ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΓΕΩΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ (Β0101) ΑΣΚΗΣΗ 8 ΓΕΩΡΑΝΤΑΡ (GROUND PROBING RADAR) από τον Ανδρέα Τζάνη, PhD. Επίκουρο Καθηγητή Αθήνα, Μάιος 2010
ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ. Βασικά στοιχεία για τις ηλεκτρικές και διηλεκτρικές ιδιότητες των γεω-υλικών περιέχεται στο Κεφάλαιο 2 των «Στοιχείων από τον Γεωηλεκτρομαγνητισμό», 4 η Αναθεώρηση 2009, του Δρ. Ανδρέα Τζάνη. Βασική θεωρία διάδοσης ΗΜ κύματος σε πεπερασμένα μέσα υπάρχει στο Κεφάλαιο 3 των «Στοιχείων από τον Γεωηλεκτρομαγνητισμό», 4 η Αναθεώρηση 2009, του Δρ. Ανδρέα Τζάνη. 1 Βασικά στοιχεία για το γεω-ραντάρ θα βρείτε στην διάλεξη «Γεωραντάρ» του Δρ. Α. Τζάνη. Επίσης βασικά στοιχεία να βρείτε στο προσφερόμενο (Milsom_GPR.pdf) απόσπασμα από το βιβλίο «Field Geophysics» του John Milsom, σελίδες 167-178 (Wiley), στην Αγγλική γλώσσα. ΣΚΟΠΟΣ Επιχειρείται εξοικείωση με τα βασικότερα χαρακτηριστικά των μετρήσεων Γεωραντάρ και, ως παρελκόμενο, με θεμελιώδεις έννοιες και τεχνικές επεξεργασίας ψηφιακού σήματος. Ειδικότερα θα ασχοληθείτε με μετρήσεις μονοστατικών γεωραντάρ και θα επιχειρήσετε Ανάλυση αποσπάσματος δεδομένων από μελέτη εντοπισμού θαμμένων αντικειμένων. Ανάλυση αποσπάσματος δεδομένων από μελέτη εντοπισμού δικτύων παροχής υπηρεσιών στην Πανεπιστιμιόπολη. Μελέτη αποσπάσματος δεδομένων από μελέτη εντοπισμού ποντισμένων αντικειμένων και γεωλογικής δομής εντός ρηχής λίμνης. ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ Θα χρησιμοποιήσετε συναρτήσεις και λειτουργίες του λογισμικού συστήματος MATGPR, το οποίο έχει αναπτυχθεί στον Τομέα Γεωφυσικής Γεωθερμίας από τον Δρ. Α. Τζάνη. Το πρόγραμμα βασίζεται στην υπολογιστική μηχανή MATLAB και Όσοι διαθέτετε το σύστημα MATLAB v7.0 και άνω, μπορείτε να προμηθευθείτε το πλήρες πρόγραμμα MATGPR Release 2 (R2) από την διεύθυνση http://users.uoa.gr/~atzanis/matgpr/matgpr.html και να το εγκαταστήσετε ακολουθώντας τις οδηγίες (γραμμένες στην Αγγλική γλώσσα). Όσοι δεν διαθέτετε το MATLAB, θα χρησιμοποιήσετε την περιορισμένη αυτόνομη έκδοση του προγράμματος, MATGPR Release 1 (R1), με όνομα matgprsa (MATGPR stand-alone). Αντιγράψατε τον φάκελο matgprsa από το Desktop των ΗΥ της Αίθουσας Υπολογιστών του Τομέα Γεωφυσικής Γεωθερμίας (σε flash disk) και ακολουθήσετε την εξής διαδικασία εγκατάστασης: 1. Η οργάνωση του φακέλου matgprsa φαίνεται στη Εικόνα 1, όπου το πορτοκαλί χρώμα δηλώνει φακέλους (υποκαταλόγους) και το κίτρινο χρώμα αρχεία, εκτελέσιμα ή μη. 2. Μεταφέρετε τον φάκελο εγκατάστασης από τον flash disk σε μία θέση της επιλογής σας, αρκεί αυτή να βρίσκεται σε σκληρό δίσκο του υπολογιστικού σας συστήματος (το Desktop είναι μία λειτουργική επιλογή). 3. Μετακινηθείτε στον φάκελο MCR και εκτελέσατε το πρόγραμμα MCRInstaller.exe, το οποίο θα εγκαταστήσει τις απαραίτητες υπολογιστικές και γραφικές βιβλιοθήκες του 1 Η Ενότητα 3.3.3 είναι εκτός θέματος και εξεταστέας ύλης. 1
