Los múltiplos en los datos GPR no son muy comunes, excepto en escenarios muy específicos, como la elaboración de perfiles de hielo y la minería subterránea, pero ocurren en un par de situaciones cotidianas que pueden sorprenderle.
La gran mayoría de los datos GPR se crean cuando las señales GPR se reflejan una vez después de viajar desde el transmisor GPR antes de llegar al receptor GPR (Figura 1 y XNUMX).
Figura 1 y XNUMX
La mayoría de las secciones transversales de GPR (derecha) muestran señales de GPR que se han reflejado una vez desde un objeto o límite subsuperficial.
Sin embargo, en algunas situaciones, es posible que las señales GPR se reflejen dos, tres o más veces desde el mismo objeto o límite antes de llegar al receptor GPR. Este tipo de reflexiones se denominan “múltiplos”. Identificar múltiplos en sus datos GPR es una de las interpretaciones más difíciles.
En estos TIPS, analizamos las condiciones necesarias para que se produzcan múltiplos en los datos GPR y mostramos algunos ejemplos, incluido un ejemplo cotidiano y otros en circunstancias muy especiales.
Hielo
El ejemplo más común de múltiplos en datos GPR es cuando la señal GPR ingresa a una capa con grandes contrastes en la permitividad dieléctrica tanto en la parte superior como en la inferior de la capa. Esto da como resultado grandes valores de reflectividad en ambas interfaces y gran parte de la energía del GPR queda esencialmente "atrapada" en la capa y se refleja hacia arriba y hacia abajo varias veces. Un buen ejemplo de esto se puede ver en los datos del espesor del hielo (Figura 2 y XNUMX).
Figura 2 y XNUMX
La alta reflectividad en ambos límites, encima y debajo del hielo, produce las condiciones perfectas para que las señales GPR se reflejen varias veces.
El hielo tiene una permitividad dieléctrica de 3.2, mientras que el aire sobre el hielo tiene una permitividad dieléctrica de 1 y el agua debajo del hielo tiene una permitividad dieléctrica de 80. Cuando la señal GPR viaja hasta el fondo del hielo, encuentra el hielo. interfaz de agua con una reflectividad del 67%, lo que significa que aproximadamente 2/3 de la energía se refleja nuevamente en el hielo. Luego, cuando la señal GPR llega a la interfaz hielo-aire en la parte superior del hielo, la reflectividad es del 28%, lo que da como resultado una cantidad significativa de señal que se refleja nuevamente hacia el hielo, donde el proceso puede repetirse varias veces hasta que la señal sea atenuado.
Si bien los datos GPR parecen tener varias capas (Figura 3 y XNUMX), en realidad hay una capa desde la que la señal GPR se ha reflejado varias veces en tiempos de viaje cada vez más largos.
El hecho de que las capas se imiten perfectamente entre sí (Figura 3 y XNUMX) es una característica de un múltiplo que se debe buscar para identificar múltiplos.
Figura 3 y XNUMX
Múltiplos en datos de espesor del hielo. La segunda y tercera reflexión imitan la primera reflexión en el tiempo, por lo que una diferencia de 1 ns en la primera reflexión es 2 ns en la segunda reflexión y 3 ns en la tercera reflexión. Esto significa que las variaciones de espesor, como el área en forma de V en la caja, se exageran cada vez más a medida que aumenta el número de reflexiones múltiples.
Charcos de agua
Otro lugar más común para ver una respuesta similar son los múltiplos de un charco de agua (Figura 4 y XNUMX). Cuando un charco de agua es lo suficientemente profundo como para sumergir ambas antenas GPR en el agua, pueden ocurrir múltiples.
Figura 4 y XNUMX
Los charcos de agua, con alta reflectividad en ambos límites por encima y por debajo del agua, producen otro escenario en el que las señales GPR se reflejan varias veces.
El agua tiene una permitividad dieléctrica de 80, mientras que el aire sobre el charco tiene una permitividad dieléctrica de 1 y el asfalto debajo del charco tiene una permitividad dieléctrica de 6. La reflectividad del agua al asfalto en el fondo del charco es del 57%, mientras que el agua a La reflectividad del aire en la parte superior del charco es del 80%, lo que da como resultado las condiciones para producir múltiples.
Figura 5 y XNUMX
Señales GPR múltiples en un charco de agua. Tenga en cuenta que la profundidad del agua está muy exagerada para mostrar la trayectoria de las ondas GPR.
Los múltiples al cruzar un charco con GPR tienden a producir respuestas mucho más complejas en comparación con el hielo (Figura 6 y XNUMX) porque los charcos suelen ser lo suficientemente pequeños como para que el GPR recopile datos de los bordes del charco, donde la profundidad del agua llega a cero (Figura 5 y XNUMX).
Figura 6 y XNUMX
Señales GPR múltiples en un charco de agua. Si bien parece que la profundidad de penetración ha aumentado debajo del charco, la señal GPR queda atrapada en su mayor parte en la capa de agua, reflejándose hacia arriba y hacia abajo varias veces. La diferente profundidad del agua a lo largo del charco y los bordes del charco generan en conjunto un patrón complejo de respuestas. Tenga en cuenta la reducción de la velocidad en la llegada directa al suelo debido a la velocidad muy lenta del agua (0.033 m/ns) en comparación con el asfalto (0.13 m/ns).
