GPR 데이터의 배수는 얼음 프로파일링 및 지하 채굴과 같은 매우 구체적인 시나리오를 제외하고는 흔하지 않지만 놀랄 수 있는 몇 가지 일상적인 상황에서 발생합니다.
GPR 데이터의 대부분은 GPR 신호가 GPR 송신기에서 이동한 후 GPR 수신기에 도착하기 전에 한 번 반사될 때 생성됩니다(그림 1).
그림 1
대부분의 GPR 단면(오른쪽)은 표면 아래 물체나 경계에서 한 번 반사된 GPR 신호를 보여줍니다.
그러나 어떤 상황에서는 GPR 신호가 GPR 수신기에 도달하기 전에 동일한 물체나 경계에서 두 번, 세 번 이상 반사될 수 있습니다. 이러한 유형의 반사를 "다중"이라고 합니다. GPR 데이터에서 배수를 식별하는 것은 가장 어려운 해석 중 하나입니다.
이번 TIPS에서는 GPR 데이터에서 배수가 발생하는 데 필요한 조건에 대해 논의하고 일상적인 예와 매우 특별한 상황에서의 예를 포함한 몇 가지 예를 보여줍니다.
얼음
GPR 데이터에서 배수의 가장 일반적인 예는 GPR 신호가 층의 상단과 하단 모두에서 유전율의 대비가 큰 층에 들어가는 경우입니다. 이로 인해 두 인터페이스 모두에서 큰 반사율 값이 발생하고 GPR 에너지의 상당 부분이 본질적으로 레이어에 "갇혀" 여러 번 위아래로 반사됩니다. 이에 대한 좋은 예는 얼음 두께 데이터에서 볼 수 있습니다(그림 2).
그림 2
얼음 위와 아래 경계 모두에서 높은 반사율은 GPR 신호가 여러 번 반사되는 완벽한 조건을 생성합니다.
얼음의 유전율은 3.2인 반면, 얼음 위의 공기의 유전율은 1이고, 얼음 아래의 물의 유전율은 80입니다. GPR 신호가 얼음 바닥으로 이동하면 얼음과 만나게 됩니다. 반사율이 67%인 물 인터페이스는 에너지의 약 2/3가 얼음으로 다시 반사된다는 의미입니다. 그런 다음 GPR 신호가 얼음 상단의 얼음-공기 경계면에 도달하면 반사율이 28%가 되어 상당량의 신호가 다시 얼음으로 반사됩니다. 이 과정은 신호가 사라질 때까지 여러 번 반복할 수 있습니다. 약화.
GPR 데이터는 여러 레이어가 있는 것처럼 보이지만(그림 3), 실제로 GPR 신호가 점점 더 길어지는 이동 시간에 걸쳐 여러 번 반사되는 레이어가 하나 있습니다.
레이어가 서로 완벽하게 모방한다는 사실(그림 3)은 배수를 식별하기 위해 찾는 배수의 특성입니다.
그림 3
얼음 두께 데이터의 배수. 두 번째와 세 번째 반사는 시간상 첫 번째 반사를 모방하므로 첫 번째 반사의 1ns 차이는 두 번째 반사에서는 2ns이고 세 번째 반사에서는 3ns입니다. 이는 다중 반사 횟수가 증가함에 따라 상자의 V자형 영역과 같은 두께 변화가 점점 더 과장된다는 것을 의미합니다.
물 웅덩이
유사한 반응을 볼 수 있는 또 다른 일반적인 장소는 물 웅덩이에서 발생하는 배수입니다(그림 4). 물 웅덩이가 두 GPR 안테나를 모두 물에 잠길 만큼 깊으면 여러 개가 발생할 수 있습니다.
그림 4
물 위와 아래 경계 모두에서 반사율이 높은 물 웅덩이는 GPR 신호가 여러 번 반사되는 또 다른 시나리오를 생성합니다.
물의 유전 유전율은 80인 반면, 웅덩이 위의 공기의 유전 유전율은 1이고, 웅덩이 아래의 아스팔트의 유전 유전율은 6입니다. 웅덩이 바닥의 물-아스팔트 반사율은 57%인 반면 물은 80%입니다. 웅덩이 상단의 공기 반사율은 XNUMX%로 배수를 생성할 수 있는 조건을 갖습니다.
그림 5
물 웅덩이에서 GPR 신호 배수. GPR파의 경로를 보여주기 위해 수심이 크게 과장되었습니다.
GPR을 사용하여 웅덩이를 건널 때 다중 반응은 얼음에 비해 훨씬 더 복잡한 반응을 생성하는 경향이 있습니다(그림 6) 웅덩이는 종종 GPR이 수심이 XNUMX이 되는 웅덩이 가장자리에서 데이터를 수집할 만큼 작기 때문입니다(그림 5).
그림 6
물 웅덩이에서 GPR 신호 배수. 웅덩이 아래로 침투 깊이가 늘어난 것처럼 보이지만 GPR 신호는 대부분 물층에 갇혀 여러 번 위아래로 반사됩니다. 웅덩이 전체의 다양한 수심과 웅덩이 가장자리는 함께 복잡한 반응 패턴을 생성합니다. 아스팔트(0.033m/ns)에 비해 물의 속도(0.13m/ns)가 매우 느리기 때문에 직접 지상 도착 시 속도가 감소하는 것을 확인하세요.
