زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

بررسی تأثیر پارامترهای برداشت بر نتایج روش GPR با استفاده از مدل‌سازی پیش‌رو و پژوهش‌های میدانی

نویسندگان
1 دانشگاه تهران، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشکده مهندسی معدن،
2 دانشگاه صنعتی اراک، دانشکده مهندسی معدن
چکیده
رادار نفوذی به زمین(GPR) یک روش ژئوفیزیکی با قدرت تفکیک بالاست که از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس زیاد برای تصویر کردن ساختارها و اشیاء مدفون در زیر زمین بدون تخریب محیط، استفاده می ­کند. در پژوهش حاضر انتخاب پارامترهای بهینه برداشت داده های واقعی این روش مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا مدلسازی پیشرو داده­ های GPR با استفاده از روش تفاضل محدود دوبعدی حوزه زمان (FDTD) به کمک نرم­ افزارهای GPRMAX، ReflexW و Radexplorer برای تعداد زیادی از مدل­های مصنوعی متناظر با اهداف متداول در تاسیسات زیرسطحی انجام شد. هدف از این شبیه­ سازی­ ها بررسی تاثیر پارامترهای برداشت همانند فاصله نمونه­ برداری مکانی (فواصل بین تریسی) و زمانی بر روی پاسخ GPR اهداف با پارامترهای هندسی و فیزیکی مختلف می­ باشد. در راستای انتخاب و طراحی مناسب ­ترین شرایط و پارامترهای برداشت داده ­های واقعی GPRنیز برداشت­های میدانی متعدد در محوطه دانشگاه صنعتی اصفهان، بر روی اهداف استوانه­ای شکل مدفون از پیش شناخته شده با محیط­های میزبان گوناگون، انجام شد. در این عملیات برخی از پارامترهای برداشت همانند میزان فرکانس مرکزی، بازه آنتنی و وضعیت آنتن به دلیل در اختیار داشتن یک نوع دستگاه GPR تک ثابت با آنتن های پوشش دار با فرکانس مرکزی 250 مگاهرتز، ثابت (غیرقابل تغییر) باقی ماندند. مهم ترین پارامترهای برداشت مورد بررسی نیز شامل فرکانس نمونه­ برداری زمانی، فاصله نمونه برداری مکانی، پنجره زمانی و تعداد تریس­های برانبارش شده می­ باشد. درنهایت موفقیت یا عدم موفقیت آشکارسازی اهداف براساس پارامترهای برداشت انتخابی، مورد بررسی قرار گرفت و مقدار کمّی احتمال موفقیت آشکارسازی اهداف زیرسطحی براساس مقادیر فرکانس نمونه­ برداری زمانی و مکانی تعیین گردید که بیشترین احتمال آشکارسازی اهداف، مربوط به فرکانس نمونه­ برداری زمانی 1954 مگاهرتز و فاصله نمونه­ برداری مکانی 1 سانتی ­متر می ­باشد.
کلیدواژه‌ها

1. Huisman J. A., Hubbard S. S., Redman J. D., Annan A. P., "Measuring soil water content with ground- penetrating radar: A review", Vadose Zone Journal Vol. 2 (2003) 476-491. ## 2. Maijala P., Saarenketo T., Valtanen P., " Correlation of some parameters in GPR measurement data with quality properties of pavements and concrete bridge decks", Proceedings of the Fifth International Conference on Ground Penetrating Radar, June 12-16, Kitchener, Ontario, Canada, Vol. 2 of 3 (1994) 393-406. ## 3. Cassidy N. J., "Evaluating LNAPL contamination using GPR and dielectric analysis: Practical implications for signal attenuation and attribute analysis studies", Journal of Contaminant Hydrology, Vol. 94 No. 1–2 (2007) 49-75. ## 4. Olhoeft G. R., Capron D. E., "Petrophysical causes of electromagnetic dispersion", in Proc. of the Fifth Int'l. Conf. on Ground Penetrating Radar, Kitchener, Ontario, 12-16 June (1994) 145-152. ## 5. Annan A. P., Waller W.M., Strangway D. W., Rossiter J. R., Redman, J. D. and Watts R. D., "The electromagnetic response of a low-loss, 2-layer, dielectric earth for horizontal electric dipole excitation", Geophysics, Vol. 40, No. 2 (1975) 285-298. ## 6. Beres M., Huggenberger P., Green A. G., Horstmeyer H., "Using two and three dimensional georadar methods to characterize glaciofluvial architecture. Sedimentary Geology 129 (1999) 1-24. ## 7. Zeng X., McMechan G. A., "GPR characterization of buried tanks and ‎pipes", GEOPHYSICS, Vol. 62, No. 3, (1997) 797-806.‎ ## 8. Lutz P., Garambois S., Perroud H., "Influence of antenna configurations for GPR survey: information from polarization and amplitude versus offset measurements", Geological Society, London, Special Publications, 211 (2003) 299-313. ## 9. Kofman L., Ronen A. and Frydman S., "Detection of model voids by identifying reverberation phenomena in GPR records", Journal of Applied Geophysics 59 (2006) 284-299. ## 10. Shaari A., Ahmad R. S. and Chew TH., "Effects of antenna-target polarization and target medium dielectric contrast on GPR signal from non-metal pipes using FDTD simulation", NDT & E International, 43 (2010) 403-8. ## 11. Słowik M., "Influence of measurement conditions on depth range and resolution of GPR images: The example of lowland valley alluvial fill (the Obra River, Poland) ", Journal of Applied Geophysics, 85 (2012) 1-14. ## 12. Metwaly M., "Application of GPR technique for subsurface utility mapping: A case study from urban area of Holy Mecca, Saudi Arabia", Measurement 60 (2015) 139-145. ## 13. Prego F. J., Solla M., Puente I. and Arias P., "Efficient GPR data acquisition to detect underground pipes", NDT & E International, 91(2017) 22-31. ## 14. Sadiku M. N. O., "Numerical techniques in electromagnetics. Second edition", Boca Raton London New York Washington (2001) D.C. CRC press. ## 15. Knödel K., Lange G. and Voigt H. J., "Environmental geology: handbook of field methods and case studies", Google Books Result, 1357 pages, Chapter 4, Geophysics (2007). ## 16. Annan A. P., "Ground-penetrating radar workshop notes, Sensors and Software Inc", Mississauga, ON, Canada, (2001) 192. ##17. Jol H. M., "Ground-Penetrating Radar theory and applications. First edition, Elsevier Science", (2009) 543. ## 18. Irving J., Knight R., "Numerical modeling of ground penetrating radar in 2-D using MATLAB", J. of Computers & Geosciences, 32 (2006) 1247-1258. ## 19. Bergmann T., Robertsson J. O. A., and Holliger K., "Numerical properties of staggered finite-difference solutions of Maxwell’s equations for ground-penetrating radar modeling", Geophysical Research Letters 23, (1996) 45-48. ## 20. Davis J. L. and Annan A. P., "Ground Penetrating Radar for High-resolution mapping of soil and rock stratigraphy", Geophysical Prospecting, 37 (1989) 531-551. ## 21. www.malags.com. ## 22. Reynolds J. M., "An introduction to applied and environmental geophysics", John Wiley Press, Chapter 12 (1997) 682-749. ##