Anders Vest Christiansen, AU - ATV Jord og Grundvand
Anders Vest Christiansen, AU - ATV Jord og Grundvand
Anders Vest Christiansen, AU - ATV Jord og Grundvand
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Detaljeret kortlægning af den<br />
overfladenære geol<strong>og</strong>i ved brug af<br />
den nyeste udvikling indenfor luftbårne<br />
geofysiske metoder – Mini-SkyTEM systemet<br />
<strong>Anders</strong> <strong>Vest</strong> <strong>Christiansen</strong> 1 , Esben Auken 1 , Jesper<br />
Pedersen 1 , Flemming Jørgensen 2<br />
1 Institut for Geoscience, Aarhus Universitet<br />
2 GEUS
Baggrund<br />
• Geol<strong>og</strong>iske modeller <strong>og</strong> grundvandsmodeller centrale for<br />
beslutninger om areal-anvendelsen<br />
• Stigende krav til<br />
• Mængden <strong>og</strong> tætheden af data<br />
• Kvaliteten af data<br />
• Detaljeret opløsning af geol<strong>og</strong>ien<br />
• Svært opnåeligt med boringer alene – Geofysik!<br />
• SkyTEM<br />
• Tidligere fokuseret på de dybere dele af geol<strong>og</strong>ien<br />
• Nye udviklinger muliggør overfladenær kortlægning
Oversigt<br />
• Mini-SkyTEM<br />
• Et nyt system designet til overfladenær kortlægning<br />
• Hvordan får vi de tidlige data?<br />
• Første kortlægning ved Odder<br />
• En del af NiCA-projektet
Oversigt<br />
• Mini-SkyTEM<br />
• Et nyt system designet til overfladenær kortlægning<br />
Hardware-udviklinger:<br />
• Nyt composit-materiale til rammen<br />
• Ny elektronik til indsamling af meget tidlige tider<br />
Sofware-udviklinger:<br />
• Adaptativ stakning af rådata<br />
• Modellering af primærfeltet fra systemet < 10 µs<br />
Nye metoder:<br />
• Mere præcis kalibrering af systemet<br />
• Direkte måling af system-responset
Luftbårne data
Luftbårne data
Luftbårne data
Luftbårne data
Luftbårne data
Luftbårne data
Luftbårne data
Luftbårne TEM systemer<br />
Aerotem<br />
Tempest<br />
SkyTEM<br />
VTEM<br />
HelioGeoTEM<br />
Megatem
SkyTEM: to momenter for både dyb <strong>og</strong><br />
overfladenær kortlægning<br />
Flere tidlige tider med<br />
Mini-SkyTEM<br />
Overfladenær information<br />
Støj<br />
dB/dt [V/m^2]<br />
1e-02<br />
1e-03<br />
1e-04<br />
1e-05<br />
Lavt Moment (LM)<br />
1e-06<br />
1e-07<br />
1e-08<br />
2 dekader i tid - 5 dekader i signal<br />
Højt Moment (HM)<br />
1e-09<br />
1e-06 1e-05 1e-04 1e-03 1e-02 1e-01<br />
Time [s]<br />
Dyb information
SkyTEM-systemer: valget afhænger af<br />
kortlægningen<br />
SkyTEM 508 SkyTEM 304 SkyTEM 101<br />
Area (m 2 ) 494 314 132<br />
Moments LM/HM (Am 2 ) 5.000/500.000 3.000/150.000 1.000/7.000<br />
First gate (µs) 35 7-8 5-6<br />
Last gate (ms) 10 10 1.2<br />
Nominal speed (km/h) 45 (max. 100) 45 (max. 100) 100 (max. 140)<br />
Weight (kg) 600 430 350<br />
Mere overfladenær information<br />
Mere dyb information<br />
Mini-SkyTEM
Mini-SkyTEM – NiCA<br />
Transmitter loop
Mini-SkyTEM – NiCA<br />
Transmitter loop
Mini-SkyTEM – NiCA<br />
Generator<br />
Instrumenter<br />
Receiver loop<br />
Transmitter loop<br />
GPS, tilt-metre,<br />
lasere
Mini-SkyTEM, tekniske detaljer<br />
• Turn-off af det lave moment (LM) ~4 µs<br />
Første gate-tid ~5-6 µs<br />
overfladeinformation<br />
• Loop areal ~130 m²<br />
• LM: 7.5 A & 1 vinding 975 Am 2<br />
HM: 55 A & 1 vinding 7150 Am 2<br />
• Hastighed ~100 km/t (140 km/t testet)<br />
Hurtig dækning<br />
• LM måles hvert 0.6 s (~ 80 skud)<br />
Bedste laterale opløsning ca 15 m fra rå data<br />
I praksis, efter processering, er den bedste<br />
laterale opløsning af de øverste 20 m ~30 m<br />
• Nominel flyvehøjde: 30 m
Oversigt<br />
• Mini-SkyTEM<br />
• Et nyt system designet til overfladenær kortlægning<br />
• Hvordan får vi de tidlige data?<br />
• Første kortlægning ved Odder<br />
• En del af NiCA-projektet
Coil Response & tidlige tider<br />
• ”Coil response”<br />
• senderspolens eget signal<br />
• Typisk jord-respons i 30 m<br />
• Typisk jord-respons i 55 m<br />
• Betyder n<strong>og</strong>et for:<br />
• Store flyvehøjder<br />
• Høje modstande i jorden<br />
• Effekten inkluderes i inversionsmodellen
Coil Response & tidlige tider<br />
Uden CR Med CR Model
Oversigt<br />
• Mini-SkyTEM<br />
