Αντιστροφή γεωηλεκτρικών τομογραφικών δεδομένων: εφαρμογή στη λεκάνη Ανθεμούντα

Abstract

In this thesis the method of Electrical Resistivity Tomography is applied for studying geological and hydrogeological problems. The thesis focuses in the application of the ERT with three specific objectives. The first one is to develop best practices for acquiring and working with very large ERT datasets. The second objective is to develop and use a new data acquisition system for performing resistivity measurements with separate current source and voltage meter. This will allow the distance between current to increase without limitations posed by the wires connecting receiver and transmitter and therefore will increase the maximum depth of investigation to many hundreds of meters or even kilometers. The third objective is to apply the methodologies developed for studying specific geological and hydrogeological conditions in the Anthemountas river basin, located ease - southeast of Thessaloniki. The geology and hydrogeology of the basin is evaluated and possible areas where the geophysical investigation can offer valuable information are located. The possibility to conduct resistivity survey on two different scales with different targets is evaluated and two areas near Peristera village and near Vasilika village are finally selected. The two surveys are planned and the necessary hardware (cables and connectors) for the survey in Peristera is constructed. For the Vasilika survey, the necessary voltage digitizer was purchased and proper software for acquiring and calculating resistivity value was developed in LabView and Matlab environment. The methodology was tested thoroughly in controlled as well as in real conditions. Finally the resistivity surveys were conducted successfully and the geological interpretation of the geophysical data is presented. The main outcome of the surveys was that for the first time a survey with electrical resistivity tomographies was conducted for an area of three by one and a half kilometers and with maximum depth of investigation of approximately five hundred meters and a geological model was presented revealing significant geological features.

Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη μέθοδο της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης, σκοπός της οποίας είναι ο υπολογισμός της κατανομής ( χαρτογράφησης ) των ηλεκτρικών ιδιοτήτων της γης με κύριο στόχο την αναγνώριση δομών που θα βοηθήσουν στη κατανόηση του γεωλογικού μοντέλου. Ειδικότερα, η διατριβή πραγματεύεται την εφαρμογή της μεθόδου της γεωηλεκτρικής τομογραφίας στην επίλυση γεωλογικών - υδρογεωλογικών προβλημάτων με τρεις διακριτούς στόχους. Ο πρώτος είναι η συμβολή στην ανάπτυξη βέλτιστων τακτικών λήψης και επεξεργασίας μεγάλου όγκου γεωηλεκτρικών δεδομένων όταν το ενδιαφέρον βρίσκεται σε μικρά σχετικά βάθη, ενώ ο δεύτερος αφορά την ανάπτυξη και εφαρμογή ενός νέου συστήματος λήψης μετρήσεων γεωηλεκτρικών τομογραφικών δεδομένων, το οποίο να δίνει τη δυνατότητα για έρευνες σε σημαντικά μεγαλύτερα βάθη. Ο τρίτος στόχος είναι η χρήση των παραπάνω εργαλείων στην προσπάθεια μελέτης και διερεύνησης των συγκεκριμένων γεωλογικών και υδρογεωλογικών συνθηκών στην περιοχή της λεκάνης του ποταμού Ανθεμούντα, ανατολικά - νοτιοανατολικά του πολεοδομικού συγκροτήματος της Θεσσαλονίκης. Μελετήθηκε συνολικά η γεωλογία και η υδρογεωλογία της υδρολογικής λεκάνης του ποταμού Ανθεμούντα και εντοπίστηκαν πιθανές περιοχές στις οποίες η γεωηλεκτρική διασκόπηση θα μπορούσε να συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση του γεωλογικού - υδρογεωλογικού μοντέλου. Διερευνήθηκαν οι δυνατότητες υλοποίησης γεωηλεκτρικής έρευνας σε δυο διαφορετικές κλίμακες και με διαφορετικούς στόχους και εντοπίστηκαν δυο περιοχές, στην Περιστερά και στα Βασιλικά, στις οποίες επικεντρώθηκε παραπέρα η έρευνα. Σχεδιάστηκε ο τρόπος υλοποίησης της έρευνας για τη κάθε περιοχή, έγινε προμήθεια των απαιτούμενων υλικών και κατασκευάστηκαν τα αναγκαία εξαρτήματα για τη λήψη των μετρήσεων στην περίπτωση της έρευνας στην Περιστερά. Παράλληλα σχεδιάστηκε μια νέα μεθοδολογία λήψης των μετρήσεων για την έρευνα στην περιοχή των Βασιλικών, έγινε προμήθεια του απαραίτητου εξοπλισμού (κάρτα ψηφιοποίησης διαφορών δυναμικού) και υλοποιήθηκε το απαραίτητο λογισμικό για τη λήψη των μετρήσεων με τη χρήση αυτού του εξοπλισμού. Το λογισμικό και το σύστημα καταγραφής εξελίχθηκε στη τελική του μορφή μέσα από πλήθος πειραματικών δοκιμών, στη διάρκεια των οποίων εντοπίστηκαν και αντιμετωπίστηκαν τα προβλήματα που ανέκυψαν. Τέλος, πραγματοποιήθηκε η γεωφυσική έρευνα και στις δύο περιοχές και ακολούθησε η διαδικασία επεξεργασίας των δεδομένων και η ερμηνεία των αποτελεσμάτων της γεωφυσικής έρευνας. Αποδείχθηκε πως η είναι δυνατή η λήψη τομογραφικών δεδομένων ακόμα και για βάθη πολλών εκατοντάδων μέτρων και πως η εφαρμογή της μεθοδολογίας αυτής στην λεκάνη του Ανθεμούντα οδήγησε στην παραγωγή ενός πραγματικού τρισδιάστατου γεωηλεκτρικού μοντέλου για μια περιοχή διαστάσεων 1500 μέτρα επί 3000 μέτρα και για μέγιστο βάθος ίσο με 500 περίπου μέτρα.