آشکارسازی تأسیسات زیرسطحی و تحلیل مشخصه‌های تپ GPR

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور، تهران، ایران

2 دانشکده معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران

چکیده

آشکارسازی تأسیسات زیرسطحی و آگاهی از مشخصات و محل دفن دقیق آنها یکی از چالش‌هایی است که مهندسان تأسیسات همواره با آن مواجه‌اند. گسترش شهرها و به‌‌واسطه آن نیاز به توسعه شبکه‌های تأسیساتی و رفاهی جدید و همچنین نیاز به تعمیر و نگهداری از شبکه‌های قدیمی‌تر، تعیین محل دقیق آنها را بسیار پراهمیت ساخته است. در این راستا روش‌های غیر مخرب به‌‌منظور صرفه‌‌جویی در وقت و هزینه و همچنین کاهش اختلا‌ل‌های ناشی از حفاری‌های بی‌‌مورد در مناطق شهری، مورد توجه بسیاری از مهندسان این رشته قرار گرفته است. یکی از روش‌های ژئوفیزیک نزدیک سطح که در سال‌های اخیر در این زمینه موفقیت‌هایی حاصل کرده، روش GPR است. در این تحقیق با در نظر گرفتن چند مورد متفاوت تحقیقاتی در شرایط متفاوت زیرسطحی قابلیت روش GPR در تعیین محل دقیق این‌گونه ساختارها، مورد بررسی قرار گرفته است. به‌علاوه در این تحقیق با رویکردی متفاوت در تفسیر داده‌ها، با تحلیل مشخصه‌های دامنه، فاز و بسامد تپ‌های GPR سعی در دریافت حداکثر اطلاعات از مقطع‌های GPR شده است.
    برداشت سه‌بُعدی داده‌ها در یکی از سایت‌های مورد بررسی، پردازش، تفسیر و نمایش سه‌بُعدی ساختارهای زیرسطحی را ممکن ساخته است. از طرفی برداشت‌های مقاومت ویژه در این منطقه، بررسی و تطبیق نتایج حاصل از اندازه‌گیری‌های GPR را فراهم کرده است. با در نظر گرفتن یک نیم‌رخ روی محیط‌های با رسانندگی الکتریکی زیاد، تأثیر نامطلوب رسانندگی محیط برداشت در اندازه‌‌گیری‌های GPR نشان داده شده است. ازآنجاکه مقاومت وی‍ژه محیط‌های زیرسطحی نقش مهمی در نفوذ امواج ایفا می‌‌کند، با تحلیل طیف بسامد تپ‌های GPR در این محیط، برآوردی از مقاومت وی‍ژه محیط زیرسطحی به‌دست آمده است. همچنین با تحلیل این طیف، نوفه‌های سامان‌مند که در اندازه‌گیری‌های GPR تأثیرگذار و دارای بسامد‌ متفاوتی از سیگنال‌ها هستند، قابل شناسایی‌اند. در ادامه با در نظر گرفتن یک نیم‌رخ روی تأسیسات فلزی و غیرفلزی دانشگاه صنعتی شاهرود، بررسی‌های جزئی‌تر روی این‌گونه هدف‌ها صورت گرفته است. در این سایت برآورد قطر لوله غیرفلزی محتوی آب با استفاده از اطلاعات موجود در مقطع زمانی GPR، با دقت خوبی ممکن شده است. همچنین با تحلیل مشخصه‌های دامنه و فاز تپ‌های دریافتی در قسمت‌هایی از این نیم‌رخ، پاسخ‌‌های فلزی و غیرفلزی مورد بررسی،  تفکیک‌پذیر است. در خاتمه این مقاله با در نظر گرفتن یک نیم‌رخ روی لوله‌های غیرفلزی، اثر شاره محتوی آنها در اندازه‌گیری‌های GPR بررسی  شده است.
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Detection of subsurface installations and analysis of GPR pulse characteristics

نویسندگان [English]

  • Mehdi Mohammadi Vizheh 1
  • Abolghasem Kamkar Rouhani 2
چکیده [English]

Detection of subsurface installations and knowing their characteristics and accurate burial places are some challenges that the engineers involved always face with. Urban development, and thus, the necessity for the development of new and convenient installation networks and also the need for maintenance of old installation networks indicate the significance of accurate placement of the subsurface installations. In this regard, non-destructive methods have been considered to be used by many engineers in this field in order to save time and costs and also to reduce the disturbances due to unnecessary drillings in urban areas. In general, geophysical methods are among the most important non-destructive methods. One of shallow subsurface geophysical methods which has obtained some degree of success in this regard is the ground penetrating radar (GPR) method. In this research work, the GPR method is applied in several case studies having different subsurface conditions, and thus, the capability of the GPR method is investigated for accurate placement of subsurface installations in these case studies. Furthermore, we use a different procedure in data interpretation and analysis to analyze the characteristics of amplitude, phase and frequencies of GPR pulses in order to derive maximum information from GPR sections.
    Three-dimensional (3D) data survey in one of case studies carried out in this research work had made it possible to process, interpret, and visualize subsurface structures in 3D form. Besides, resistivity surveys in the study area had provided us with the possibility of investigation and correlation of the GPR data results with the resistivity findings. Considering that a survey line had been carried out on the subsurface media containing high electrical conductivities, the unfavorable influence of the conductivities of survey media on the GPR measurements made along the survey line was indicated. Since the resistivities (or conductivities) of the subsurface media play an important role in the penetration of GPR waves, we can estimate the resistivities of the subsurface media by analyzing the frequency spectrum of the GPR pulses propagated in the media. Furthermore, the systematic noise affecting the GPR measurements is recognized by this frequency–spectrum analysis as this noise has frequencies different from those of signals. This study also considers GPR and resistivity investigations along a survey line crossing subsurface metallic and non-metallic installations, and thus, detailed investigations made on these subsurface targets. In this area, an estimation of the diameter of the non-metallic pipe installed for transferring of water in the subsurface has been made with a good accuracy from the acquired GPR time section along the survey line. Moreover, the analysis of amplitude and phase characteristics of the GPR pulses from some parts of the survey line has made it possible to distinguish or separate GPR responses of metallic installations from non-metallic ones. Finally, by considering GPR measurements along a survey line passing a subsurface non-metallic pipe, we investigated the effect of the fluid inside the pipe.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ground penetrating radar (GPR)
  • buried installation
  • processing
  • amplitude
  • phase and frequency spectrum analysis
Davis, J. L., and Annan, A. P., 1989, Ground-penetrating radar for high resolution mapping of soil and rock stratigraphy: Geophysical Prospect., 37, 531-551.

Kearey, P., and Brooks, M., 1991, An Introduction to Geophysical Exploration: Blackwell Science, Oxford.

Neal, A., 2004, Ground penetrating radar and its use in sedimentology: principles, problems and progress: Earth-Science Reviews, 66, 261-330.

Parasnis, D. S., 1997, Principles of Applied Geophysics: Chapman and Hall.

Reynolds, J. M., 1997, An Introduction to Applied and Environmental Geophysics: John Wiley & Sons, Chichester.

Telford, W. M., Geldart, L. P., and Sheriff, R. E., 1998, Applied geophysics: Cambridge University Press.

Turner, G., 1994, Subsurface radar propagation deconvolution: Geophysics, 59(2), 215-223.

Van Overmeeren, R. A., 1994, Georadar for hydrogeology: First Break, 12(8), 401-408.

Zeng, X., and McMechan, G. A., 1997, GPR characterization of buried tanks and pipes: Geophysics, 62(3), 797-806.