφους, με σκοπό τον καθορισμό της γεωλογικής δομής, καθώς και στον εντοπισμό και την πιθανή χαρτογράφηση θαμμένων αρχαιοτήτων στο χώρο που εδράζεται το μνημείο, αφετέρου στον καθορισμό με ακρίβεια του βάθους θεμελίωσης του παράλληλου στην οδό Βενιζέλου τοίχου του. Σχήμα Κάτοψη του Αλκαζάρ Η μέθοδος της γεωηλεκτρικής τομογραφίας εφαρμόστηκε σε 4 ζεύγη γεωτρήσεων με σκοπό τη διερεύνηση του χώρου μεταξύ των γεωτρήσεων. 105

105 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Για τις γεωτρήσεις μέσα στο χώρο προσευχής, η γενική στρωματογραφική στήλη είναι: ένα επιφανειακό στρώμα πάχους περίπου 0,5 m υπερκείμενο ενός καφέ αργιλικού σχηματισμού πάχους 1,5 m περίπου. Στη συνέχεια υπάρχει ένα χαλαρό κροκαλοπαγές, αποτελούμενο κυρίως από πρασινοσχιστολιθικές κροκάλες και λατύπες με γκριζοπράσινο χαλαρό συνδετικό υλικό. Τόσο το αργιλικό, όσο και στο κροκαλοπαγές συναντώνται διάσπαρτα ή και σε τοπικές συγκεντρώσεις κεραμικά υλικά και τεμάχη μαρμάρου Γεωτρήσεις - Εξοπλισμός Θέσεις Γεωτρήσεων Οι θέσεις των γεωτρήσεων φαίνονται στο Σχήμα Το συνολικό βάθος διάτρησης κάθε γεώτρησης έφτασε τα 6 m. Σχήμα Θέσεις γεωτρήσεων όπου πραγματοποιήθηκαν οι ηλεκτρικές τομογραφίες 106

106 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Συνδεσμολογία Σε κάθε γεώτρηση τοποθετήθηκαν 24 ηλεκτρόδια, έτσι η τομογραφία μεταξύ των γεωτρήσεων κάθε ζεύγους είχε συνολικά 48 ηλεκτρόδια. Τα ηλεκτρόδια αυτά αποτελούνταν από ταινία αλουμινίου, η οποία ήταν τυλιγμένη σε πλαστικό σωλήνα μικρής διαμέτρου, όπως φαίνεται στην Εικόνα και Εικόνα Ένα πολύκλωνο καλώδιο συνέδεε τα ηλεκτρόδια με τον κεντρικό πολυπλέκτη και στη συνέχεια με το όργανο μέτρησης. O πλαστικός σωλήνας με τη συστοιχία των ηλεκτροδίων επάνω του τοποθετούνταν μέσα στη γεώτρηση. Κατόπιν, γινόταν πλήρωση των γεωτρήσεων με άμμο αναμεμιγμένη με μπεντονίτη καθώς και υλικά διάτρησης (Εικόνα 4.3-3). Με τον τρόπο αυτό επετεύχθη πολύ καλή ηλεκτρική σύζευξη με το υπέδαφος, η οποία επέτρεψε τη λήψη αξιόπιστων και μεγάλης ακρίβειας δεδομένων. Οι γεωτρήσεις έφθασαν μέχρι το βάθος των 6 m και τα ηλεκτρόδια τοποθετήθηκαν ανά 0,25 m. Οι μετρήσεις έγιναν με ειδικά διαμορφωμένες διατάξεις, οι οποίες ήταν περισσότερες της μιας. Εικόνα Ηλεκτρόδιο από αυτά που χρησιμοποιήθηκαν για τη διεξαγωγή των τομογραφιών ανάμεσα από τα ζεύγη των γεωτρήσεων. Αποτελείται από ταινία αλουμινίου τυλιγμένη σε πλαστικό μονωτικό σωλήνα μικρής σχετικά διαμέτρου. Το υλικό είναι κολλημένο στο σωλήνα και συνδέεται με τον ακροδέκτη ενός σύρματος 107

107 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Εικόνα Ένα ηλεκτρόδιο και το πολύκλωνο καλώδιο, το οποίο επίσης ήταν κολλημένο στον πλαστικό σωλήνα. Ο πλαστικό σωλήνας εισάγονταν στον μεταλλικό της γεώτρησης και κατέρχονταν μέχρι το επιθυμητό βάθος. Στη συνέχεια γινόταν αφαίρεση των μεταλλικών σωλήνων και η γεώτρηση πληρώνονταν με άμμο Εικόνα Γεώτρηση πληρωμένη με άμμο, η οποία διατηρούνταν κορεσμένη με συνεχή ροή ύδατος. Φαίνεται το πολύκλωνο καλώδιο, το οποίο απολήγει σε κάθε ένα από τα ηλεκτρόδια 108

108 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Εξοπλισμός Στις Εικόνα και Εικόνα φαίνεται ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των μετρήσεων. Εικόνα Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε για τη λήψη ηλεκτρικών τομογραφιών μεταξύ γεωτρήσεων. Διακρίνεται το κυρίως όργανο της Syscal, η εξωτερική μπαταρία τροφοδοσίας και τα κουτιά συνδεσμολογίας Εικόνα Εξοπλισμός ηλεκτρικών τομογραφιών 109

109 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Δεδομένα Αλκαζάρ Πρωτόκολλα Για τη συγκεκριμένη εφαρμογή δημιουργήθηκαν πρωτόκολλα (Σχήμα 4.3-3), όπου χρησιμοποιήθηκαν 24 συνολικά ηλεκτρόδια. Στα πρωτόκολλα Pro_dd.txt και Pro_AM-BN.txt πήραμε 295 και 902 δεδομένα, αντίστοιχα. Οι εικόνες αντιστροφής από τα δύο πρωτόκολλα φαίνονται στο Σχήμα Σχήμα Πρωτόκολλα για εφαρμογή στη περιοχή Αλκαζάρ 110

110 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΠΑΙΘΡΟΥ Σχήμα Εικόνες αντιστροφής από το Αλκαζάρ από το πρόγραμμα TomoDC Από τις εικόνες αυτές προκύπτει ότι το βάθος θεμελίωσης του τοίχου είναι περίπου στο 1 μέτρο. Το συμπέρασμα αυτό προκύπτει και από τις δύο εικόνες (Σχήμα 4.3-4), με την εφαρμογή των δύο πρωτοκόλλων. Με αυτόν τον τρόπο επαληθεύεται με πραγματικά πλέον δεδομένα η αξιοπιστία του πρωτοκόλλου AM-BN.txt, που προέκυψε από το πρόγραμμα b2b-prot. 111