مقایسه روش رادار نفوذی به زمین و مغناطیس‌سنجی در بررسی‌های نزدیک به سطح: یک مطالعه موردی

نوع مقاله: مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

امروزه انتقال مواد سوختی و آب توسط لوله‌های مدفون در زیر سطح زمین در مناطق شهری و بین شهری امری ضروری و مهم است، به طوری که باعث ایجاد شبکه‌های زیرزمینی عظیم با صرف هزینه‌های فراوان شده است. مسئله‌ای که پس از ایجاد چنین شبکه‌هایی دارای اهمیت خاصی است، تعمیر و نگهداری این سازه‌ها برای جلوگیری از تخریب‌های احتمالی است. همچنین فقدان نقشه‌های دقیق زیرسطحی، باعث آسیب­دیدن این خطوط طی عملیات‌های مختلف عمرانی می‌شود. بنابراین نیاز ضروری به روشی غیرمخرب برای آشکارسازی این‌گونه اهداف زیرسطحی کاملاً مشهود است. از این رو برای تهیه نقشه این سازه‌ها می‌توان از روش­های ژئوفیزیکی مناسب، بدون هرگونه تخریبی در سطح زمین بهره گرفت. در بین روش‌های ژئوفیزیکی، برداشت داده‌ها در روش‌های رادار نفوذی به زمین و مغناطیس‌سنجی غیرمخرب، سریع و آسان هستند. هدف اصلی این پژوهش، بررسی مزایا و معایب روش رادار نفوذی به زمین (Ground Penetrating Radar یا به‌طور مختصر (GPR)) در مقایسه با روش مغناطیس‌سنجی، در بررسی ساختارهای نزدیک به سطح زمین است. در این پژوهش روش (GPR) و مغناطیس‌سنجی از لحاظ قدرت تفکیک، عمق‌نفوذ و مقدار اطلاعات به دست آمده بر روی یک لوله فلزی انتقال گاز با یکدیگر مقایسه شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که رسانندگی زیاد منطقه مورد مطالعه (کانی‌سازی منطقه مورد مطالعه بیشتر رس و سیلت است)، سبب گردیده است امواج (GPR)، به شدت اتلاف شده و عمق نفوذ خیلی محدود گردد. از طرفی فلزی بودن لوله که تباین مغناطیسی قابل توجهی در مقایسه با محیط اطرافش دارد، باعث شده است که علی‌رغم قدرت تفکیک­پذیری زیاد در روش (GPR) در مقایسه با روش مغناطیس‌سنجی، در چنین محیط‌هایی روش مغناطیس‌سنجی دارای عمق نفوذ زیادی در آشکارسازی این‌گونه اهداف باشد. هرچند در مکان‌های شهری که محیط‌های با نوفه زیاد هستند، امکان برداشت مغناطیس‌سنجی وجود ندارد، روش (GPR) با آنتن پوششی در چنین محیط‌هایی بسیار خوب عمل می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A comparison between the results of ground penetrating radar and magnetic surveys in near surface investigations: A case study

نویسندگان [English]

  • Maseod Hosaini 1
  • Abolghasem Kamkar rouhani 1
  • Mehdi Mohammadivizheh 2
  • Saeed Parnow 2
1 Faculty of Mining, Petroleum and Geophysics, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Institute of Geophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Today, it is indispensable to transmit and retain fuels, water and other energy resources by buried pipes, tanks and cables in urban and non-urban areas. Thus, the generation of huge and costly underground networks for this purpose is inevitable. Following the creation of such networks, their maintenance,  and prevention from possible destructions are needed. Otherwise, considerable financial losses and irreparable environmental contaminations may occur. Often, a sufficient physical contrast between these installations and their surrounding media exists, and as a result, these installations are considered as suitable targets for detection by ground penetrating radar (GPR) method. In this paper, GPR data, acquired from a GPR survey on buried pipes including metallic pipes for gas transmission, have been processed and interpreted to detect the buried metallic pipes and other subsurface anomalies. To investigate the advantages or efficiency and drawbacks of the GPR method in this application, we have compared the results of the GPR method with the results of the magnetic method performed on the same targets. The results of this comparison are given in the following.
The GPR method  provides a higher resolution in comparison to the magnetic method. However, GPR waves in subsurface highly conductive media are intensively attenuated. Hence, the depth of penetration in the latter method is limited. As can be seen from the GPR depth sections obtained from the GPR survey in the study area, the depth of penetration is even less than two meters. The magnetic method, despite its weak resolution, can more successfully detect the targets in highly conductive media provided that there is a good magnetic susceptibility contrast between the target and the surrounding medium. In urban areas, where high noise levels exist magnetic surveys unlike GPR methods via shielded antenna cannot be successfully performed. In this research, first, both the GPR and magnetic surveys have been carried out along survey lines passing the buried gas pipelines and other shallow subsurface targets in Qaleh-Showkat area that is approximately located 10 km to the west of Shahrood city to detect the targets. Then, the results of the GPR and magnetic surveys have been compared. As a result, we have found that the GPR method provided higher resolution in the detection of small anomalies located at shallow depths and near each other. However, in the locations having high electrical conductivities, the GPR method, unlike the magnetic method,  could detect very shallow subsurface targets or anomalies even high attenuation of the GPR waves happen in these situations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • detection of metallic pipes
  • magnetic contrast
  • Ground penetrating radar (GPR)
  • depth of penetration
  • magnetic survey

