Umweltgeophysik an der Oklahoma State University

Professoren der Oklahoma State University beschreiben die Einrichtung des ersten Geophysik-Studiengangs der Schule und die Durchführung eines Felderfassungsprojekts für ihren neuen Kurs für Umweltgeophysik, bei dem die Studenten EKKO-GPR-Daten mit niedriger Mittenfrequenz über einem vermuteten Fehler sammeln mussten.

Von Camelia C. Knapp, Ahmed Ismail und James H. Knapp

Als Reaktion auf unsere sich entwickelnde geowissenschaftliche Disziplin und die globale Energiewende hat die Boone Pickens School of Geology (BPSoG) an der Oklahoma State University (OSU) kürzlich ihre Bachelor of Science (BS)-Abschlussmöglichkeiten diversifiziert und erweitert. Aufbauend auf mehr als 70 Jahren eines traditionsreichen BS-Programms für Geologie mit Schwerpunkt auf Erdölgeologie mit so bemerkenswerten Absolventen wie T. Boone Pickens haben wir neue BS-Abschlüsse in Geophysik (2021) und Umweltgeowissenschaften (2022) sowie Konzentrationen in eingeführt Umweltgeologie, Vorrecht, Sekundarschulabschluss und Erdölgeologie in unserem traditionellen Geologie BS (2018).

Begleitend zu diesen neuen Studiengängen gibt es neue, praktische, praxisbezogene Kurse, einschließlich Umweltgeophysik, für Studenten und Doktoranden der Oberstufe. Dr. Camelia Knapp und Ahmed Ismail leiten diesen Kurs gemeinsam, der Unterricht in Bodenradar (GPR), seismischer Refraktion, Mehrkanalanalyse von Oberflächenwellen (MASW), elektrischem Widerstand, spontanem Potential, Schwerkraft und magnetischen Methoden umfasst. Das BPSoG baute auf einem früheren pulseEKKO 100-System auf, indem es das pulseEKKO PRO-System mit 25-, 50-, 100- und 200-MHz-Mittelfrequenzantennen kaufte. Das Erweitern des Bereichs der Antennenfrequenz bietet die Möglichkeit, das System für mehr geologische, hydrologische und Umweltanwendungen zu verwenden.

Darüber hinaus haben wir studentenbasierte wissenschaftliche Untersuchungen in unseren neuen Geophysik-Lehrplan aufgenommen, wobei wir uns auf lokale Probleme von unterirdischem geologischem Interesse stützen und Studenten aktiv in die Grundstudienforschung einbeziehen. Im Herbst 2022 schrieben sich 22 Studenten zusammen mit interessierten Freiwilligen für Umweltgeophysik ein (Abbildung 1), beteiligte sich an der Integration dieser geophysikalischen Techniken für ein Klassenprojekt.

Figure 1

Teilnehmer der Feldkampagne OSU Environmental Geophysics 2022 (S. Cotton).

Das Untersuchungsziel war eine 4 km lange Böschung mit etwa 15-20 Metern topografischer Variation entlang der Cimarron River Drainage im südwestlichen Payne County, Oklahoma, die vorläufig als Coyle Escarpment bezeichnet wird (Abbildung 2), was einen unerkannten Fehler darstellen kann. Dieser Standort bot ein faszinierendes wissenschaftliches Ziel in der Nähe des OSU-Campus, der auf öffentlichem Grund entlang der Kreisstraßen zugänglich ist.

Figure 2

NS-topografisches Profil über ~WE-streichenden Coyle-Steilhang (markiert durch Vegetation) mit ~15-20 m Relief entlang eines linearen Trends innerhalb der Cimarron River-Entwässerung im südwestlichen Payne County, OK (siehe Einschub). Der rote Pfeil in der Abbildung markiert die Basis der Böschung; Die rosa Linie (~800 m) zeigt die Lage der geophysikalischen Profile. (Bild und Profil mit freundlicher Genehmigung von Google Earth.)

Das pulseEKKO PRO GPR-System wurde in Verbindung mit seismischen Refraktions-, MASW- und elektrischen Widerstandsmethoden verwendet, um die Geometrie der unterirdischen Stratigraphie in Bezug auf die Oberflächentopographie zu charakterisieren. Seismische Aktivität war in den letzten zehn Jahren in Payne County üblich, und WE-markierende Verwerfungen wurden zuvor in der Region aus unterirdischen Studien erkannt. Das Ziel für die Schüler war es, den Ursprung dieses topografischen Merkmals entweder als strukturell, erosiv oder als eine Kombination davon zu bewerten.

Die GPR-Datenerfassung bestand aus zwei nebeneinander angeordneten 723-m-Profilen mit 50- und 100-MHz-Mittelfrequenzantennen (Abbildung 3). Diese Profile wurden von den Studenten ohne weiteres erworben, und die verwendeten geophysikalischen Techniken lieferten die einzigen grafischen Bilder der Geometrie der unterirdischen stratigrafischen Grenzen über die Böschung.

Figure 3

GPR-Erfassung mit pulseEKKO PRO 100-MHz-Antennen, die auf einem SmartCart montiert sind. Das Substrat ist nicht konsolidierter sandiger Lehm, der als fluviale Terrassenablagerungen aus dem Quartär kartiert wurde. Die GPR-Crew im Bild von L bis R: Amanda Harding, Ben Emmert, Clayton Hedges, Luke Gallery, Izabelle Buentello und Megan Garrett. (S. Baumwolle)

Zusätzlich wurden entlang des Transekts Common Midpoint (CMP)-Profile gesammelt (Abbildung 4) mit den 50-MHz-Antennen, die zur Bestimmung der elektromagnetischen Geschwindigkeit von ~ 0.116 m / ns verwendet wurden.

Figure 4

Common Mid-Point (CMP)-Ansammlung von 50-MHz-Mittenfrequenzantennen, die mit einer Ausdehnung (40 m) auf dem Profil nördlich der Böschung gesammelt wurden. (A) Identifizierung der Ankünfte. (B) Normal moveout (NMO) bei Reflexionen zwischen 30-130 ns impliziert eine Geschwindigkeit von 0.116 m/ns für den flachen Untergrund.

Zum jetzigen Zeitpunkt sind die Analyse und Interpretation der Daten im Gange, aber die an dem Projekt beteiligten Studenten profitierten eindeutig von der praktischen Erfahrung bei der Lösung eines realen Problems. Wir beabsichtigen, diese geophysikalischen Techniken in einen geophysikalischen Sommer-Feldkurs an unserer OSU-Feldstation in Cañon City, Colorado, als Schlusssteinerfahrung für unsere Geophysik-Majors zu integrieren.

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