俄克拉荷马州立大学环境地球物理学

俄克拉荷马州立大学的教授描述了建立学校的第一个地球物理学学位课程并为他们的新环境地球物理学课程进行现场采集项目，其中包括让学生收集疑似断层上的低中心频率脉冲 EKKO GPR 数据。

作者：Camelia C. Knapp、Ahmed Ismail 和 James H. Knapp

为了应对我们不断发展的地球科学学科和全球能源转型，俄克拉荷马州立大学 (OSU) 的布恩皮肯斯地质学院 (BPSoG) 最近多样化并扩大了我们的本科理学学士 (BS) 学位选择。 基于 70 多年专注于石油地质学的著名地质学学士学位课程，以及 T. Boone Pickens 等著名毕业生，我们推出了新的地球物理学学士学位 (2021) 和环境地球科学 (2022)，以及集中在我们传统地质学学士学位 (2018) 中的环境地质学、法律预科、中等教育认证和石油地质学。

伴随这些新学位课程的是新的、实践性的、基于实地的课程，包括面向高年级本科生和研究生的环境地球物理学。 博士。 Camelia Knapp 和 Ahmed Ismail 共同教授这门课程，其中包括探地雷达 (GPR)、地震折射、表面波多通道分析 (MASW)、电阻率、自发势、重力和磁学方法的教学。 BPSoG 通过购买具有 100、25、50 和 100 MHz 中心频率天线的 pulseEKKO PRO 系统构建在之前的 pulseEKKO 200 系统之上。 扩大天线频率范围可以将该系统用于更多的地质、水文和环境应用。

此外，我们已将以学生为基础的科学探究纳入我们新的地球物理学课程，利用地下地质兴趣的当地问题，并积极让学生参与本科生研究。 2022 年秋季，22 名学生以及感兴趣的志愿者注册了环境地球物理学 （图1），参与了将这些地球物理技术整合到一个班级项目中。

图1

OSU 环境地球物理学 2022 野外活动参与者（S. Cotton）。

调查目标是位于俄克拉荷马州佩恩县西南部西马龙河沿岸的一处长 4 公里、地形变化约 15-20 米的悬崖，暂称科伊尔悬崖 （图2），这可能表示无法识别的故障。 这个位置提供了一个靠近俄勒冈州立大学校园的有趣的科学目标，可以在县道沿线的公共财产上访问。

图2

横跨 ~WE-醒目的 Coyle 悬崖（以植被为标志）的 NS 地形剖面显示，在俄克拉荷马州佩恩县西南部的 Cimarron 河流域内，沿线性趋势有 ~15-20 米的地势（见插图）。 图中的红色箭头表示悬崖底部； 粉线 (~800 m) 显示地球物理剖面的位置。 （图片和资料由 Google Earth 提供。）

pulseEKKO PRO GPR 系统与地震折射、MASW 和电阻率方法结合使用，以表征地下地层相对于地表地形的几何形状。 在过去的十年里，佩恩县的地震活动很常见，并且以前通过地下研究在该地区发现了 WE 走向的断层。 学生的目标是评估此地形特征的起源是结构性的、侵蚀性的还是它们的某种组合。

GPR 数据采集包括两个位于同一位置的 723 米剖面图以及 50 和 100 MHz 中心频率天线 （图3）. 这些剖面很容易被学生获得，并且所使用的地球物理技术提供了跨越悬崖的地下地层边界几何形状的唯一图形图像。

图3

使用安装在 SmartCart 上的 pulseEKKO PRO 100 MHz 天线进行 GPR 采集。 基质为未固结的砂质壤土，映射为第四纪河流阶地沉积。 GPR 工作人员合影从左到右：阿曼达·哈丁、本·埃默特、克莱顿·赫奇斯、卢克画廊、伊莎贝尔·布恩泰罗和梅根·加勒特。 （S.棉花）

此外，沿横断面收集了共同中点 (CMP) 配置文件 （图4） 使用 50 MHz 天线，用于确定电磁速度为 ~0.116 m/ns。

图4

50 MHz 中心频率天线的公共中点 (CMP) 收集，在悬崖以北的剖面上扩展 (40 m)。 (A) 到达者身份识别。 (B) 30-130 ns 之间反射的正常时差 (NMO) 意味着浅层地下的速度为 0.116 m/ns。

在撰写本文时，数据的分析和解释仍在进行中，但参与该项目的学生显然受益于解决现实世界问题的实践经验。 我们打算将这些地球物理技术整合到我们位于科罗拉多州卡农市的 OSU 野外站的夏季地球物理野外课程中，作为我们地球物理学专业的顶点体验。

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