GPR 운영자에게 물웅덩이 배수의 위험은 두 배입니다. 1) 배수가 실제 지하 목표를 나타낸다는 잘못된 해석, 2) 이러한 신호가 웅덩이 아래 실제 지하 물체의 반사를 가리고 있다는 것입니다.
땅이 단순히 젖어 있을 때는 이러한 다중 반응이 발생하지 않는다는 점을 이해하십시오. 수심은 송신 안테나와 수신 안테나가 모두 물에 잠길 만큼 충분해야 합니다.
우리는 2011년 XNUMX월 Subsurface Views 뉴스레터에서 이 현상에 대해 더 자세히 논의했습니다:
여기에 설명된 동일한 원리로 인해 비금속 파이프 배수(그림 7). 파이프가 비금속이기 때문에 GPR 신호가 파이프에 들어가 바닥에서 반사될 수 있습니다. 그 에너지 중 일부는 파이프 상단의 높은 반사율 인터페이스를 만나 다시 아래쪽으로 반사됩니다. GPR 에너지는 파이프 내에서 한 번 이상 반사되어 파이프 상단과 하단의 쌍곡선 반응을 모방하는 쌍곡선을 생성할 수 있습니다. 이 효과는 물이 채워진 파이프에서 매우 두드러집니다(GPR 신호는 물 속에서 천천히 이동하므로 물 속에서의 이동 시간이 더 길어집니다).
그림 7
비금속 파이프의 GPR 신호 배수. 오른쪽의 GPR 단면은 파이프 상단과 하단의 쌍곡선 응답과 그 뒤의 첫 번째 배수와 두 번째 배수를 보여줍니다. 각 반사에 대해 이동 시간이 정확히 두 파이프 직경만큼 증가하므로 쌍곡선은 수직으로 동일한 간격으로 배치됩니다.
마지막 예는 지하 광산 터널에서 수집된 데이터에서 나온 것입니다. 고객인 Compass Minerals는 약 100미터(15피트 이상, 그림 50)를 관통하는 소금 광산에서 수집된 저주파 8MHz 데이터의 훌륭한 예를 보내왔습니다.
그림 8
지하 소금 광산의 긴 터널을 통해 수집된 100MHz 중심 주파수 데이터입니다. 약 50ns와 100ns(2.5m와 5m 깊이)에서 반사판이 약간 물결 모양으로 나타나는 더 높은 주파수 콘텐츠를 확인하세요. 이것은 광산 터널 천장의 배수입니다.
약 50ns와 100ns의 반사경은 터널 천장의 배수입니다.
그림 9
그림 8과 10의 GPR 단면에는 터널 천장의 두 배수, 반사가 주석으로 표시되어 있습니다.
이것이 다중일 가능성이 있는 이유 중 하나는 지질 구조(그림 10의 빨간색 상자)를 가로지르기 때문입니다. 반사가 지질 구조에 의해 발생한 경우에는 그럴 가능성이 없습니다.
그림 10
그림 8과 동일한 데이터이지만 세부 사항을 강조하기 위한 주석이 있습니다. 첫 번째 배수는 약 50ns이고 두 번째 배수는 정확히 두 배인 100ns입니다. 이것이 배수라는 한 가지 단서는 지질학적 특징(빨간색 상자)을 가로지른다는 것입니다. 섹션 하단에 표시된 약한 반사기는 그 위에 있는 50ns의 강한 반사기를 모방합니다.
위의 비금속 파이프 예의 배수처럼 공기 중 GPR 신호의 속도(빛의 속도 – 0.30m/ns)가 알려져 있으므로 터널의 높이를 계산할 수 있습니다.
흥미로운 해석 연습은 12~15m 깊이의 더 강한 반사경을 모방한 9~12m 깊이의 더 깊고 약하며 물결 모양의 반사경이 실제 반사경인지 배수인지 결정하는 것입니다. 시간차가 섹션의 더 높은 배수와 정확히 동일한 50ns라는 것을 알면 천장에서 반사되어 지하를 관통하여 실제에서 반사되는 GPR 에너지에 의한 것이라는 결론에 빨리 도달합니다. 9~12미터의 반사경, 50ns의 지연(천장에서 반사되는 데 걸린 시간). 이 경로는 그림 11의 검은색 화살표로 애니메이션됩니다.
그림 11
그림 9에서 12~10미터 높이의 강력하고 물결 모양의 반사판은 이 애니메이션의 파란색 화살표 경로를 따라가는 GPR 에너지에 의해 생성됩니다. 그림 10의 하단에 표시된 더 깊고 약한 반사경은 실제 반사경이 아닐 가능성이 높지만 지하로 들어가기 전 터널 천장에서 반사되어 깊이 9의 강하고 기복이 있는 반사경에서 반사되는 GPR 신호로 인해 발생하는 반사경입니다. -12미터까지(검은색 화살표). 이 애니메이션은 그림 8과 10에서 GPR 단면을 생성하기 위해 결합되는 GPR 신호의 경로를 보여줍니다.
다중은 GPR 데이터에서 흔히 볼 수 없지만, 이러한 예와 같이 반사율 경계가 높은 상황에서는 이를 주의하고 실제 지하 반사체로 해석하지 않도록 주의하십시오.