MATLAB (MATLAB Component Runtime). Ακολουθήστε τις οδηγίες εγκατάστασης που προσφέρει ο MCRInstaller. 4. Όταν η εγκατάσταση ολοκληρωθεί, μετακινηθείτε πάλι πίσω στο αρχείο matgprsa και εκτελέσατε το matgprsa.exe με διπλό κλικ. 4.1. Κατά την πρώτη εκτέλεση θα δημιουργηθεί ο φάκελος matgprsa_mcr, με υποκαταλόγους matgprsa, mfiles και toolbox, οι οποίοι και περιέχουν τα εκτελέσιμα στοιχεία του προγράμματος. 4.2. Από εκεί και πέρα, απλά θα εκτελείτε το πρόγραμμα με διπλό κλικ στο αρχείο matgprsa.exe. matgprsa matgprsa.exe matgprsa.ctf extractctf.exe MCR doc data MCRInstaller.exe B0101_Askisi_8_GPR.pdf matgpr_manual_r1.pdf Milsom_GPR.pdf aboutmatgpr.png www matgpr_help2.html matgpr_help3.html matgpr_help2_files matgpr_help3_files Εικόνα 1. Οργανοδιάγραμμα των προγραμμάτων και δεδομένων της Άσκησης 8. 2
Ο φάκελος doc περιλαμβάνει την τεκμηρίωση του MATGPR R1 και ορισμένα πρόσθετα χρήσιμα κείμενα. Ειδικότερα περιέχει: 1. Το αρχείο B0101_Askisi_8_GPR.pdf (φυλλάδιο της άσκησης). 2. Απόσπασμα από το βιβλίο του John Milsom Field Geophysics (Wiley), σελίδες 167-178 περί γεωραντάρ. 3. Το εγχειρίδιο χρήσης matgpr_manual.pdf 4. Τον υποκατάλογο www που περιέχει την on-line έκδοση του εγχειρίδιου χρήσης με μορφή html (matgpr_help2.html και matgpr_help3.html), καθώς και τους εξαρτώμενους από αυτά υποκαταλόγους. 4.1. Επειδή ενδέχεται σε ορισμένα συστήματα να μην λειτουργεί η on-line βοήθεια απ ευθείας από το matgprsa (είναι ζήτημα ρυθμίσεων), μία βολική λύση είναι να εισάγετε τα δύο αρχεία βοήθειας στα «αγαπημένα» του προγράμματος πλοήγησης (web browser) που προτιμάτε και να καλείτε την βοήθεια από εκεί! Τέλος, ο φάκελος data περιλαμβάνει τα δεδομένα της άσκησης ως εξής: 1. Το αρχείο trench_and_pipes.mat περιέχει τα δεδομένα από την μελέτη εντοπισμού θαμμένων αντικειμένων. 2. Τα αρχεία FILE194.MAT, FILE196.MAT, FILE198.MAT, FILLE200.MAT, FILE202.MAT και FILE204.MAT, είναι τα δεδομένα δεδομένων από την μελέτη εντοπισμού των δικτύων παροχής υπηρεσιών στην Πανεπιστιμιόπολη. 