Múltiplos em dados GPR não são muito comuns, exceto em cenários muito específicos, como perfis de gelo e mineração subterrânea, mas ocorrem em algumas situações cotidianas que podem surpreendê-lo.
A grande maioria dos dados GPR é criada quando os sinais GPR refletem uma vez após viajarem do transmissor GPR antes de chegarem ao receptor GPR (Figura 1).
Figura 1
A maioria das seções transversais do GPR (à direita) mostram sinais GPR que foram refletidos uma vez em um objeto ou limite de subsuperfície.
Contudo, em algumas situações, é possível que os sinais GPR reflitam duas, três ou mais vezes do mesmo objeto ou limite antes de chegar ao receptor GPR. Esses tipos de reflexões são chamados de “múltiplos”. Identificar múltiplos em seus dados GPR é uma das interpretações mais difíceis.
Neste TIPS, discutimos as condições necessárias para que múltiplos ocorram em dados GPR e mostramos alguns exemplos, incluindo um exemplo cotidiano e outros em circunstâncias muito especiais.
Gelo
O exemplo mais comum de múltiplos em dados GPR é quando o sinal GPR entra em uma camada com grandes contrastes na permissividade dielétrica na parte superior e inferior da camada. Isso resulta em grandes valores de refletividade em ambas as interfaces e grande parte da energia GPR fica essencialmente “presa” na camada e é refletida para cima e para baixo várias vezes. Um bom exemplo disso pode ser visto nos dados de espessura do gelo (Figura 2).
Figura 2
A alta refletividade em ambos os limites acima e abaixo do gelo produz as condições perfeitas para que os sinais GPR reflitam múltiplas vezes.
O gelo tem uma permissividade dielétrica de 3.2, enquanto o ar acima do gelo tem uma permissividade dielétrica de 1, e a água abaixo do gelo tem uma permissividade dielétrica de 80. Quando o sinal GPR viaja para o fundo do gelo, ele encontra o gelo. interface de água com refletividade de 67%, o que significa que cerca de 2/3 da energia é refletida de volta para o gelo. Então, quando o sinal GPR atinge a interface gelo-ar no topo do gelo, a refletividade é de 28%, resultando em uma quantidade significativa de sinal refletido de volta para o gelo, onde o processo pode ser repetido várias vezes até que o sinal seja refletido. atenuado.
Embora os dados GPR pareçam ter várias camadas (Figura 3), há realmente uma camada na qual o sinal GPR foi refletido várias vezes em tempos de viagem cada vez mais longos.
O fato de as camadas imitarem perfeitamente umas às outras (Figura 3) é uma característica de um múltiplo a ser procurado para identificar múltiplos.
Figura 3
Múltiplos em dados de espessura de gelo. A segunda e a terceira reflexões imitam a primeira reflexão no tempo, portanto uma diferença de 1ns na primeira reflexão é de 2 ns na segunda reflexão e de 3ns na terceira reflexão. Isto significa que as variações de espessura, como a área em forma de V na caixa, ficam cada vez mais exageradas à medida que o número de reflexões múltiplas aumenta.
Poças de água
Outro lugar mais comum para ver uma resposta semelhante são os múltiplos de uma poça de água (Figura 4). Quando uma poça d'água é profunda o suficiente para submergir ambas as antenas GPR na água, podem ocorrer múltiplos.
Figura 4
Poças de água, com alta refletividade em ambos os limites acima e abaixo da água, produzem outro cenário para os sinais GPR refletirem múltiplas vezes.
A água tem uma permissividade dielétrica de 80, enquanto o ar acima da poça tem uma permissividade dielétrica de 1 e o asfalto abaixo da poça tem uma permissividade dielétrica de 6. A refletividade da água para asfaltar no fundo da poça é de 57%, enquanto a água para a refletividade do ar no topo da poça é de 80%, resultando em condições para produzir múltiplos.
Figura 5
O sinal GPR se multiplica em uma poça d'água. Observe que a profundidade da água é muito exagerada para mostrar a trajetória das ondas GPR.
Múltiplos ao cruzar uma poça com GPR tendem a produzir respostas muito mais complexas em comparação com o gelo (Figura 6) porque as poças geralmente são pequenas o suficiente para que o GPR colete dados das bordas da poça, onde a profundidade da água chega a zero (Figura 5).
Figura 6
O sinal GPR se multiplica em uma poça d'água. Embora pareça que a profundidade de penetração aumentou sob a poça, o sinal GPR fica principalmente preso na camada de água, refletindo para cima e para baixo várias vezes. A variação da profundidade da água ao longo da poça e as bordas da poça juntas geram um padrão complexo de respostas. Observe a redução da velocidade na chegada direta ao solo devido à velocidade muito lenta da água (0.033 m/ns) em comparação com o asfalto (0.13 m/ns).
