Bei der Interpretation von GPR-Daten, bei denen das Verständnis der geologischen Struktur das Ziel ist, ist häufig die Quantifizierung der Steigung (normalerweise als "Dip" bezeichnet) von Schnittstellen erwünscht. Rohe GPR-Querschnitte sind keine "wahren" Darstellungen der Geometrie unter der Oberfläche. Vereinfachende Dip-Schätzungen ergeben fehlerhafte Werte für Dips, wenn das GPR-Wellenverhalten bei der Berechnung nicht berücksichtigt wird. Das Folgende ist eine sehr allgemeine Zusammenfassung, die auf vereinfachten Annahmen basiert. Dieses Thema kann viel komplexer werden.
GPR-Daten werden normalerweise in Querschnittsbildern mit einer horizontalen Positionsachse und einer vertikalen Zeitachse angezeigt (Abbildung 1). Die Zeit (t) wird häufig in die Tiefe (z) umgewandelt, indem die Wellengeschwindigkeit (v) in der Gleichung bekannt ist:
z = vt2
wobei t die Hin- und Rücklaufzeit der GPR-Welle im Untergrund ist.
Eine rohe GPR-Querschnittsanzeige ist eine schnelle und bequeme Methode zur Schätzung der Zieltiefe, sollte jedoch nicht als "echtes" Bild des Untergrunds ausgelegt werden.
Der normale Ausdruck für eine Neigungs- oder Steigungsberechnung ist die Änderung der Tiefe Δz gegenüber dem horizontalen Abstand Δxentlang des Profils und ausgedrückt als:
θ = tan-1 ( ΔzΔx )
Die Steigung wird am häufigsten als Neigungswinkel θ ausgedrückt, der der Winkel ist, in dem die Grenzfläche auf die Bodenoberfläche trifft (Abbildung 2a). Wenn die Tiefen eines GPR-Querschnitts und dieser Ausdruck zur Berechnung des Neigungswinkels verwendet werden, ist der Wert falsch. Der Grund ist, dass die auf dem einfachen GPR-Querschnitt gezeigten Tiefen nicht mit den Signalstrahlengängen im Untergrund übereinstimmen.
Diese Grundkonzepte sind in Abbildung 2 dargestellt.
Fig. 2a zeigt die GPR-Signalstrahlengänge. Es wird oft angenommen, dass der GPR-Sender und -Empfänger zusammenfallen, was für die meisten Reflexionsuntersuchungen eine sehr gute Annäherung darstellt. Die GPR-Signale wandern auf geraden Wegen zur Schnittstelle und werden zum GPR-System zurückreflektiert. Für einen GPR sind zwei Strahlengänge an den Positionen A und B auf der Oberfläche gezeigt; Die GPR-Signale werden von der geneigten Grenzfläche an den Punkten A 'und B' reflektiert. Die Längen der Strahlengänge A-A 'und B-B' sind L1 und L2.
Der Standard-GPR-Querschnitt zeigt das reflektierte Signal direkt unter der GPR-Position auf der Oberfläche an (Abbildung 2b). Tatsächlich bewegen sich die Signale schräg oder
nicht vertikaler Pfad zum Zielreflexionspunkt auf der geneigten Oberfläche. In einem GPR-Querschnitt erscheint die Antwort für den Pfad A-A 'zum Zeitpunkt 2L1 / v und für B-B 'zum Zeitpunkt 2L1 / vwobei v die GPR-Signalgeschwindigkeit in dem prospektierten Medium ist.
Die gepunktete schwarze Linie in Abbildung 2c zeigt den abgebildeten Reflexionshorizont. Durch die Verwendung einer einfachen Zeit-zu-Tiefe-Konvertierung ändert Abbildung 2c die GPR-Bildgeometrie nicht.
In einem GPR-Querschnitt hat die geneigte Grenzfläche die Neigung (Steigung) & thgr;GPR, was mit dem wahren Grenzflächendip θ wie folgt zusammenhängt
BräuneθGPR = Schräglage = ΔzΔx = (L2 - L1)Δx = Sündeθ
Der wahre Einbruch kann leicht berechnet werden als:
θ = Sünde-1 (bräunen θ GPR)
θ = Sünde-1 ( ΔzΔx )
Verwenden Sie beispielsweise die GPR-Daten in Abbildung 1:
θ = 28 Grad
Zwei wichtige Dinge zu beachten sind:
- In einem einfachen Querschnitt, GPR dip, θGPR wird immer kleiner sein als der wahre Einbruch.
- Der GPR-Bildabfall kann nur zwischen liegen θ und ± 45 Grad, während die tatsächliche Steigung zwischen liegen kann θ und ± 90 Grad.
Alternativ können fortgeschrittene Benutzer die Migrationsverarbeitung anwenden, um den GPR-Abschnitt wieder in einen echten Geometriequerschnitt zu konvertieren. Wenn die Migration die beobachteten "Antworten" an ihren "wahren" Ort zurückbewegt, sollte die Messung der Neigung auf einem migrierten Abschnitt die richtige Neigung ergeben. Daher ist Migration ein weiterer Weg, um die wahre Dip-Schätzung zu ermitteln.
Diese Diskussion ist eine sehr einfache Ansicht dieser Konzepte. In Wirklichkeit ist die Welt dreidimensional und es gibt keine Gewissheit, dass der GPR-Querschnitt mit dem steilsten Gefälle ausgerichtet ist (dies würde durch einen GPR-Querschnitt deutlich werden, der senkrecht zum Aufprall der Struktur gesammelt wird). Wenn eine vollständige Bewertung der Geometrie erforderlich ist, müssen unbedingt GPR-Daten in zwei orthogonalen Richtungen erfasst werden. Dies stellt sicher, dass die Ausrichtung des Streiks ermittelt und in die Analyse einbezogen werden kann. Diese Details gehen über den Rahmen dieses Artikels hinaus.
Sanddünen-Daten in den Abbildungen 1 und 3 mit freundlicher Genehmigung von Todd Thompson, Indiana Geological Survey.
