زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

مدل سازی پیش‌رو و وارون داده‌های GPR با هدف کاربرد در زمینۀ برف و یخ و یخ بندان شناسی، مطالعۀ موردی: یخچال علم کوه مازندران

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شاهرود
2 دانشگاه صنعتی اراک
چکیده
روش رادار نفوذی به زمین (GPR) روشی ژئوفیزیکی نسبتاً جدید، غیرمخرب و با قدرت تفکیک زیاد است که به­دلیل شفاف بودن برف و یخ برای امواج الکترومغناطیسی به‌طور گسترده برای شناسایی ضخامت لایه­های برف و یخ و بستر یخچال­ها استفاده می‌شود. در پژوهش حاضر مدل­سازی پیش‌رو و وارون داده­های GPR با هدف کاربرد در زمینۀ برف و یخ و یخ­بندان­شناسی در منطقۀ علم­کوه مازندران، انجام شده است. برای این منظور ابتدا پاسخ GPR مدل مصنوعی متناظر با نگاشت راداری منطبق بر پروفیل واقعی GPR، به­روش تفاضل محدود حوزۀ زمان (FDTD) دوبعدی، شبیه­سازی شد. سپس برای اعتبارسنجی تعبیر و تفسیر برداشت­های GPR واقعی، از روش مدل­سازی وارون با حل یک مسئلۀ بهینه­سازی، استفاده شد. نگاشت راداری نهایی مطلوب داده­های واقعی GPR منطبق بر یکی از پروفیل­های برداشت در این منطقه، با اعمال مراحل پردازشی مختلف مانند تصحیح اشباع سیگنال، تابع تقویت، اعمال فیلتر مهاجرت f-k و تصحیح توپوگرافی روی داده­های خام، با استفاده از نرم‌افزار Reflexw آماده­سازی شده است. نتایج این پژوهش بر اساس بررسی میزان تطابق نگاشت راداری داده­های واقعی GPR با پاسخ GPR مدل مصنوعی تولید شده متناظر با آن، درستی تفسیر زیرسطحی انجام شده در منطقۀ یخچال علم­کوه را تأیید می­کند.
کلیدواژه‌ها

1. صداقت م.، معماریان ح.، "زمین‌شناسی فیزیکی"، جلد 1، چاپ 6، (1369) 413-435. ##2. وزیری ف.، "هیدرولوژی کاربردی در ایران (شناسایی یخچال های طبیعی در ایران)"، جلد دوم، چاپ اول، سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور، معاونت امور پشتیبانی، مرکز مدارک علمی و انتشارات، تهران (1382) 104-108. ##3. Eder K., Reidler C., Mayer C., Leopold M., "Crevasse detection in Alpien areas using ground penetrating radar as a component for a mountain gulde system", The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Inf. Sci., 37 (2008) 838-839.## 4. Hagg w., Mayer c., Lambrecht A. Kriegel D., "Glacier changes in the Big Naryn basin", Central Tian Shan, Global and Planetary Change. in press (2012).## 5. Barnett T. P., Adam J. C., Lettenmaier D. P., "Potential impacts of a warming climate on water availability in snow dominated regions", Nature, 438 (7066) (2005) 303-309. ##6. ولدان زوج م. ج.، رضایی ی.، وزیری ف.، مباشری م. ر.، "بررسی یخچال طبیعی علم‌چال با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای KNTU"، شمارۀ 70، دوره 18، (1386) 3-4.## 7. Lrvine-Fynn T. D. L., Moorman B. J., Williams J. L. M., Walter F. S. A, "Seasonal changes in Ground penetrating radar signature observed at a polythermal glacier", Bylot Island, Canada, Earth Surface processes and Landforms., 31, 7 (2006) 892-909.## 8. Kennett, P., "Reconnaissance gravity and magnetic surveys of part of the Larsen ice shelf and adjacent mainland", British Antarctic Survey Bulletin, 8 (1966) 49-62.## 9. Crossley D. J., Clarke G. K. C., "Gravity Measurements on “Fox Glacier”, Yukon Territory", Canada, Journal of Glaciology, 9 (1970) 363-374. ##10. Bose R. N., Dutta N. P., Lahiri S. M., "Refraction Seismic Investigation at Zemu Glacier", Sikkim, Journal of Glaciology, 10 (1971) 113-119.## 11. Hubbard B., Glasser N., "Field techniques in glaciology and glacial geomorphology", John Wiley and Sons Ltd, Chichester: UK, 400 (2005).