Gajdoš, Vojtech

Rozimant, Kamil

Transactions of the VŠB - Technical University of Ostrava Civil Engineering Series

DSpace at VSB Technical University of Ostrava

 235 Kamil ROZIMANT1, Vojtech GAJDOŠ2 2 OPAKOVANÉ MERANIA METÓDOU ELEKTRICKEJ ODPOROVEJ TOMOGRAFIE REPEATED MEASUREMENTS WITH ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY  Abstract Electrical resistivity tomography surveys are often repeated over the same line at different times to study the changes of the subsurface resistivity with time. Normally, the data from the surveys conducted at different times are inverted independently, but there is no guarantee that the differences in the resistivity values are only due to actual changes in the subsurface resistivity with time. There is also another approach, when the model obtained from the inversion of the initial data set is used as a reference model to constrain the inversion of the later time-lapse data sets. An example of long-term monitoring in the 3 year cycles is focused on the changes in physical and mechanical properties of deposited fly ash in time. Key words: electrical resistivity tomography, monitoring, time-lapse inversion   Úvod V minulosti bolo sledovanie zmien  fyzikálnych vlastností hornín v čase geofyzikálnymi metódami len málo pouņívané, najmä v dôsledku nízkej hustoty informácie ako aj nedostatočnej presnosti terénnych meraní. Technologický pokrok v oblasti geofyzikálnych aparatúr, ako aj softwarového vybavenia umoņnil vyuņitie niektorých geofyzikálnych metód na monitorovanie fyzikálneho stavu horninového prostredia. Ako jeden z najvhodnejńích monitorovacích fyzikálnych parametrov sa javí merný odpor horninového prostredia, ktorého rozloņenie v pomerne hustej sieti bodov vo vertikálnom reze je moņné  sledovať metódou elektrickej odporovej tomografie. Opakovaním takýchto meraní je moņné postihnúť odporové zmeny spôsobené viacerými faktormi.  Opakovaním meraní elektrickej odporovej tomografie (ERT)  na tom istom profile v rôznych časových odstupoch je moņné postihnúť rôzne rozdiely v odporoch spôsobené napr. zmenami vlhkosti, teploty alebo salinity, pohybom vody v nesaturovanej zóne, migráciou kontaminatov ako aj priesakmi z hrádzí a skládok.  Time-lapse inverzia Samotné terénne údaje obsahujú len informácie o zdanlivých merných odporoch a ich rozloņenie je ovplyvnené aj pouņitým meracím rozostupom a rozmiestnením anomálnych odporových telies. Údaje o skutočnom rozdelení odporových nehomogenít dostávame aņ po realizácii obrátenej úlohy – inverzie, pouņívajúcej ńpeciálne algoritmy na rieńenie tejto úlohy.                                                            1 RNDr., PhD., Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Mlynská dolina, Bratislava, SR, rozimant@fns.uniba.sk 2 Doc., RNDr., CSc., Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Mlynská dolina, Bratislava, SR, gajdos@fns.uniba.sk   236 Ńtandardný postup inverzie tomografických meraní vńak vnáńa do výsledkov aj vplyv z návrhu rôznych ńtartovacích modelov. Potlačenie tohoto vplyvu umoņňuje pouņitie postupu tzv. time-lapse inverzie. Ńtandardne sa realizuje inverzia terénnych meraní nezávisle pre jednotlivé časové etapy. V mnohých prípadoch takýto postup zabezpečuje uspokojivé výsledky. Inverzia realizovaná pre kaņdú etapu izolovane, vńak neposkytuje ņiadnu garanciu, ņe rozdiely v hodnotách odporov sú spôsobené len ich aktuálnymi zmenami s časom, nakoľko minimalizačný algoritmus pôsobí len na rozdiel medzi nameranými a vypočítanými hodnotami spracovávanej sady údajov, neberúc do úvahy východzie merania.  Preto sa v prípade opakovaných meraní ERT môņe z výhodou pouņiť tzv. time lapse inverzia (inverzia s časovým posunom), ktorá umoņňuje detailnejńie sa zamerať na odporové zmeny v horninovom prostredí z odstupom času.  Ako základné sa povaņujú počiatočné merania, na ktorých sa realizuje ńtandardný postup inverzie za účelom zostavenia základného odporového modelu resp. podpovrchového rozdelenia odporov.  Pri inverzii mladńích meraní sa potom pouņíva to isté rozdelenie odporových nehomogenít, aké sa pouņilo pri počiatočnom modeli.  Takýto postup sa pouņíva za účelom minimalizácie vplyvov v prípade zostavenia odlińného východzieho modelu na aktuálne zmeny (Loke, 1999). Výhody pouņitia time-lapse inverzie:  detailnejńie porovnanie odporových zmien  zvýraznenie aktuálnych zmien  spoločný východzí model Nevýhody pouņitia time-lapse inverzie:  nutnosť pouņitia tých istých meracích bodov t.j. merací profil musí mať tú istú hĺbku a hustotu meraných úrovní  nepriaznivý vplyv vyńńieho ńumu na inverziu. Príklad pouţitia Príklad porovnania „klasického― postupu inverzie meraní ERT a time-lapse inverzie je realizovaný na profile Me2 odkaliska popolčekov v Novákoch. Jedná sa o časť odkaliska, kde sa uņ od určitého času je uzavretá.   