• Et nyt system designet til overfladenær kortlægning<br />
• Hvordan får vi de tidlige data?<br />
• Første kortlægning ved Odder<br />
• En del af NiCA-projektet
NiCA projektet<br />
Forskningsprojekt om nitratreduktion i geol<strong>og</strong>isk heter<strong>og</strong>ne områder<br />
Hvordan er geol<strong>og</strong>ien?<br />
Information omkring de<br />
øverste 20 m er kritisk<br />
Partnere: GEUS, Department of Ge<strong>og</strong>raphy and Geol<strong>og</strong>y (University of<br />
Copenhagen), Aarhus Geophysics, Knowledge Centre for Agriculture (Danish<br />
Agricultural Advisory Service), Institute of Food and Resource Economics, Life<br />
(University of Copenhagen), ALECTIA, Municipalities of Aarhus and Odder,<br />
SkyTEM surveys ApS, DHI
NiCA project – Norsminde area<br />
Horsens<br />
Odder<br />
Aarhus<br />
Norsminde fjord<br />
1 km<br />
Sort: fase 1<br />
100 m line spacing<br />
13t 26m<br />
1203 km<br />
Rød: Norsminde fase 2 – in-lines<br />
100 m line spacing<br />
5t 06m<br />
465 km<br />
Blå: Norsminde fase 2 - krydslinjer<br />
50 m spacing<br />
1t 59m<br />
178 km<br />
…1846 km på få dage
Middelmodstand 15-20 m dybde<br />
Ler<br />
Sand
Profil syd-nord<br />
Lerlag<br />
Begravet dal Pale<strong>og</strong>ent ler Sandlag<br />
S N<br />
Middelmodstand 15-20 m<br />
(Smooth SCI med 29 lag + 3D gridding)<br />
Ler<br />
Sand<br />
Glacial-tektonisk<br />
forstyrret
Profil vest-øst: Det overfladenære<br />
Begravet dal<br />
V E<br />
Sandlag 5-10 m<br />
Glacial-tektonisk<br />
forstyrret<br />
Lerlag<br />
(Smooth SCI med 29 lag + 3D gridding)<br />
ler<br />
Sand
Mini-SkyTEM <strong>og</strong> boringer<br />
• Der er tilfældigt udvalgt i alt 34 boringer til sammenligningen<br />
• Alle boringer findes indenfor maks. 15 m fra en flyvelinje<br />
• Sonderinger langs flyvelinjen er plottet på et profil sammen med<br />
boringens lithol<strong>og</strong>iske data<br />
• På baggrund heraf er der lavet en umiddelbar vurdering af<br />
sammenhængen mellem TEM‐data <strong>og</strong> boredata<br />
• I tilfælde af manglende eller mindre god overensstemmelse er<br />
årsagen vurderet
Mini-SkyTEM <strong>og</strong> boringer 1<br />
V Ø<br />
(Smooth SCI med 29 lag + 3D gridding)<br />
I = ler<br />
ml = moræneler<br />
s = sand<br />
ds = diluvialt sand<br />
g = grus<br />
Ler<br />
Sand
Mini-SkyTEM <strong>og</strong> boringer 2<br />
(Smooth SCI med 29 lag + 3D gridding)<br />
I = ler<br />
ml = moræneler<br />
s = sand<br />
ds = diluvialt sand<br />
g = grus<br />
Ler<br />
Sand
Mini-SkyTEM <strong>og</strong> boringer, konklusion<br />
Total statistik:<br />
60 % med god overenstemmelse<br />
30 % med accetabel overensstemmelse<br />
10 % uden overensstemmelse<br />
Grunde til uoverensstemmelse:<br />
3D effekter, mangel på opløsning <strong>og</strong> ækvivalens (38 %)<br />
Ringe kvalitet af borehulsdata (34 %)<br />
Fejl i boringskoordinater (16 %)<br />
Rester af koblinger <strong>og</strong> støj (6 %)<br />
Variation i salinitet (6 %)<br />
Undersøgelsens resultater netop bekræftet af større, mere grundigt<br />
studie<br />
(F. Jørgensen, GEUS)
Konklusion<br />
Med det nye Mini-SkyTEM system får vi:<br />
Meget tidlige tider med første gate i 5-6 µs takket være:<br />
Coil Response modellering for gates < 10 µs<br />
Præcis system-kalibrering med nøjagtighed ~1 µs (ikke vist)<br />
En mere detaljeret beskrivelse af de øvre 30 m:<br />
God korrelation med borehuller: næsten 90% af borehullerne viser en tilfredsstillende<br />
eller god overensstemmelse!<br />
God overensstemmelse med DC-målinger (ikke vist)<br />
Høj flyvehastighed (100-140 km/h):<br />
2000 linjekilometer fløjet på mindre end en uge<br />
En dybdeindtrængning på ca 100 m
Et kig fremad...<br />
• Overfladenær geol<strong>og</strong>isk/hydr<strong>og</strong>eol<strong>og</strong>isk kortlægning:<br />
• Sekundære grundvandsmagasiner (klimatilpasning)<br />
• Saltvandsindtrængning<br />
• Vådområder<br />
• Forureningssager<br />
• Sårbarhedskortlægning<br />
• Andre sektorer:<br />
• Større anlægsprojekter<br />
• Nye veje<br />
• <strong>Jord</strong>bundsundersøgelser<br />
• Råstoffer<br />
• Landbrug
Tak for opmærksomheden!