## 12. Gibas J., Rachlewicz G., Szczucinski W., "Application of DC resistivity soundings and geomorphological surveys in studies of modern Arctic glacier marginal zones", Petuniabukta, Spitsbergen, Polish Polar Reserch., 26, 4 (2005) 239-258. ##13. Reynolds J. M., "The role of geophysics in glacial hazard assessment", First Break, 24 (9) (2006) 61-66.## 14. David E., James W., David R., "Shallow seismic surveys and ice thickness estimates of the Mullins Valley debris-covered glacier", McMurdo Dry Valleys, Antarctica, Antarctic Science., 19 (2007) 485-496. ##15. Angelopoulos M. C., Pollard W. H., Couture N. J., "The application of CCR and GPR to characterize ground ice conditions at Parsons Lake, Northwest Territories, Cold Regions Science and Technology, 85 (-2013) 22-33.## 16. Apparao A., "Development in geoelectrical methods", Balkema (-1997).## 17. Stern W., "Versucheiner elektrodynamischen dickenmessung von gletschereis", Gerl. Beitr. Zur Geophysik., 23 (1929) 292-333.## 18. Watson M. I., Yelf R. J., Bertler N. A N., "Bedrock topography and Isochrone mapping of five glaciers in Victoria Land", Antarctica, 12th International Conference on Ground Penetrating Radar (2008). ##19. Binder D., Bruckl E., Roch K. H., Behm M., Schoner W., Hynek B., "Determination of total ice volume and ice-thikness distribution of tow glaciers in the Hohe Tauern region", Eastern Alps, from GPR data, Annals of Glaciology., 50, 51, (2009) 71-79. ##20. Previati M., Godio A., Ferraris, S., "Validation of spatial variability of snowpack thickness and density obtained with GPR and TDR methods, J. of. Applied Geophysics., 75, (2011) 284-293.## 21. Robin G. D. Q., Evans S., Bailey J. T., "Interpretation of radio echo sounding in polar ice sheets", Philos. T. R. Soc. A, 265 (1969) 437-505.## 22. Bauder A., Funk M., Gudmundsson G. H., "The ice-thickness distribution of Unteraargletscher", Switzerland, Ann. Glaciol., 37 (2003) 331-336. ##23. Brandt O., Langley K., Kohler J., Hamran S. E., "Detection of buried ice and sediment layers in permafrost using multi-frequency Ground Penetrating Radar: A case examination on Svalbard", Remote Sensing of Environment., 111, 2 (2007) 213-226.## 24. Singh S. K., Rathore B. P., Bahuguna I. M., Ramnathan A. L., "Estimation of glacier ice thickness using Ground Penetrating Radar in the Himalayan Region", Current Science., 103, 1, ( 2012) 68-73. ##25. Heilig A., Eisen O., Schneebeli M. "Temporal observations of a seasonal snowpack using upward-looking GPR, Hydrol. Process., 24 (2010) 3133-3145. ##26. Machguth H., Eisen O., Paul F., Hoelzle M., "Strong spatial variability of snow accumulation observed with helicopter-borne GPR on two adjacent Alpine glaciers", Geophys. Res. Lett., 33 (2006) L13503.## 27. Sold L., Huss M., Hoelzle M., Andereggen H., Joerg P. C., Zemp M., "Methodological approaches to infer end-of-winter snow distribution on alpine glaciers", J. Glaciol., 59 (2013) 1047-1059.## 28. Helfricht K., Kuhn M., Keuschnig M., Heilig A., "Lidar snow cover studies on glaciers in the Ötztal Alps (Austria): comparison with snow depths calculated from GPR measurements", The Cryosphere, 8 (2014) 41-57.## 29. Arcone S. A., Spikes V. B., Hamilton G. S., Mayewski P. A., "Stratigraphic continuity in 400 MHz short-pulse radar profiles of firn in West Antarctica", Ann. Glaciol., 39 (2004)195-200.