3. Το αρχείο Lake.mat περιέχει τα δεδομένα από την μελέτη της ρηχής λίμνης. Όλα τα αρχεία δίδονται σε μορφή.mat, που είναι ειδική του MATGPR Rx. ΜΕΡΙΚΕΣ ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΕΙΣ Το πρώτο πράγμα που οφείλει να επισημανθεί είναι ότι παρά την (εσφαλμένη) εντύπωση που συνήθως πηγάζει από την ευκολία με την οποία λαμβάνονται οι μετρήσεις, το γεωραντάρ δεν είναι μία απλή μέθοδος: Το γεωραντάρ δεν είναι ένα «μαύρο κουτί» που αβίαστα αποκαλύπτει τα μυστικά του υπεδάφους! Η ερμηνεία των δεδομένων γεωραντάρ μπορεί να καταλήξει υποκειμενική και για τον λόγο αυτό, οι γνώσεις και εμπειρία του ερμηνευτή αποτελούν σημαντικότατο παράγοντα επιτυχίας. Σε γενικές γραμμές, τα ραδιογραφήματα (μετρήσεις γεωραντάρ) διαφέρουν σημαντικά σε διαφορετικά περιβάλλοντα και δεν υπάρχει γενική συνταγή για την ανάλυσή τους! Παρ όλα αυτά, μπορούν να γίνουν ορισμένα τυπικά βήματα επεξεργασίας και αναγωγής δεδομένων (μερικά από τα οποία εξαρτώνται από τον κατασκευαστή του συστήματος), και πέρα από αυτά, προσαρμοσμένη (customized) επεξεργασία ανάλογα με τις συνθήκες και απαιτήσεις της διασκόπησης. Τυπικά βήματα επεξεργασίας είναι: Αναγωγή στον χρόνο 0 (χρόνο έναρξης του πραγματικού σήματος). Ορισμένα από τα δεδομένα που θα μελετήσετε γενικά έχουν αναχθεί (περιπτώσεις 1 και 2) και ορισμένα όχι. Ανασύνταξη (editing) του ραδιογραφήματος με αφαίρεση/διόρθωση προβληματικών ζωνών, αλλαγή ρυθμού δειγματοληψίας (resampling) κ.λ.π. Στην παρούσα άσκηση δεν χρειάζονται τέτοιου είδους επεμβάσεις. Αφαίρεση στατικής (dc) συνιστώσας. Για καλά σχεδιασμένα συστήματα και συνθήκες διασκόπησης η DC συνιστώσα μπορεί να είναι αμελητέα Αφαίρεση της πηγής (backgound ή mean trace). Ενίσχυση. 3
Εφαρμογή απλών φίλτρων περιστολής αρμονικού και τυχαίου θορύβου. Επιλογή μεθόδου αναπαράστασης (visualization). Ορισμένοι χαρακτήρες των ραδιογραφημάτων μπορεί να αναδειχθούν (ή και να αποκρυφθούν) με επιλογή της κατάλληλης (ακατάλληλης) μεθόδου απεικόνισης και/ή χρωματικής κλίμακας. Μη τυπικά βήματα επεξεργασίας είναι: Ισοστάθμιση (equalization). Στην παρούσα άσκηση δεν χρειάζονται τέτοιου είδους επεμβάσεις. Φασματικά και χωρικά φίλτρα καταστολής θορύβου. Προγνωστική Αντισυνέλιξη (predictive deconvolution). Στην παρούσα δεν απαιτείται τέτοιου είδους επεξεργασία. Ανάλυση ταχύτητας. Απαραίτητη για την σωστή ερμηνεία των δεδομένων (εκτίμηση βάθους στόχων, κλίσης ανακλαστήρων κ.λ.π.) Χωροθέτηση (migration). Προσομοίωση (modelling). Στην παρούσα δεν απαιτείται τέτοιου είδους επεξεργασία. Εάν παρ όλα αυτά προχωρήσετε σε προσομοίωση, θα πιστωθείτε την προσπάθεια. Εις επήκοον Τα δεδομένα γεωραντάρ είναι πολύμορφα και διαφορετικές συνθήκες απαιτούν διαφορετική αντιμετώπιση! Πέρα από τις τυπικές διαδικασίες που έχουν περιορισμένες δυνατότητες, υπάρχει πληθώρα μεθόδων και τεχνικών για επιτυχημένη επεξεργασία και ερμηνεία, η εφαρμογή (και σειρά εφαρμογής) των οποίων εξαρτάται από τα εκάστοτε δεδομένα. Η γνώση και η μετά γνώσεως εμπειρία είναι βασικές προϋποθέσεις για τον επιτυχημένο ερμηνευτή! Προκειμένου