Prvé meranie bolo realizované v r.2002 a ćalńie v r.2005 (Gajdoń, Rozimant 2006).  Profil Me2 (obr.1) bol situovaný v spodnej časti odkaliska (270m n.m.), pribliņne v strede naplavovanj plochy, pričom dno údolia je na kóte 250m n.m. Nakoľko pod vrstvou pokryvných hlín postupne dochádza ku konsolidáciu naplaveného materiálu, s odstupom času sa namerané hodnoty odporov na odkalisku ako aj výsledky inverzie zvyńujú, čo potvrdili aj nańe merania s odstupom 3 rokov.  Výhody pouņitia Time–lapse inverzie môņeme pozorovať na pravej strane Obr.2 v homogénnejńom obraze, výraznejńom horizontálnom zvrstvení a niņńej RMS. Časová zmena odporov (obr.2 – dole) je prakticky v celej ploche rezu kladná, okrem pripovrchovej časti, kde je ovplyvnená zráņkovou činnosťou pred meraním. Na základe realizovaných presiometrických skúńok sa zistilo zlepńenie mechanických vlastností v období uvedených rokov. Z realizovaných presiometrických skúńok (Matys 2002, Matys a kol.  237 2006) v uvedených rokoch vyplýva, ņe generálne dochádza pri uloņení elektrárenských popolčekov v čase od ich naplavenia (po niekoľkých rokoch) k zreteľnému zlepńovaniu mechanických vlastností. Ku zlepńeniu dochádza najmä v dôsledku zmenńovania prirodzenej vlhkosti popolčekov a zväčńovaniu väzieb na stykoch zŕn popola.  P-5P-1P-20 100 200 300 400profily ERTMe1Me1Me2305,00 m n.m.296,00 m n.m.285,00 m n.m.270,00 m n.m.255,00 m n.m.mP-1 vrty Obr.1 Situácia profilov ERT na odkalisku  Záver Výsledky pouņitia time-lapse inverzie na výpočet rezistivitných modelov v prípade opakovaných meraní na príklade odkaliska elektrárenských popolovín poukazujú na výhodnosť pouņitia takéhoto postupu. Umoņňujú detailnejńie porovnanie aktuálnych odporových zmien  a v prípade viacerých meraní aj pouņitie spoločného východzieho modelu. Vyuņitím ćalńích moņností interpretačného softvéru  (napr. RES2DINV) pri jeho konńtrukcii je moņné lepńie prispôsobenie daným meracím a geologickým podmienkam aj na inom type lokalít Poďakovanie: Príspevok vznikol s podporou grantovej agentúry VEGA prostredníctvom projektov č. 1/4041/07 a 1/3073/06 a tieţ projektu č. APVV-0158-06, podporovaného agentúrou APVV.   238  Klasická inverzia Time-lapse inverzia  Pf-Me2, 270 n.m.0 10 20 30 40 50 60(m)-10-50n. v. (m)50           63         100        126         200         316        398        631      1000    Ohmm0 10 20 30 40 50 60(m)-10-50n. v. (m)rok 2002rok 2005 0 10 20 30 40 50 60(m)-10-50n. v. (m)-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800časová mena skutočnej rezistivity v Ohmm (r.2002, r,2005)  Pf-Me2, 270 n.m.50           63         100        126         200         316        398        631      1000    Ohmmrok 2002rok 20050 10 20 30 40 50 60(m)-10-50n. v. (m)0 10 20 30 40 50 60(m)-10-50n. v. (m)   0 10 20 30 40 50 60 (m) -10 -5 0 n .   v .  ( m ) -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 ?asová mena skuto?nej rezistivity v Ohmm (r.2002, r,2005)  Obr.2 Porovnanie výsledkov klasickej a time-lapse inverzie na profile meranom v rokoch 2002 a 2005 a ich rozdielu.  Literatúra [1] Aaltonen J., 2001: Seasonal resistivity variations in some different swedish soils. Eur J Environ Eng Geophys 6:33–45 [2] Gajdoń, V. – Rozimant, K., 2006: Monitorovanie vlastností popolčekov odkaliska ENO Nováky (pôvodné) geofyzikálnymi metódami. Zborník referátov, Polní geotechnické metody 26. AZ Consult, Ustí nad Labem. [3] Loke, M.H., 1999. Time lapse resistivity imaging inversion. Proceedings of the 5th Meeting of the EEGS European Section, Em1., Budapest [4] Matys M. 2002: Zmeny antropogénnych sedimentov na odkaliskách. Geologické práce, Správy 106, ŃGÚDŃ, Bratislava [5] Matys M., Maas P., Ńprochová A., 2006: Zmeny mechanických vlastností popolčekov odkaliska ENO pôvodné. Zborník referátov, Polní geotechnické metody 26. AZ Consult, Ustí nad Labem. [6] RES2DINV ver.3.5, Geotomo Software, 2006, www.geoelectrical.com  

Repeated measurements with electrical resistivity tomography

http://dspace.vsb.cz/bitstream/handle/10084/71153/FAST-2008-8-2-235-rozimant.pdf?sequence=2&isAllowed=y

Repeated measurements with electrical resistivity tomography

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

DSpace at VSB Technical University of Ostrava