El peligro de que se produzcan múltiples charcos de agua para los operadores de GPR es doble; 1) interpretación errónea de que los múltiplos representan un objetivo real del subsuelo y 2) que estas señales enmascaran los reflejos de objetos reales del subsuelo debajo del charco.
Comprenda que esta respuesta múltiple NO ocurrirá cuando el suelo simplemente esté mojado. La profundidad del agua debe ser suficiente para sumergir tanto la antena transmisora como la receptora en el agua.
Discutimos este fenómeno con más detalle en el boletín Subsurface Views de abril de 2011:
Los mismos principios descritos aquí pueden causar múltiples tuberías no metálicas (Figura 7 y XNUMX). Dado que la tubería no es metálica, las señales GPR pueden ingresar a la tubería y reflejarse desde el fondo. Luego, parte de esa energía encontrará la interfaz de alta reflectividad en la parte superior de la tubería y se reflejará hacia abajo nuevamente. La energía GPR puede reflejarse una o más veces dentro de la tubería, produciendo hipérbolas que imitan las respuestas hiperbólicas desde la parte superior e inferior de la tubería. Este efecto es muy pronunciado en tuberías llenas de agua (ya que las señales GPR viajan lentamente en el agua y, por lo tanto, los tiempos de viaje en el agua son más largos).
Figura 7 y XNUMX
Múltiples señales GPR en una tubería no metálica. La sección transversal de GPR a la derecha muestra las respuestas hiperbólicas de la parte superior e inferior de la tubería seguidas del primer y segundo múltiplo. Las hipérbolas están espaciadas verticalmente porque el tiempo de viaje aumenta exactamente dos diámetros de tubería por cada reflexión.
La diferencia en el tiempo de viaje entre las reflexiones se puede utilizar para determinar el diámetro aproximado de la tubería (pero sólo cuando se conoce el material de la tubería). Hablamos de esto en una historia de nuestro boletín informativo de enero de 2020 (https://www.sensoft.ca/blog/tips-determining-pipe-diameter-from-gpr-data/).
Minas Subterráneas
Nuestro último ejemplo proviene de datos recopilados en el túnel de una mina subterránea. Un cliente, Compass Minerals, nos envió un fantástico ejemplo de datos de baja frecuencia de 100 MHz recopilados en una mina de sal que penetra unos 15 metros (más de 50 pies, Figura 8).
Figura 8 y XNUMX
Datos de frecuencia central de 100 MHz recopilados en un largo túnel en una mina de sal subterránea. Observe el contenido de mayor frecuencia, reflectores ligeramente ondulados a aproximadamente 50 y 100 ns (2.5 y 5 m de profundidad). Estos son múltiplos del techo del túnel de la mina.
Los reflectores a aproximadamente 50 y 100 ns son múltiplos del techo del túnel.
Figura 9 y XNUMX
Dos reflejos múltiples del techo del túnel están anotados en las secciones transversales de GPR en las Figuras 8 y 10.
Una de las razones por las que es probable que sean múltiplos es porque atraviesan estructuras geológicas (cuadro rojo en la Figura 10), lo que sería poco probable si el reflejo fuera causado por una estructura geológica.
Figura 10 y XNUMX
Mismos datos que la Figura 8 pero con anotaciones para resaltar los detalles. El primer múltiplo es de unos 50 ns y el segundo exactamente el doble de tiempo, 100 ns. Una pista de que se trata de múltiplos es que atraviesan características geológicas (cuadro rojo). Tenga en cuenta que el reflector débil indicado en la parte inferior de la sección imita el reflector fuerte 50 ns encima de él.
Dado que se conoce la velocidad de la señal GPR en el aire (velocidad de la luz – 0.30 m/ns), como los múltiplos del ejemplo anterior de tubería no metálica, podemos calcular la altura del túnel:
Distancia = (tiempo * velocidad) / 2 = (50 ns * 0.30 m/ns) / 2 = 7.5 metros
Un interesante ejercicio de interpretación es determinar si el reflector más profundo, más débil y ondulado a una profundidad de 12 a 15 metros, que imita al reflector más fuerte a una profundidad de 9 a 12 metros, es un reflector real o un reflector múltiple. Si notas que la diferencia de tiempo es de 50 ns, exactamente igual que los múltiplos superiores en la sección, rápidamente llegas a la conclusión de que es causada por la energía GPR que se reflejó desde el techo y penetró en el subsuelo para reflejarse en el mundo real. reflector de 9 a 12 metros, con un retraso de 50 ns, el tiempo que tardó en reflejarse desde el techo. Este camino está animado por las flechas negras en la Figura 11.
Figura 11 y XNUMX
El fuerte reflector ondulado de 9 a 12 metros en la Figura 10 es creado por la energía GPR que sigue la trayectoria de las flechas azules en esta animación. El reflector más profundo y débil indicado en la parte inferior de la Figura 10 probablemente no sea un reflector real, sino uno causado por la señal GPR que se refleja desde el techo del túnel antes de ingresar al subsuelo y se refleja desde el reflector fuerte y ondulado a una profundidad de 9 -a-12 metros (flechas negras). Esta animación muestra las rutas de las señales GPR que se combinan para generar la sección transversal del GPR en las Figuras 8 y 10.
Los múltiplos no suelen ser visibles en los datos GPR, pero en situaciones con un límite de alta reflectividad, como estos ejemplos, esté atento a ellos y tenga cuidado de no interpretarlos como reflectores reales del subsuelo.