να εφαρμόσετε τα απαραίτητα βήματα επεξεργασίας χωρίς μεγάλα προβήματα, καλό είναι να μελετήσετε το εγχειρίδιο χρήσης, και να πειραματιστείτε με τις ακόλουθες επιλογές μενού από το MATGPR: Data View Basic Handling Load Data View Data Adjust Signal from MAT Position file View Processed Trim Time Filtering Imaging Figuretools Mean Filter Data Window View Traces Dewow Suppress Dipping Features View Processed Traces Remove Global Background Fit Diffraction Hyperbola Median Filter Get 1-D velocity Model 1-D F-K migration Suppress Horizontal Features/ View Spectra Standard AGC FIR Frequency Filter View Processed Gaussian-tapered Spectra AGC Attenuation Characteristics Apply g(t) = scale*t^power F-K Filter (για τους τολμηρούς) 1-D Phaseshifting migration Time-to-Depth Conversion Simple Velocity Calculation Edit Colour Map Zoom/ Zoom Out Inspect Data Pan Save As Copy Figure Page Setup/ Print Setup 4
1. ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΣ ΘΑΜΜΕΝΩΝ ΣΩΛΗΝΩΝ. Τα δεδομένα συνελέγησαν με σύστημα GSSI SIR-10 εξοπλισμένο με κεραία 300 MHz σε ειδικά προπαρασκευασθέντα χώρο δοκιμών, τομή του οποίου σκαριφηματικά παρουσιάζεται στην Εικόνα 2 και αποτελείται από τραπεζοειδές σκάμμα (Αρ. 1) πεπληρωμένο με ασβεστολιθική άμμο, εντός της οποίας έχει ταφεί ένας μεγάλος (Αρ. 2) και αρκετοί μικροί σωλήνες (Αρ. 4 13). Τα υλικά κατασκευής και πλήρωσης των σωλήνων παρατίθενται στον Πίνακα 1. Όλοι οι σωλήνες έχουν ταφεί παράλληλα προς το άξονα του σκάμματος και το ραδιογράφημα μετρήθηκε σε όδευση κάθετη προς τον άξονα του σκάμματος και την διεύθυνση των σωλήνων. Εικόνα 2. Εγκάρσια τομή του χώρου δοκιμών στον οποίο συνελέχθησαν τα δεδομένα της άσκησης. Πίνακας 1. Τα στοιχεία των στόχων και του χώρου δοκιμών στον οποίο συνελέχθησαν τα δεδομένα της άσκησης. Υπενθυμίζεται ότι Κ είναι η σχετική διηλεκτρική σταθερά και Q είναι ο παράγων ποιότητας Q = 1/tanδ, όπου tanδ η εφαπτομένη απώλειας. ΤΥΠΟΣ ΣΤΟΧΟΥ ΥΛΙΚΟ ΠΛΗΡΩΣΗΣ Κ Q. 1. Κύριο σκάμμα Ασβεστολιθική άμμος 3.3 30 2. Μεγάλος σωλήνας φ50cm Αέρας 1 1000 3. Πυθμένας σκάμματος Γνευσιακή άμμος 6 30 4. Σωλήνας PVC φ5cm Αέρας 1 1000 5. Σωλήνας PVC φ5cm Αέρας 1 1000 6. Σιδηρούς σωλήνας φ2cm Αέρας 1 1 7. Σωλήνας PVC φ4cm Καθαρό Νερό 80 1000 8. Σωλήνας PVC φ4cm Αέρας 1 1000 9. Σιδηρούς σωλήνας φ2cm Αέρας 1 1 10. Σωλήνας PVC φ4cm Καθαρό Νερό 80 1000 11. Σωλήνας PVC φ4cm Αέρας 1 1000 12. Σιδηρούς σωλήνας φ2cm Αέρας 1 1 13. Σωλήνας PVC φ4cm Καθαρό Νερό 80 1000 Ενέργειες: 1. Προβείτε σε απομάκρυνση της επιφανειακής ανάκλασης με αφαίρεση του μέσου ίχνους (remove Global Background). Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). 2. Εφαρμόσατε ενίσχυση του σήματος. Πειραματιστείτε με τις τρεις προσφερόμενες μεθόδους. Ποία είναι καλύτερη προσέγγιση δεν είναι πάντοτε προφανές και μερικές φορές η επιλογή είναι υποκειμενική, ή εξαρτάται από επόμενα βήματα επεξεργασίας. Στην προκειμένη περίπτωση όμως, υπάρχει μία τεχνική που εμφανώς δίδει καλύτερα αποτελέσματα ποια κατά την γνώμη σας είναι αυτή; 5