احمدی، ر.، فتحیانپور، ن.، و نوروزی، غ.، 1393، بهبود مدل سازی پیشرو داده های رادار نفوذی به زمین (GPR) به روش عددی تفاظل محدود: مجله ژئوفیزیک ایران، 8(3)، 113-129.

اویسی مؤخر، م.، قاسمی، و.، و شاه نظری، ح.، 1384، مطالعات مغناطیسی و رادار بر روی طاق‌های عمارت تاریخی خسرو در شهر قصر شیرین: دوازدهمین کنفرانس ژئوفیزیک ایران.

اویسی مؤخر، م.، 1386، بررسی ساختار شکستگی سراب قنبر در جنوب شهر کرمانشاه با استفاده از روش رادار: مجله ژئوفیزیک ایران، 1(1)، 81-89.

پرنو، س.، کامکار روحانی، ا.، عرب امیری، ع.، و کریمی، ن.، 1394، بررسی ساختارهای درونی و تعیین نوع یخچال با استفاده از روش رادار نفوذی به زمین (GPR): مطالعه موردی یخچال علم کوه مازندران: فصلنامه علوم زمین، سال بیست و چهارم، 95، 77-84.

پرنو س، کامکار روحانی ا، عرب امیری ع، و کریمی ن، 1393، لزوم تصحیح توپوگرافی بر روی داده‌های رادار نفوذی به زمین (GPR) به منظور تفسیر صحیح نتایج، اولین همایش ملی رادار نفوذی به زمین.

کامکار روحانی، ا.، اسحقی، ا.، و عرب امیری، ع.، 1391، پردازش و تفسیر داده‌های رادار نفوذی به زمین (GPR) به منظور شناسایی حفره‌های زیرسطحی و بررسی لایه بندی، دانه بندی و برآورد میزان رس در رسوبات زیرسطحی کم عمق: مجلة فیزیک زمین و فضا، 38(4)، 155-173.

محمدی‌ویژه، م.، و کامکار روحانی، ا.، 1390، بررسی ساختارهای مدفون نزدیک سطح زمین با استفاده از روش‌های (GPR) و مقاومت‌ویژه: یک مطالعه موردی: فصلنامه علوم زمین، سال بیستم، 80، 163-170.

Annan, P., 2001, “Ground penetrating radar, Work shop Notes”., Sensors and Software.

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

Nuaimy, W., Huang, Y., Nakhkash, M., Fang, M. T. C., Nguyen, V. T., and Eriksen A., 2000, Automatic detection of buried utilities and solid objects with (GPR) using neural networks and pattern recognition: Journal of Applied Geophysics, 43, 157–165.

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

Huoo Ni, S., Huang, Y. H., Feng Lo, K., and Ci Lin, D., 2010, Buried pipe detection by ground penetrating radar using the discrete wavelet transform: Computers and Geotechnics, 37, 440-448.

Telford, W. M., Geldart, L. P., and Sheriff, R. E., 1990, Applied Geophysics: Cambridge University Press, 284-286.

Knight, R., 2001, Ground penetrating radar for environmental applications: Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 29, 229 -255.

Van Overmeeren, R. A., 1994, Georadar for hydrogeology: First break, 8, 401-408.

Reynolds, J. M., 1997, An Introduction to applied and environmental geophysics: John Wiley and Sons Ltd.