المضاعفات في بيانات GPR ليست شائعة جدًا إلا في سيناريوهات محددة جدًا مثل تحديد ملامح الجليد والتعدين تحت الأرض ولكنها تحدث في بعض المواقف اليومية التي قد تفاجئك.
يتم إنشاء الغالبية العظمى من بيانات GPR عندما تنعكس إشارات GPR مرة واحدة بعد الانتقال من جهاز إرسال GPR قبل الوصول إلى جهاز استقبال GPR (الشكل 1).
الشكل 1
تُظهر معظم المقاطع العرضية لـ GPR (يمينًا) إشارات GPR التي انعكست مرة واحدة من كائن أو حدود تحت السطح.
ومع ذلك، في بعض الحالات، من الممكن أن تنعكس إشارات GPR مرتين أو ثلاث مرات أو أكثر من نفس الكائن أو الحدود قبل الوصول إلى مستقبل GPR. تسمى هذه الأنواع من الانعكاسات "مضاعفات". يعد تحديد المضاعفات في بيانات GPR الخاصة بك أحد أصعب التفسيرات.
في هذه النصائح، نناقش الشروط اللازمة لحدوث المضاعفات في بيانات GPR ونعرض بعض الأمثلة، بما في ذلك مثال يومي وآخر في ظروف خاصة جدًا.
جليد
المثال الأكثر شيوعًا للمضاعفات في بيانات GPR هو عندما تدخل إشارة GPR إلى طبقة ذات تباينات كبيرة في السماحية العازلة في كل من الجزء العلوي والسفلي من الطبقة. وينتج عن ذلك قيم انعكاسية كبيرة في كلا الواجهتين ويصبح جزء كبير من طاقة GPR "محصورًا" بشكل أساسي في الطبقة وينعكس لأعلى ولأسفل عدة مرات. يمكن رؤية مثال جيد على ذلك في بيانات سمك الجليد (الشكل 2).
الشكل 2
إن الانعكاسية العالية عند الحدود فوق الجليد وتحته تنتج الظروف المثالية لانعكاس إشارات GPR عدة مرات.
يمتلك الجليد سماحية عازلة تبلغ 3.2، في حين أن الهواء فوق الجليد لديه سماحية عازلة تبلغ 1، والماء الموجود أسفل الجليد لديه سماحية عازلة تبلغ 80. وعندما تنتقل إشارة GPR إلى قاع الجليد، فإنها تواجه الجليد. واجهة مائية ذات انعكاس بنسبة 67%، مما يعني أن حوالي 2/3 من الطاقة تنعكس مرة أخرى إلى الجليد. بعد ذلك، عندما تصل إشارة GPR إلى السطح البيني بين الجليد والهواء في الجزء العلوي من الجليد، تبلغ نسبة الانعكاس 28%، مما يؤدي إلى انعكاس كمية كبيرة من الإشارة مرة أخرى إلى الأسفل داخل الجليد، حيث يمكن تكرار العملية عدة مرات حتى يتم إرسال الإشارة. الموهن.
بينما تبدو بيانات GPR وكأن هناك عدة طبقات (الشكل 3)، هناك بالفعل طبقة واحدة انعكست منها إشارة GPR عدة مرات في أوقات سفر أطول فأطول.
حقيقة أن الطبقات تحاكي بعضها البعض تمامًا (الشكل 3) هي إحدى سمات المضاعف الذي يجب البحث عنه لتحديد المضاعفات.
الشكل 3
مضاعفات في بيانات سمك الجليد. الانعكاسان الثاني والثالث يحاكيان الانعكاس الأول في الزمن، لذا يكون الفرق 1 ns في الانعكاس الأول هو 2 ns في الانعكاس الثاني و3 ns في الانعكاس الثالث. وهذا يعني أن اختلافات السُمك، مثل المنطقة على شكل حرف V في الصندوق، تصبح مبالغًا فيها أكثر فأكثر مع زيادة عدد الانعكاسات المتعددة.
برك الماء
المكان الآخر الأكثر شيوعًا لرؤية استجابة مماثلة هو مضاعفات بركة الماء (الشكل 4). عندما تكون بركة المياه عميقة بما يكفي لغمر هوائيات GPR في الماء، يمكن أن تحدث مضاعفات.