Σημειώσατε ότι οι μέθοδοι AGC (Automatic Gain Control) συχνά εισάγουν συνιστώσα DC και τεχνητό σήμα μεγάλης περιόδου το οποίο πρέπει να απομακρύνετε με φίλτρο Dewow ή κατωφρακτικό (ανωπερατό) φίλτρο FIR. Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). 3. Μπορείτε να διακρίνετε ανακλάσεις από διαφοροποιήσεις στην στρώση εντός του σκάμματος; Αν ναι, ποία είναι η θέση τους στον χρόνο και στον χώρο; Για να βοηθηθείτε στην απάντησή σας, χρησιμοποιήσατε την λειτουργία Inspect Data από το μενού Figuretools. 4. Πόσες υπερβολές περίθλασης διακρίνετε σε κάθε ραδιογράφημα και πως αντιστοιχούνται με τα δεδομένα της Εικόνας 2 και του Πίνακα 1; Που υπάρχει σύγχυση (clutter) λόγω συμβολής των υπερβολών από πολλαπλούς σκεδαστές (σωλήνες); 5. Πως κατά την γνώμη σας συσχετίζονται οι διακρινόμενες υπερβολές περίθλασης με τα υλικά κατασκευής των σωλήνων και το βάθος ταφής τους; Ποία υλικά φαίνεται ότι δίδουν ισχυρότερες ανακλάσεις και ποία ασθενέστερες; 6. Προβείτε σε ανάλυση ταχύτητας με προσομοίωση των υπερβολών περίθλασης (Fit Diffraction Hyperbola). Προσπαθήστε να είστε όσο το δυνατόν εξαντλητικότεροι(ες)! Καταγράψατε σχολαστικά την θέση και το βάθος των αντικειμένων που εντοπίζετε. Διακρίνετε κατακόρυφη διαφοροποίηση της ταχύτητας στα ραδιογραφήματα; 7. Προβείτε σε χωροθέτηση F-K (F-K migration) με βάση την ταχύτητα (ή ταχύτητες) που εκτιμήσατε κατά το προηγούμενο βήμα 6. 8. Προβείτε σε χωροθέτηση βάθους (1-D Time-to-Depth Migration) των αποτελεσμάτων του βήματος 7 με την αυτή ταχύτητα. 9. Μελετήσατε το αποτέλεσμα του βήματος 8, στο οποίο πλέον οφείλουν να διακρίνονται οι θέσεις των παρατηρήσιμων σκεδαστών (σωλήνων). Πόσους σωλήνες μπορείτε να διακρίνετε και πως εκτιμάτε την θέση τους σε σχέση με την πραγματικότητα της Εικόνας 2; Πως κατά την γνώμη σας συσχετίζονται οι διακρινόμενοι σωλήνες με τα υλικά κατασκευής και το βάθος ταφής τους; 10. Κάποιοι σωλήνες πιθανόν να μην διακρίνονται καλά, ή και καθόλου! Σε ποιο μέτρο, κατά την γνώμη σας, οφείλεται αυτό στα υλικά κατασκευής/ βάθος ταφής και σε ποίο μέτρο οφείλεται στην σύγχυση (clutter) και στην εγγύτητα (μικρή απόσταση) μεταξύ διαδοχικών στόχων (ελάττωση διακριτικής ικανότητας); 2. ΔΙΚΤΥΟ ΠΑΡΟΧΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΣΤΗΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΠΟΛΗ Τα δεδομένα (FILE194.mat FILE204.mat) προέρχονται από μελέτη χαρτογράφησης του δικτύου ύδρευσης και πυρόσβεσης, το οποίο εσείς θα θεωρήσετε ότι αποτελείται από σωλήνες φ30cm (φ12 ). Τα ραδιογραφήματα συνελέγησαν με σύστημα GSSI SIR-2000 εξοπλισμένο με κεραία κεντρικής συχνότητας 400MHz. Το απόσπασμα της διασκόπησης που θα μελετήσετε εκτείνεται εμπρός από την είσοδο του κτηρίου του Τμήματος Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος και περικλείεται στο λευκό τετράγωνο της Εικόνας 3. Τα ραδιογραφήματα ελήφθησαν εγκάρσια ως προς τον δρόμο, από πεζοδρόμιο σε πεζοδρόμιο, έχουν όλα μήκος 12 μέτρων και η μεταξύ τους απόσταση είναι ακριβώς 2 μέτρα. Τα δεδομένα έχουν γενικά καλή ποιότητα και δεν απαιτούν σημαντική επεξεργασία. Ενέργειες: 1. Προβείτε σε απομάκρυνση της επιφανειακής ανάκλασης με αφαίρεση του μέσου ίχνους (remove Global Background). Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). 6
2. Εφαρμόσατε ενίσχυση του σήματος. Πειραματιστείτε με τις τρεις προσφερόμενες μεθόδους. Επαναλαμβάνεται ότι η ποία είναι καλύτερη προσέγγιση δεν είναι πάντοτε προφανές! Επιλέξατε την καλύτερη κατά την γνώμη σας και εξηγήσατε γιατί. Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). 3. Σε ορισμένα σημεία, οι μετρήσεις εμφανίζουν θόρυβο σποραδικού τύπου. Εφαρμόσατε φίλτρα περιστολής θορύβου. Πειραματιστείτε με φίλτρα συχνότητας FIR και προσπαθήστε να a περιστείλετε θόρυβο σε χαμηλές και υψηλές συχνότητες (<½ και >2 την κεντρική συχνότητα). Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). 4. Οι τολμηροί, πειραματιστείτε με φίλτρα συχνότητας κυματαριθμού (F-K), όπως σας έχει επιδειχθεί στο Εργαστήριο. Για σωστή εφαρμογή συμβουλεύεσθε τον κ. Τζάνη. 5. Πόσες υπερβολές περίθλασης διακρίνετε σε κάθε ραδιογράφημα; Δύο από αυτές είναι προφανείς και πολύ έντονες. Που τις αποδίδετε; Υπάρχουν άλλες υπερβολές περίθλασης, σε διαφορετικά βάθη, εκτός από τις δύο μεγάλες; Αν ναι, σε τι θα μπορούσαν να οφείλονται; 6. Διακρίνετε περιοχές στις οποίες το σήμα είναι ασθενές και αποσβένεται γρήγορα; Αν ναι, που θα μπορούσαν να οφείλονται αυτές; 7. Προβείτε σε ανάλυση ταχύτητας με προσομοίωση των υπερβολών περίθλασης (Fit Diffraction Hyperbola). Προσπαθήστε να είστε όσο το δυνατόν εξαντλητικοί! Καταγράψατε σχολαστικά την θέση και το βάθος των αντικειμένων που εντοπίζετε. Για να βοηθηθείτε στην απάντησή σας, χρησιμοποιήσατε την λειτουργία Inspect Data από το μενού Figuretools. Διακρίνετε κατακόρυφη διαφοροποίηση της ταχύτητας στα ραδιογραφήματα; Αν ναι, που την αποδίδετε; 8. Προβείτε σε χωροθέτηση F-K (F-K migration) ενός η δύο ραδιογραφημάτων. Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). Σχολιάσατε το αποτέλεσμα! 9. Αποτυπώσατε σε πλάγια όψη και κάτοψη τους κύριους στόχους (δίκτυο) που εντοπίσατε και σχολιάσατε το αποτέλεσμα. Εικόνα 3. Ο χώρος στον οποίο συνελέχθησαν τα δεδομένα της άσκησης, έμπροσθεν του κτιρίου του Τμήματος Γεωλογίας (λευκό τετράγωνο). 7