##30. Huybrechts P., Rybak O., Steinhage D., Pattyn F., "Past and present accumulation rate reconstruction along the Dome Fuji-Kohnen radio-echo sounding profile", Dronning Maud Land, East Antarctica, Ann. Glaciol., 50 (2009) 112-120. ##31. Azam M. F, Wagnon P., Ramanathan A., Vincent C., Sharma P., Arnaud Y., Linda A., Pottakkal J. G., Chevallier P., Singh V. B., Berthier E., "Form balance to imbalance: A shift in the dynamic behaviour of Chhota Shigri glacier", western Himalaya, India, Journal of Glaciology,5:208 (2012) 315-324. ##32. Miège C., Forster R. R., Box J. E., Burgess E. W., Mc-CONNELL J. R., Pasteris D. R., Spikes V. B., "Southeast Greenland high accumulation rates derived from firn cores and ground-penetrating radar", Ann. Glaciol., 54 (2013) 322-332. ##33. Hawley R. L., Courville Z. R., Kehrl L. M., Lutz E. R., Osterberg E. C., Overly T. B., Wong G. J., "Recent accumulation variability in northwest Greenland from ground-penetrating radar and shallow cores along the Greenland Inland Traverse", J. Glaciol., 60 (2014) 375-382.##34. Fischer A., Span N., Kuhn M., Helfricht K., Stocker-Waldhuber M., Seiser B., Massimo M., Butschek M., "Ground-penetrating radar (GPR) point measurements of ice thickness in Austria. Institute for Interdisciplinary Mountain Research of the Austrian Academy of Sciences (2015). ##35. Li T., Zhao J., Jiao Y., Hou J., Mu L., "Regional characteristics of sea ice thickness in Canadian shelf and Arctic Archipelago measured by Ground Penetrating Radar", Acta Oceanol Sin., 2015, Vol. 34, No. 5 (2015) 110-116. ##36. Sinisalo A., Fujita K., Gustafsson J., Fukuda T., Joshi Sh., Stumm D., and Shea J., "Ice thickness and thermal structure of a high altitude Himalayan glacier", Geophysical Research Abstracts, Vol. 18 (2016) EGU2016-11636.## 37. Blindow N., Eisenburger D., Illich B., Petzold H., Richter T., "Ground penetrating radar, In Environmental Geology (Eds K.Knödel, G.Lange and H.-J.Voigt) (2007) 283-335, Springer. ##38. Parasnis D. S., "Principles of applied geophysics", 5th edition, Chapman and Hall (1997).## 39. Neal A., "Ground-penetrating radar and its use in sedimentology: principles, problems and progress", Earth-science Reviews., 66 (2004) 261-330. ##40. Van Overmeeren R. A., "Georadar for hydrogeology", First break, 8 (1994) 401-4081. ##41. Milsom J., Field Geophysics, John Wiley and Sons Ltd, (2003) 168-174. ##42. Jol H. M., "Ground Penitrating Radar: Theory and Applications", Oxford: Elsevier Science (2009) 508.## 43. پرنو س.، پایان‌نامه ارشد:"پردازش، مدل‌سازی و تفسیر داده‌های GPR به‌منظور تعیین عمق، ضخامت و محدودۀ جانبی یخچال‌ها در منطقه علم‌کوه مازندران"، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود (1393).## 44. Tzanis A., "MatGPR Release 2: A freeware MATLAB package for the analysis & interpretation of common and single offset GPR data, FastTimes, 15(1) )2010( 17-43. ##45. Karimi N., Farokhnia A., Shishangosht S., Elmi M., Eftekhari M., Ghalkhani H., "Elevation changes of Alamkouh glacier in Iran since 1955, based on remote sensing data", International J. of Applied Earth Observation and Geoinformation., 19 (2012 a) 45-58. ##46. Daniels D. J., "Ground penetrating radar, The Institution of Electrical Engineers", The Institution of Electrical Engineers, Londo,United Kingdom (2004) 75-84 and 455-460.## 47. Palli A., "Polythrmal glacier studies in Svalbard determined by ground penetrating radar", Departmant of geosciences university of oulu, (2003) 15-17. ##48. Annan ‌A. P., "Ground penetrating radar workshop notes", Sensors and software Inc,Mississauga, ON, Canada (2001). ##