الشكل 4
تنتج برك المياه، ذات الانعكاسية العالية عند الحدود فوق وتحت الماء، سيناريو آخر لانعكاس إشارات GPR عدة مرات.
الماء لديه سماحية عازلة تبلغ 80 بينما الهواء فوق البركة لديه سماحية عازلة قدرها 1 والإسفلت الموجود أسفل البركة لديه سماحية عازلة قدرها 6. تبلغ انعكاسية الماء إلى الأسفلت في قاع البركة 57٪ بينما الماء إلى تبلغ نسبة انعكاس الهواء في الجزء العلوي من البركة 80%، مما يؤدي إلى تهيئة الظروف لإنتاج مضاعفات.
الشكل 5
مضاعفات إشارة GPR في بركة الماء. لاحظ أن عمق الماء مبالغ فيه بشكل كبير لإظهار مسار موجات GPR.
تميل المضاعفات عند عبور البركة باستخدام GPR إلى إنتاج استجابات أكثر تعقيدًا مقارنة بالجليد (الشكل 6) لأن البرك غالبًا ما تكون صغيرة بدرجة كافية بحيث يقوم جهاز GPR بجمع البيانات من حواف البركة، حيث يصل عمق المياه إلى الصفر (الشكل 5).
الشكل 6
مضاعفات إشارة GPR في بركة الماء. وبينما يبدو أن عمق الاختراق قد زاد تحت البركة، إلا أن إشارة GPR محاصرة في الغالب في طبقة الماء، مما ينعكس لأعلى ولأسفل عدة مرات. يؤدي تباين عمق المياه عبر البركة وحواف البركة معًا إلى توليد نمط معقد من الاستجابات. لاحظ سرعة السحب للأسفل عند الوصول المباشر إلى الأرض بسبب سرعة الماء البطيئة جدًا (0.033 م/ث) مقارنة بالإسفلت (0.13 م/ث).
إن خطر مضاعفات بركة المياه بالنسبة لمشغلي GPR ذو شقين؛ 1) التفسير الخاطئ بأن المضاعفات تمثل هدفًا حقيقيًا تحت السطح و2) أن هذه الإشارات تخفي الانعكاسات من الأجسام الحقيقية تحت السطح الموجودة أسفل البركة.
افهم أن هذه الاستجابة المتعددة لن تحدث عندما تكون الأرض مبللة ببساطة. يجب أن يكون عمق الماء كافياً لغمر هوائيات الإرسال والاستقبال في الماء.
لقد ناقشنا هذه الظاهرة بمزيد من التفصيل في النشرة الإخبارية لـ Subsurface Views الصادرة في أبريل 2011:
نفس المبادئ الموصوفة هنا يمكن أن تسبب مضاعفات الأنابيب غير المعدنية (الشكل 7). نظرًا لأن الأنبوب غير معدني، يمكن لإشارات GPR أن تدخل الأنبوب وتنعكس من الأسفل. ستواجه بعض هذه الطاقة واجهة الانعكاسية العالية في الجزء العلوي من الأنبوب وتنعكس للأسفل مرة أخرى. يمكن أن تنعكس طاقة GPR مرة واحدة أو أكثر داخل الأنبوب، مما يؤدي إلى إنتاج قطع زائدة تحاكي الاستجابات الزائدية من أعلى وأسفل الأنبوب. ويكون هذا التأثير واضحًا جدًا في الأنابيب المملوءة بالماء (حيث تنتقل إشارات GPR ببطء في الماء وبالتالي تكون أوقات السفر في الماء أطول).
الشكل 7
مضاعفات إشارة GPR في الأنابيب غير المعدنية. يُظهر المقطع العرضي لـ GPR الموجود على اليمين الاستجابات الزائدية من أعلى وأسفل الأنبوب متبوعة بالمضاعفين الأول والثاني. القطع الزائدة متباعدة رأسيًا بشكل متساوٍ لأن وقت السفر يزيد بمقدار قطرين بالضبط للأنبوب لكل انعكاس.