3. ΡΗΧΗ ΛΙΜΝΗ ΜΕ ΣΤΡΩΣΗ ΚΑΙ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ ΠΟΝΤΙΣΜΕΝΑ ΣΤΟΝ ΠΥΘΜΕΝΑ Τα δεδομένα της άσκησης αποτελούνται από ένα ραδιογράφημα (τομή) που έχει συλλεχθεί στην επιφάνεια ρηχής λίμνης με μονοστατικό σύστημα Zond 12e και κεραία κεντρικής συχνότητας 500 MHz. Η κεραία ήτα προσαρμοσμένη στον ξύλινο πυθμένα πλαστικού (φουσκωτού) σκάφους που προωθείτο με κουπιά. Η αποστασιομέτρηση (προσδιορισμός της θέσης του συστήματος κατά μήκος της τομής έχει γίνει με διαφορικό GPS. Ενέργειες: 1. Μετατοπίσατε τον χρόνο έναρξης του σήματος κατά 9,78ns (10 δείγματα) προκειμένου να απαλλαγείτε από τον νεκρό χρόνο λειτουργίας του δέκτη (Adjust Signal Position). Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). 2. Προβείτε σε απομάκρυνση της επιφανειακής ανάκλασης με αφαίρεση του μέσου ίχνους (remove Global Background). Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). 3. Το παραμένον σήμα εξακολουθεί να περιέχει σημαντικό ποσό ενέργειας στις χαμηλές και υψηλές συχνότητες, η οποία μπορεί να επηρεάσει μετέπειτα βήματα ανάλυσης. Πιστοποιήσατε το γεγονός με φασματική ανάλυση μερικών ιχνών (View Spectra) και αφαιρέσατε την ενέργεια αυτή με ζωνοπερατό φίλτρο (FIR Frequency Filter Band Pass). Ορίσατε την περατή ζώνη μεταξύ των συχνοτήτων 30 MHz και 300 MHz. Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). 4. Στο ραδιογράφημα διακρίνονται καθαρά ο πυθμένας της λίμνης, το στρώμα των ιζημάτων (ιλύος), το υπόβαθρο των ιζημάτων και η πρώτη πολλαπλή ανάκλαση από το υπόβαθρο. a. Διακρίνετε διαφοροποίηση ή στρώση μέσα στον ιλυώδη σχηματισμό του πυθμένα; Στην προκειμένη περίπτωση, η χρήση της τεφρής ή bone χρωματικής κλίμακας θα βοηθήσει σημαντικά (μενού ImageColors). b. Την πρώτη πολλαπλή θα διακρίνετε από τον ακριβώς διπλάσιο χρόνο διαδρομής μέχρι την επιφάνεια. Με άλλα λόγια, εάν σε δεδομένη απόσταση η ανάκλαση από το υπόβαθρο έχει διπλό χρόνο διαδρομής 100ns, η πρώτη πολλαπλή θα βρεθεί ακριβώς στα 200ns. Χρησιμοποιήσατε την λειτουργία Inspect Data προς διευκόλυνσή σας. Εξάγετε το ραδιογράφημα σε γραφικό metafile (π.χ. JPEG, PNG), επάνω στο οποίο σημειώσατε τους ζητούμενους ορίζοντες ανάκλασης. 