Von Doria Kutrubes
Radarlösungen International
Einführung
Cranberries werden in den USA seit fast zwei Jahrhunderten angebaut. Sie sind insofern eine ungewöhnliche Pflanze, als sie am besten in Mooren wachsen, die aus Süßwasser bestehen, das von Schichten aus Sand, Torf, Kies und Lehm unterlagert ist. Viele Moore wurden im Laufe der Jahrzehnte durch Überschwemmungen künstlich angelegt, um Preiselbeeren anzubauen. Jetzt arbeiten einige Gerichtsbarkeiten aus Umweltschutzgründen daran, ehemalige Cranberry-Moore wieder in ihren natürlichen, unberührten Zustand zu versetzen.
Radar Solutions International (RSI), Inc. führte eine Reihe von Bodenradaruntersuchungen (GPR) durch, um die stratigraphische Schichtung in vier verschiedenen ehemaligen Cranberry-Moorgebieten mit einer Gesamtfläche von über 60 Acres zu kartieren. Die aus der GPR-Untersuchung gewonnenen Untergrundinformationen werden als Teil eines lokalen Umweltsanierungsprogramms verwendet.
Umfragemethodik
RSI verwendete das 250-MHz-GPR-System NOGGIN® von Sensors & Software und synchronisierte es mit einem Subzentimeter-GPS, das eine Echtzeit-Georeferenzierung unserer GPR-Traversen ermöglichte (Abbildungen 1 und 2).
Die nahtlose Integration des NOGGIN® 250 und unseres GPS ermöglichte es unserer Außendienstmannschaft, äußerst produktiv zu sein, sodass sich das RSI-Personal ausschließlich auf die Datenerfassung konzentrieren konnte, anstatt Zeit mit der Einrichtung eines Vermessungsrasters zu verbringen. Wir stellten fest, dass wir im Vergleich zu früheren GPR-Dienstleistern, die mit der Vermessung des Moors mit älteren GPR-Geräten eines anderen Herstellers beauftragt wurden, fünfmal so viele Daten an einem einzigen Tag sammeln konnten. Bei Verwendung der GPR-GPS-Synchronisation war der maximale Linienabstand in jeder Zelle in diesen Mooren nicht größer als 10 bis 15 Fuß (Abbildung 2). Die hohe Datendichte sorgte für Vertrauen in die Bedingungen zwischen GPR-Linien.
Die Synchronisierung des GPS mit dem GPR sparte auch Nachbearbeitungszeit, da die GPR-Linien nicht mit der Hilfssoftware GFP_Edit zu einer Gitterdatei zusammengesetzt werden mussten, da ihre Positionen bereits georeferenziert waren.
Der andere Vorteil des NOGGIN® besteht darin, dass es das „Stapeln“ von GPR-Signalen in Echtzeit ermöglicht, wodurch die Gesamtuntersuchungstiefe des GPR im Vergleich zu älteren GPR-Systemen erhöht wird.
Dolmetschen
An dieser Stelle traten die Reflexionen mit der höchsten Amplitude dort auf, wo es eine lithologische Veränderung gab, wie z. B. zwischen der Sandfüllung, die von den Cranberry-Farmen hinzugefügt wurde, und einheimischen Torfschichten darunter. Innerhalb der primären Torfschicht wurden auch interne Reflexionen mit niedriger bis hoher Amplitude beobachtet, die dort auftraten, wo sich der Schlick-/Sandgehalt plötzlich ändert, möglicherweise verursacht durch ein Überschwemmungsereignis (Abbildung 3).
Um die Tiefe der lithologischen Schichten zu kartieren, war es notwendig, eine genaue Geschwindigkeit des GPR-Signals durch die gesättigten Schichten zu erhalten. Die GPR-Geschwindigkeit variiert mit der Mineralogie und dem Wassergehalt und wird häufig extrahiert, indem eine Kurve an eine Hyperbel in den GPR-Daten angepasst wird. In diesem Fall gab es jedoch keine hyperbolischen Antworten in den GPR-Daten, mit denen man arbeiten konnte.
Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der GPR-Geschwindigkeit besteht darin, eine lithologische Schicht bekannter Tiefe mit einem Reflektor in den GPR-Daten zu korrelieren. Dazu wurden Kerne mit einem Handbohrer an 7 Stellen in jedem Moor gebohrt (Abbildungen 4 und 5). Durch Korrelation der in den Bohrkernen beobachteten lithologischen Schichten mit den in den GPR-Daten sichtbaren Reflektoren wurde die Geschwindigkeit des GPR-Signals durch den größtenteils gesättigten Sand/die Füllung und den einheimischen Torf auf etwa 0.235 ft/ns bestimmt.
GPR-Querschnitte wurden mit der von Sensors & Software erstellten GPR-Datenanalysesoftware EKKO_Project™ (V5 R3) interpretiert. Mithilfe des Interpretationsmoduls konnten wir Schichten identifizieren und „aussuchen“, die der Sand-Torf-Grenzfläche zugeschrieben werden, sowie die Grenzfläche zwischen dem Boden des Torfs und tieferem Gletscher-/Ablagerungsmaterial.
RSI extrahierte die Tiefen jeder ausgewählten Schicht als GPR-Projektbericht-Tabellenkalkulationsdatei (CSV) und erstellte Konturkarten der Dicken und Tiefen mit dem SURFER©-Programm, das von Golden Software, Inc. erstellt wurde. (Abbildungen 4 und 5).
Ergebnisse
Interpretierte GPR-Ergebnisse von mehreren Moorstandorten zeigen, dass der Sand auf dem Torf umso dicker wurde, je länger das Cranberry-Moor in Betrieb war. Typischerweise war der Sand zwischen 1.5 und 3 Fuß dick, aber in einigen Bereichen war der Sand mehr als 5 Fuß dick (Abbildung 4) .
Wir haben auch beobachtet, dass der Torf in der Mitte des Moores normalerweise mehr als 16 Fuß dick war und sich an den Rändern auf nur wenige Fuß Dicke verjüngte (Abbildung 5).
Zusammenfassung
Die GPR-Untersuchung der ehemaligen Preiselbeermoore war sehr erfolgreich. Das Süßwasser in den Mooren hatte eine niedrige TDS (Total Dissolved Solids) und die Sedimente eine niedrige elektrische Leitfähigkeit. Dadurch konnten die NOGGIN® 250 GPR-Signale in Tiefen von mehr als 20 Fuß eindringen – GPR-Tiefen, die für viele Materialien nicht typisch sind. Die detaillierten Informationen, die RSI über den aktuellen Zustand der Moore entdeckte, erwiesen sich als unschätzbar wertvoll, um mit dem Planungsprozess für die Rückführung in ihren natürlichen Zustand zu beginnen.
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