Preliminary results: resistivity maps 5-<br />
10m<br />
III. Survey area - Norsminde
III. Survey area - Norsminde<br />
Preliminary results: resistivity maps 10-<br />
15m
III. Survey area - Norsminde<br />
Preliminary results: resistivity maps 15-<br />
20m
III. Survey area - Norsminde<br />
Preliminary results: resistivity maps 25-<br />
30m
III. Survey area - Norsminde<br />
Preliminary results: resistivity maps 40-<br />
45m
III. Survey area - Norsminde<br />
Preliminary results: resistivity maps 60-<br />
65m
III. Survey area - Norsminde<br />
Preliminary results: resistivity maps 80-<br />
85m<br />
Depth Of<br />
Investigation (DOI)<br />
is lower for<br />
conductive areas
III. Survey area - Norsminde<br />
Preliminary results: resistivity maps 100-<br />
105m<br />
Depth Of<br />
Investigation (DOI)<br />
is lower for<br />
conductive areas
Båndbredde for luftbårne systemer<br />
106 105 104 103 102 Frequency [Hz]<br />
Helicopter<br />
FEM<br />
Helicopter<br />
TEM<br />
Flere tidlige data<br />
med det nye system<br />
Overfladenær Dyb<br />
Fixed wing<br />
TEM<br />
DIGHEM/RESOLVE<br />
VTEM<br />
SkyTEM (dual moment)<br />
TEMPEST*<br />
HOISTTEM / NEWTEM<br />
AeroTEM<br />
GEOTEM<br />
10<br />
Time [sec]<br />
-6 10-5 10-4 10-3 10-2
Fine calibration for very early times
Fine calibration for very early times<br />
Reference<br />
model
Fine calibration for very early times<br />
Reference<br />
model<br />
Forward
Fine calibration for very early times<br />
Reference<br />
model<br />
Forward<br />
SkyTEM reference<br />
response
Fine calibration for very early times<br />
Reference<br />
model<br />
Forward<br />
SkyTEM reference<br />
response<br />
Calibrate
Fine calibration for very early times<br />
Reference<br />
model<br />
Forward<br />
SkyTEM reference<br />
response<br />
Calibrate
Fine calibration for very early times<br />
Reference<br />
model<br />
Forward<br />
SkyTEM reference<br />
response<br />
Calibrate<br />
Time shift<br />
Factor shift
Fine calibration for very early times<br />
Reference<br />
model<br />
Forward<br />
SkyTEM reference<br />
response<br />
Calibrate<br />
Time shift<br />
Factor shift
Fine calibration for very early times<br />
Reference<br />
model<br />
Forward<br />
Time shift – caused by inaccurate:<br />
• Rx-Tx timing<br />
• wave-form determination<br />
• low pass filter determination<br />
SkyTEM reference<br />
response<br />
Calibrate<br />
Time shift<br />
Factor shift
Fine calibration for very early times<br />
Reference<br />
model<br />
Forward<br />
Time shift – caused by inaccurate:<br />
• Rx-Tx timing<br />
• wave-form determination<br />
• low pass filter determination<br />
SkyTEM reference<br />
response<br />
Calibrate<br />
Time shift<br />
Factor shift<br />
Factor shift – caused by inaccurate:<br />
• Tx-current reading<br />
• determination of amplification<br />
levels
Fine calibration for very early times<br />
(data from Sorø survey, 2009)
Fine calibration for very early times<br />
(data from Sorø survey, 2009)
Fine calibration for very early times<br />
Noticeable changes for a time shift of only 1.1 µs!<br />
(data from Sorø survey, 2009)
NW ERT (Syscal Pro) – April 2012<br />
SE<br />
NW Mini-SkyTEM – June 2011<br />
SE<br />
Road
NW ERT (Syscal Pro) – April 2012<br />
SE<br />
NW Mini-SkyTEM – June 2011<br />
SE<br />
Road
NW<br />
NW<br />
Road<br />
ERT (Syscal Pro) – April 2012<br />
Mini-SkyTEM – June 2011<br />
SE<br />
SE
NW<br />
NW<br />
Road<br />
ERT (Syscal Pro) – April 2012<br />
Mini-SkyTEM – June 2011<br />
SE<br />
SE
Change language