5. Με δεδομένο ότι ο νερό της λίμνης είναι γλυκό, με σχετική διηλεκτρική σταθερά Κ=80 και πολύ υψηλή ειδική αντίσταση (ρ > 500 Ωm), υπολογίστε την ταχύτητα διάδοσης του ΗΜ πεδίου στο νερό της λίμνης. Εισάγετε την ταχύτητα αυτή στο πρόγραμμα (λειτουργία Get 1-D velocity Structure) ως εάν η δομή να ήταν ομογενής ημιχώρος υπολογίσατε το βάθος μέχρι τον πυθμένα της λίμνης (1-D Time-to-Depth Conversion). Ποίο είναι το μέσο βάθος του πυθμένα; Για να βοηθηθείτε στην απάντησή σας, χρησιμοποιήσατε την λειτουργία Inspect Data από το μενού Figuretools. 6. Στον ιλυώδη σχηματισμό μπορείτε να παρατηρήσετε πολλές υπερβολές περίθλασης από αντικείμενα που βρίσκονται επάνω στον πυθμένα και μέσα στα ιζήματα. Προβείτε σε ανάλυση ταχύτητας με προσομοίωση των υπερβολών περίθλασης (λειτουργία Fit Diffraction Hyperbola). Εάν προηγουμένως έχετε διακρίνει την ύπαρξη στρώσης εντός του σχηματισμού ιλύος, προσπαθήστε επίσης να διακρίνετε εάν υπάρχει διαφορά ταχύτητας μεταξύ του ανωτέρου και κατωτέρου στρώματος του ιλυώδους σχηματισμού. Προσπαθήσατε να είστε όσο το δυνατόν εξονυχιστικότεροι(ες). 7. Εάν έχετε παρατηρήσει στρώση στον ιλυώδη σχηματισμό και διαφορά ταχύτητας μεταξύ του ανώτερου και κατώτερου στρώματος, χρησιμοποιήσατε την λειτουργία Get 1-D 8
velocity Structure προκειμένου να εισάγετε μία μονοδιάστατη δομή ταχύτητας που να αποτελείται από ένα στρώμα νερού με πάχος ίσο προς το μέσο βάθος της λίμνης, και ένα ομογενή ημιχώρο με ταχύτητα ίση προς την ταχύτητα του ανώτερου στρώματος του ιζηματογενούς σχηματισμού. Προχωρήσατε σε χωροθέτηση βάθους (1-D Time-to-Depth Conversion) και υπολογίσατε το βάθος μέχρι το δάπεδο του ανώτερου στρώματος των ιζημάτων. Ποίο είναι το μέσο βάθος του πυθμένα στρώματος αυτού; 8. Εάν έχετε παρατηρήσει στρώση στον ιλυώδη σχηματισμό και διαφορά ταχύτητας μεταξύ του ανώτερου και κατώτερου στρώματος, χρησιμοποιήσατε την λειτουργία Get 1-D velocity Structure προκειμένου να εισάγετε μία μονοδιάστατη δομή ταχύτητας που να αποτελείται από τρία στρώματα: (α) Το στρώμα νερού με πάχος ίσο προς το μέσο βάθος της λίμνης, (β) το ανώτερο στρώμα των ιζημάτων (ο πυθμένας του να αντιστοιχεί στο ανωτέρω υπολογισθέν μέσο βάθος του στρώματος) και, (γ) ένα ομογενή ημιχώρο με ταχύτητα ίση προς την ταχύτητα του κατώτερου στρώματος του ιζηματογενούς σχηματισμού. 9. Με βάση την ανωτέρω δομή ταχυτήτων, εκτελέσατε χωροθέτηση χρόνου (1-D F-K Migration ή 1-D Phase-shifting Migration) και σχολιάσατε το αποτέλεσμα. Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). 10. Προχωρήσατε σε χωροθέτηση βάθους (1-D Time-to-Depth Conversion) του χρονικά χωροθετημένου ραδιογραφήματος το οποίο τώρα εμφανίζει την δομή μέχρι και την οροφή του υποβάθρου. Φυλάξτε το αποτέλεσμα (επιλογή Data Hold Processed Data). Ποίο είναι το συνολικό πάχος των ιζημάτων; Ποία είναι η συνολική κατακόρυφη διάσταση του «υφάλου» που παρατηρείται σε αποστάσεις μεταξύ 100 150 μέτρων; 9