UNB 地质环境野外学校:地下山谷含水层的研究
关闭 X
导航菜单
 

UNB 地质环境野外学校:地下山谷含水层的研究

新不伦瑞克大学 (UNB) 地质环境实地学校通过使用 pulseEKKO 调查位于校园内的地下山谷含水层来适应大流行® 探地雷达系统和其他地球物理工具

作者:Karl E. Butler,Ph.D.,P.Geo.,P.Eng。
地球科学系
新不伦瑞克大学

I

在 2021 年春天,世界各地的地球科学部门都在努力解决如何在 Covid-19 大流行期间提供野外学校。 在加拿大新不伦瑞克省弗雷德里克顿的新不伦瑞克大学,我们最终被允许在采取特殊措施的情况下亲自进行。 对于我们的地质环境野外学校,这包括将场地从 70 公里外的一个封闭煤矿改为距离校园仅几步之遥的河谷含水层——消除了用车辆运送学生的需要。 虽然健康问题是首要考虑因素,但这一变化也方便地为教授学生如何使用探地雷达 (GPR) 提供了更好的地质学。

在弗雷德里克顿市供水工作人员的支持下,我和一位地球化学家同事要求学生调查城市径流对该市一个井场内地下水的影响。 实地工作涉及三个部分:(i) 测量井中的水位以推断地下水流向,(ii) 对井进行水文地球化学采样以寻找城市径流的证据,包括道路盐和硝酸盐,以及 (iii) 水文地球物理调查以更好地确定通过一个不连续的粘土淤泥隔水层的“窗户”,可以让地表径流到达下面的沙砾含水层。 虽然该研究没有揭示任何与径流有关的问题,但该练习成功地为学生提供了学习实地工作技能的机会。 本文重点介绍了一些水文地球物理活动。

水文地质环境

弗雷德里克顿含水层是一个蜿蜒曲折的沙砾状沉积物,埋藏在厚达 60 米的冰川和冰川后沉积物中,部分填满了现代圣约翰河谷。 含水层是半封闭的,上面覆盖着粘土淤泥隔水层,该隔水层已被过去的圣约翰河蜿蜒侵蚀,露出埋藏的 esker 山脊沿线的高点,形成所谓的“窗户”。 在这些窗户位于河流下方的地方,它们是有益的——允许补充市政井场抽水的水。 另一方面,从可能污染的角度来看,城市底层含水层的窗户存在脆弱性。

水文地球物理调查

地球物理勘测方法的选择受到以前用于划定河流下方窗户的效果的影响。 在这种情况下,通过沿岸的电阻率成像 (ERI) 和水的声学海底剖面图增强了水基表观电导率测绘。 在这所野外学校,在陆地上运行,GPR 剖析(图1) 代替了声波海底剖面——提供了其他两种基于电导率/电阻率的方法无法提供的类似高分辨率地层信息。 在这里,我专注于展示表观电导率和 GPR 调查的互补性。

图1
UNB 环境地球科学和地质工程专业的学生获得 100 MHz 中心频率脉冲EKKO® 2021 年 XNUMX 月上旬橄榄球场的 GPR 数据。

图2 显示了一张表观电导率地图,获取该地图是为了更好地确定位于纽约市一个井场附近的公园和橄榄球场下方的窗户的界限。 数据是使用有效勘探深度约为 31 m 的 EM6 电导率计获取的,这有助于搜索是否存在导电(~ 35 – 50 Ωm)粘土-淤泥单元,该单元通常是(其中目前)埋在 4 – 5 m 的阻力更大的河流沙子之下。 橄榄球场北端附近表观电导率的突然变化被解释为代表该地区粘土粉砂窗的北部边缘,正如附近钻孔所暗示的那样。

图2
皇后广场公园(左)和橄榄球场(右)的航拍照片,表观电导率测量值(约 6 m 深)与两条 GPR 线样本(RF5 和 BF1,白色,从北到南采集)的位置重叠,以及监测井。 RF5 GPR 线路如图 3 所示,BF1 GPR 线路如图 4 所示。

学生被要求通过沿橄榄球场长度获取一系列 GPR 和 ERI 测量线来验证这种解释。 使用我们的传感器和软件 pulseEKKO 获取 GPR 数据® 系统与最近发布的 Ultra 接收器(图1).

图3 显示了沿线 RF100 使用 50 MHz(顶部)和 5 MHz(底部)天线获取的示例 GPR 配置文件。 在该线的左端(北端),在约 3 m 深度处有一个突出的反射体,对应于粘土-淤泥隔水层的侵蚀定义顶部——或者更有可能是河流中栖息地下水位的顶部该单元上方的沙子。 同样在左侧,还有第二个反射器,它从约 7 m 深度向南上升,直到它在粘土淤泥的顶部被截断。 我们将其解释为淤泥中的一层,在相邻的底层 esker 上显示出褶皱——这在圣约翰河下方的声学海底剖面中也可以看到。 在线路的南(右)侧,在大于 50 米的位置,没有粘土-粉砂层,在砂砾石 esker 含水层内 7 m 深度处显示出明显的平坦地下水位反射。

图3
100 MHz(顶部)和 50 MHz(底部)中心频率 GPR 剖面在图 2 中从北向南采集,沿 RF5 线穿过橄榄球场北端附近的粘土-淤泥窗边缘。 图像在垂直方向上被夸大了。 在该线的北(左)端,在约 3 m 深度处观察到粘土-淤泥隔水层的侵蚀顶部,在较高的中心频率剖面中最为清晰(上图)。 在 50 m 标记的南边,没有粘土-粉砂单元,这使得 GPR 能够探测到大约 7 m 深度的砂砾石堆内的平坦地下水位。

再往西的市政公园,明显的电导率测绘给出了隔水层窗口南缘位置的粗略概念,但电导率的变化更加渐变(图2)。 在该区域,深度信息和地下反射器的几何形状在 GPR 数据中很明显(图4) 对描绘窗口边缘的位置特别有帮助。 除了 250 MHz 中心频率非屏蔽天线外,该地点的 GPR 调查还包括使用屏蔽 100 MHz 中心频率双基地天线收集的剖面图。 虽然较高的中心频率(250 MHz)屏蔽天线在靠近棒球场边缘的金属栅栏和看台附近工作时很方便,但最感兴趣的反射器在较低的中心频率下更相干,穿透力更深 100 MHz数据。

图4
250 MHz(顶部)和 100 MHz(底部)GPR 剖面在图 2 中从北到南沿 BF1 线穿过皇后广场公园棒球场下方的粘土淤泥窗的南边(见图 2)。 图像在垂直方向上被夸大了。

学生们学会了快速操作 GPR 系统,并喜欢看到这些清晰的配置文件在显示单元上滚动。 通过解释他们自己的数据,学生们对良好的现场实践的重要性表示赞赏。 他们还了解了一种方法如何非常有用地解决对另一种方法的解释中的歧义。 更一般地说,实践经验将使他们更有信心应用地球物理方法来帮助解决其职业生涯中的地质问题。

另请参阅:

Butler, KE, Nadeau, J.-C., Parrott, R. 和 Daigle, A., 2004,通过河流地震和 EM 方法划定河谷含水层的补给。 J. 环境与工程地球物理学, 9,95-109。

Sensors & Software 喜欢分享我们客户的 GPR 故事! 像这样的客户故事总是很受欢迎,但请注意,细节和描述是作者的,除了印刷错误外,Sensors & Software 未经编辑。

如果您有兴趣分享 GPR 主题,请联系我们并提交您的建议。

LinkedInFacebookTwitter电子邮箱