O perigo de múltiplos poças de água para os operadores GPR é duplo; 1) interpretação errônea de que os múltiplos representam um alvo real no subsolo e 2) que esses sinais mascaram os reflexos de objetos reais no subsolo abaixo da poça.
Entenda que esta resposta múltipla NÃO ocorrerá quando o solo estiver simplesmente molhado. A profundidade da água deve ser suficiente para submergir as antenas de transmissão e recepção na água.
Discutimos esse fenômeno com mais detalhes no boletim informativo Subsurface Views de abril de 2011:
Os mesmos princípios descritos aqui podem causar múltiplos tubos não metálicos (Figura 7). Como o tubo não é metálico, os sinais GPR podem entrar no tubo e refletir na parte inferior. Parte dessa energia encontrará então a interface de alta refletividade no topo do tubo e refletirá novamente para baixo. A energia GPR pode refletir uma ou mais vezes dentro do tubo, produzindo hipérboles que imitam as respostas hiperbólicas da parte superior e inferior do tubo. Este efeito é muito pronunciado em tubos cheios de água (já que os sinais GPR viajam lentamente na água e, portanto, os tempos de viagem na água são mais longos).
Figura 7
Múltiplos de sinal GPR em um tubo não metálico. A seção transversal do GPR à direita mostra as respostas hiperbólicas da parte superior e inferior do tubo seguidas pelo primeiro e segundo múltiplos. As hipérboles são igualmente espaçadas verticalmente porque o tempo de viagem aumenta exatamente dois diâmetros de tubo para cada reflexão.
A diferença no tempo de viagem entre as reflexões pode ser usada para determinar o diâmetro aproximado do tubo (mas somente quando o material no tubo for conhecido). Discutimos isso em uma matéria em nosso boletim informativo de janeiro de 2020 (https://www.sensoft.ca/blog/tips-determining-pipe-diameter-from-gpr-data/).
Minas Subterrâneas
Nosso último exemplo vem de dados coletados no túnel de uma mina subterrânea. Um cliente, a Compass Minerals, nos enviou um excelente exemplo de dados de baixa frequência de 100 MHz coletados em uma mina de sal que penetrou cerca de 15 metros (mais de 50 pés, Figura 8).
Figura 8
Dados de frequência central de 100 MHz coletados em um longo túnel em uma mina de sal subterrânea. Observe o conteúdo de frequência mais alta, refletores levemente ondulados em cerca de 50 e 100 ns (2.5 e 5 m de profundidade). Estes são múltiplos do teto do túnel da mina
Os refletores a cerca de 50 e 100 ns são múltiplos do teto do túnel.
Figura 9
Dois múltiplos, reflexos do teto do túnel são anotados nas seções transversais do GPR nas Figuras 8 e 10.
Uma razão pela qual estes são provavelmente múltiplos é porque atravessam estruturas geológicas (caixa vermelha na Figura 10), o que seria improvável se a reflexão fosse causada por uma estrutura geológica.
Figura 10
Mesmos dados da Figura 8, mas com anotações para destacar os detalhes. O primeiro múltiplo é de cerca de 50 ns e o segundo exatamente o dobro do tempo, 100 ns. Uma pista de que são múltiplos é que atravessam características geológicas (caixa vermelha). Observe o refletor fraco indicado na parte inferior da seção, imitando o refletor forte 50 ns acima dele.
Como a velocidade do sinal GPR no ar é conhecida (velocidade da luz – 0.30 m/ns), como os múltiplos no exemplo do tubo não metálico acima, podemos calcular a altura do túnel:
Um exercício interpretativo interessante é determinar se o refletor mais profundo, mais fraco e ondulante nas profundidades de 12 a 15 metros, que imita o refletor mais forte nas profundidades de 9 a 12 metros, é um refletor real ou um múltiplo. Se você notar que a diferença de tempo é de 50 ns, exatamente igual aos múltiplos superiores na seção, você rapidamente chegará à conclusão de que ela é causada pela energia GPR que foi refletida no teto e penetrou no subsolo para refletir no real. refletor de 9 a 12 metros, com atraso de 50 ns – o tempo que levou para refletir no teto. Este caminho é animado pelas setas pretas na Figura 11.
Figura 11
O refletor forte e ondulante de 9 a 12 metros na Figura 10 é criado pela energia GPR seguindo o caminho das setas azuis nesta animação. O refletor mais profundo e mais fraco indicado na parte inferior da Figura 10 provavelmente não é um refletor real, mas causado pelo sinal GPR refletido no teto do túnel antes de entrar no subsolo e refletido no refletor forte e ondulado a uma profundidade de 9 -a 12 metros (setas pretas). Esta animação mostra os caminhos dos sinais GPR que se combinam para gerar a seção transversal GPR nas Figuras 8 e 10.
Os múltiplos nem sempre são visíveis em dados GPR, mas em situações com um limite de alta refletividade, como esses exemplos, preste atenção neles e tome cuidado para não interpretá-los como refletores reais de subsuperfície.