مثالنا الأخير يأتي من البيانات التي تم جمعها في نفق منجم تحت الأرض. أرسل لنا أحد العملاء، شركة Compass Minerals، مثالاً رائعًا لبيانات التردد المنخفض 100 ميجاهرتز التي تم جمعها في منجم ملح يخترق حوالي 15 مترًا (أكثر من 50 قدمًا، الشكل 8).
الشكل 8
تم جمع بيانات التردد المركزي 100 ميجاهرتز عبر نفق طويل في منجم ملح تحت الأرض. لاحظ محتوى التردد العالي، والعاكسات المتموجة قليلاً عند حوالي 50 و100 نانوثانية (عمق 2.5 و5 أمتار). هذه مضاعفات من سقف نفق المنجم
والعاكسات عند حوالي 50 و100 ns هي مضاعفات سقف النفق.
الشكل 9
تم شرح مضاعفتين، الانعكاسات من سقف النفق في المقاطع العرضية لـ GPR في الشكل 8 و10.
أحد الأسباب التي تجعل هذه المضاعفات محتملة هو أنها تتقاطع مع الهياكل الجيولوجية (المربع الأحمر في الشكل 10)، وهو أمر غير مرجح إذا كان الانعكاس ناتجًا عن بنية جيولوجية.
الشكل 10
نفس البيانات الموجودة في الشكل 8 ولكن مع التعليقات التوضيحية لتسليط الضوء على التفاصيل. المضاعف الأول هو حوالي 50 ns والثاني في ضعف الوقت تمامًا، 100 ns. أحد الأدلة على أن هذه مضاعفات هو أنها تتقاطع مع المعالم الجيولوجية (المربع الأحمر). لاحظ أن العاكس الضعيف المشار إليه في أسفل المقطع يحاكي العاكس القوي على مسافة 50 نانوثانية فوقه.
بما أن سرعة إشارة GPR في الهواء معروفة (سرعة الضوء – 0.30 م/نانوثانية)، مثل المضاعفات في مثال الأنابيب غير المعدنية أعلاه، يمكننا حساب ارتفاع النفق:
تمرين تفسيري مثير للاهتمام هو تحديد ما إذا كان العاكس الأعمق والأضعف والمموج عند أعماق 12 إلى 15 مترًا، والذي يحاكي العاكس الأقوى عند أعماق 9 إلى 12 مترًا، هو عاكس حقيقي أم متعدد. إذا لاحظت أن فارق التوقيت هو 50 ns، وهو بالضبط نفس المضاعفات الأعلى في القسم، فسرعان ما تتوصل إلى نتيجة مفادها أن السبب هو طاقة GPR التي انعكست من السقف واخترقت ما تحت السطح لتنعكس من الحقيقي عاكس على مسافة 9 إلى 12 مترًا، مع تأخير قدره 50 نانو ثانية - وهو الوقت الذي يستغرقه الانعكاس من السقف. يتم تحريك هذا المسار بواسطة الأسهم السوداء في الشكل 11.
الشكل 11
يتم إنشاء العاكس القوي المتموج على ارتفاع 9 إلى 12 مترًا في الشكل 10 بواسطة طاقة GPR التي تتبع مسار الأسهم الزرقاء في هذه الرسوم المتحركة. من المحتمل ألا يكون العاكس الأعمق والأضعف المشار إليه في الجزء السفلي من الشكل 10 عاكسًا حقيقيًا، ولكنه ناتج عن إشارة GPR المنعكسة من سقف النفق قبل الدخول إلى تحت السطح والمنعكسة من العاكس القوي المتموج على عمق 9 -إلى 12 مترًا (الأسهم السوداء). توضح هذه الرسوم المتحركة مسارات إشارات GPR التي تتحد لإنشاء المقطع العرضي لـ GPR في الشكلين 8 و10.
لا تكون المضاعفات مرئية غالبًا في بيانات GPR، ولكن في المواقف ذات الحدود الانعكاسية العالية، مثل هذه الأمثلة، يجب الحذر منها والحرص على عدم تفسيرها على أنها عاكسات حقيقية تحت السطح.
