Ανάπτυξη τομογραφικών γεωφυσικών τεχνικών για τη μελέτη γεωτεχνικών και περιβαλλοντικών προβλημάτων

Abstract

This study investigates an application on electrical resistivity tomography, employing a special electrode array. In this array, one electrode row is placed on the surface and another one is probed into the earth. This array is labeled as ‘surface-to-tunnel’ which has two rows of electrodes running parallel while the ‘interior’ row is placed inside a tunnel.This new array can ‘see’ the area in between the electrodes better in comparison to traditional surface arrays due to increased resolving ability. For data acquisition, new protocols are created. These are based on existing protocols which are dedicated to cross-borehole measurements. New protocols are also optimized by reducing the initial amount of data via Jacobian matrix or Resolution matrix criterion. Finally, these protocols are evaluated for their accuracy.This new array is further studied in order to find the best ratio between the inner probe distance and the vertical distance between arrays. Furthermore, the error which is introduced due to electrode horizontal displacement is calculated regarding to the protocol.As mentioned before, the ‘interior’ array of electrodes can be placed inside a tunnel. But, the tunnel itself is a source of noise so that it can ‘pollute’ the data with extra noise. In this study, the noise is calculated with respect to tunnel volume, electrode positioning, and the current protocol. Some correction methods for tunnel effect are proposed. Data is obtained by synthetic simulation data, and processed with an existing software which was updated for this specific purpose. Apart from the simulated data, measurements are also acquired in a special tank where a handmade apparatus gave the opportunity for a fully controlled experimental environment. Existing knowledge from a ‘surface-to-tunnel’ array is employed at an archaeological site where an already available tunnel is used in order to introduce the ‘interior’ electrode array. The results from real data are compared with theoretical models.

Η παρούσα διδακτορική διατρίβη διαπραγματεύεται την εφαρμογή ηλεκτρικών μεθόδων διασκόπησης με τη χρήση μίας ιδιαίτερης διάταξης ηλεκτροδίων, όπου μία σειρά ηλεκτροδίων τοποθετείται στην επιφάνεια του εδάφους και μία ακόμα σειρά ηλεκτροδίων τοποθετείται στο εσωτερικό της γης. O τύπος αυτός μετρήσεων ονομάζεται ‘επιφάνειας-σήραγγας’ με τις δύο σειρές ηλεκτροδίων να είναι μεταξύ τους παράλληλες και την εσωτερική να τοποθετείται μέσα σε σήραγγα.Πρόκειται για μία νέα διάταξη η οποία λόγω αυξημένης ευαισθησίας είναι σε θέση να ‘φωτογραφίσει’ καλύτερα την μεταξύ των ηλεκτροδίων περιοχή σε σχέση με τις παραδοσιακές επιφανειακές μετρήσεις. Για τη λήψη των μετρήσεων δημιουργήθηκαν καινούρια πρωτόκολλα τα οποία βασίσθηκαν στις μετρήσεις μεταξύ κατακόρυφων γεωτρήσεων και αξιολογήθηκαν ώστε να αναδειχθεί το καλύτερο δυνατό ανά περίπτωση. Επιπλέον, τα πρωτόκολλα αυτά βελτιστοποιήθηκαν μειώνοντας τον αρχικό αριθμό μετρήσεων με κριτήριο τον Ιακωβιανό πίνακα ή τον πίνακα ευκρίνειας.Η νέα αυτή διάταξη μελετήθηκε ώστε να βρεθεί η μέγιστη δυνατή απόσταση μεταξύ των εσωτερικών και των επιφανειακών ηλεκτροδίων. Επιπρόσθετα, υπολογίσθηκε το σφάλμα που προκύπτει από την αναντιστοιχία της θέσης των ηλεκτροδίων λόγω οριζόντιας απόκλισης των δύο σειρών.Όπως αναφέρθηκε, η ‘εσωτερική’ σειρά των ηλεκτροδίων μπορεί να τοποθετηθεί μέσα σε σήραγγα. Ωστόσο, η παρουσία της σήραγγας της ίδιας είναι σε θέση να ‘μολύνει’ τις μετρήσεις με επιπρόσθετο θόρυβο. Ο θόρυβος αυτός υπολογίζεται ανάλογα με τις διαστάσεις της σήραγγας, την θέση των ηλεκτροδίων αλλά και με το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται και αντίστοιχα προτείνονται τρόποι διόρθωσης.Τα δεδομένα προέκυψαν από τη δημιουργία συνθετικών μοντέλων προσομοίωσης, τα οποία μελετήθηκαν με την βοήθεια λογισμικού που αναπτύχθηκε για το σκοπό αυτό. Εκτός από τα συνθετικά δεδομένα, μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε ειδική δεξαμενή στην οποία προσαρμόσθηκε ιδιοκατασκευή παρέχοντας την δυνατότητα πραγματοποίησης μετρήσεων σε πλήρως ελεγχόμενο περιβάλλον.Η γνώση που αποκομίσθηκε από την θεωρητική μελέτη των μετρήσεων ‘επιφάνειας-σήραγγας’ εφαρμόσθηκε σε αρχαιολογικό χώρο με την τοποθέτηση των εσωτερικών ηλεκτροδίων σε σήραγγα. Τα αποτελέσματα αναλύθηκαν και συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα των θεωρητικών μοντέλων.