Practical aspects of field work carried out by Electrical Resistivity Tomography

• Autorzy: Pacanowski Grzegorz , Maślakowski Maciej , Lejzerowicz Anna

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.143041

Warianty tytułu

PL

Praktyczne aspekty prac polowych wykonywanych metodą tomografii elektrooporowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The following article collects and describes several practical problems that can be encountered when performing geophysical field measurements using the electrical resistivity tomography (ERT) method. The methodology of work carried out with the Terrameter LS apparatus of the Swedish company ABEM (currently the company has changed its name to GUIDELINE GEO) was presented and discussed. The attention was paid to interesting solutions that increase the efficiency of works, especially in works related to linear investments. Errors that may appear during the use of the roll-along method are indicated, in particular, those appearing in measurements where too long measurement sections are transferred, as well as problems resulting from high electrode earthing, nonlinear profile traces and variable morphology. It describes how the use of different measurement systems affects the depth of prospecting, and which systems cope well in the area with disturbances. The article also emphasizes that the work should be properly planned before starting field research.

PL

W niniejszym artykule zebrano i opisano kilka praktycznych problemów, z którymi można się spotkać w trakcie wykonywania geofizycznych pomiarów polowych, stosując metodę tomografii elektrooporowej (ERT). Przedstawiono i omówiono metodykę prac wykonywanych aparaturą Terrameter LS szwedzkiej firmy ABEM (obecnie firma zmieniła nazwę na GUIDELINE GEO). Zwrócono uwagę na ciekawe rozwiązania, które zwiększają efektywność prac, szczególnie w pracach związanych inwestycjami liniowymi. Wskazano błędy jakie mogą pojawić się podczas stosowania metody roll-along, w szczególności pojawiające się w pomiarach gdzie przenoszone są zbyt długie sekcje pomiarowe, a także problemy wynikające z wysokich uziomów elektrod. Opisano jak stosowanie różnych układów pomiarowych wpływa na głębokość prospekcji, a także które układy radzą sobie dobrze w obszarze z zakłóceniami. W artykule zwrócono uwagę na to by w odpowiedni sposób planować prace przed przystąpieniem do badań terenowych.

Słowa kluczowe

EN

electrical resistivity tomography; geophysical test; field test; measurement system; terrameter LS

PL

badania geofizyczne; badanie terenowe; system pomiarowy; terrameter LS; tomografia elektrooporowa

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 4
• Strony: 331--346
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Pacanowski Grzegorz

• Polish Geological Institute - National Research Institute, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9045-3262

autor

Maślakowski Maciej

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2946-1594

autor

Lejzerowicz Anna

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1350-0632

Bibliografia

• [1] B.A. Syed, F.I. Siddiqui, “Use of Vertical Electrical Sounding (VES) method as an Alternative to Standard Penetration Test (SPT)”, in Proceedings of the Twenty-second International Offshore and Polar Engineering Conference Rhodes, Greece, June 17-22, 2012. pp. 871-875.
• [2] B. Pasierb, “Techniki pomiarowe metody elektrooporowej”, Technical Transaction. Environmental Engineering, 2012, vol. 109, no. 23, pp. 191-199.
• [3] K. Sudha, M. Israil, S. Mittal, J. Rai, “Soil characterization using electrical resistivity tomography and geotechnical investigations”, Journal of Applied Geophysics, 2009, vol 67, no. 1, pp. 74-79; DOI: 10.1016/j.jappgeo.2008.09.012.
• [4] R. Mieszkowski, M. Maślakowski, K. Józefiak, M. Superczyńska, “Rozpoznanie stateczności skarp za pomocą badań geologiczno-inżynierskich i geofizycznych na przykładzie osuwiska koło Zebrzydowic”, in III Ogólnopolskie Sympozjum Geointerdyscyplinarnych Metod Badawczych - GeoSym 2018, A. Lejzerowicz, Ed. 2018, ISBN 978-83-945216-4-6, pp. 55-55.
• [5] S. Kowalczyk, M. Maślakowski, P. Tucholka, “Determination of the correlation between the electrical resistivity of non-cohesive soils and the degree of compaction”, Journal of Applied Geophysics, 2014, vol. 110, pp. 43-50; DOI: 10.1016/j.jappgeo.2014.08.016.
• [6] T. Islam, Z. Chik, M.M. Mustafa, H. Sanusi, “Modeling of electrical resistivity and maximum dry density in soil compaction measurement”, Environmental Earth Sciences, 2012, vol. 67, no. 5, pp. 1299-1305; DOI: 10.1007/s12665-012-1573-7.
• [7] L. Pellerin, “Applications of electrical and electromagnetic methods for environmental and geotechnical investigations”, Surveys in Geophysics, 2002, vol. 23, no. 2-3, pp. 101-132.
• [8] D. Lu, D. Huang, C. Xu, “Estimation of hydraulic conductivity by using pumping test data and electrical resistivity data in faults zone”, Ecological Indicators, 2021, vol. 129, art. ID 107861; DOI: 10.1016/j.ecolind.2021.107861.
• [9] D. Lu, H. Wang, D. Huang, D. Li, Y. Sun, “Measurement and Estimation of Water Retention Curves Using Electrical Resistivity Data in Porous Media”, Journal of Hydrologic Engineering, 2020, vol. 25, no. 6; DOI: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001925.
• [10] D. Lu, C. Zhang, A.K. Sarmah, et al., “Electrical Resistivity Tomography Monitoring and Modeling of Preferential Flow in Unsaturated Soils”, in Soil and Groundwater Remediation Technologies. CRC Press, 2020, pp. 271-283.
• [11] H.K. French, C. Hardbattle, A. Binley, P. Winship, L. Jakobsen, “Monitoring snowmelt induced unsaturated flow and transport using electrical resistivity tomography”, Journal of Hydrology, 2002, vol. 267, no. 3-4, pp. 273-284; DOI: 10.1016/S0022-1694(02)00156-7.
• [12] C. Oberdorster, J. Vanderborght, A. Kemna, H. Vereecken, “Investigating preferential flow processes in a forest soil using time domain reflectometry and electrical resistivity tomography”, Vadose Zone Journal, 2010, vol. 9, no. 2, pp. 350-361; DOI: 10.2136/vzj2009.0073.
• [13] E. Piegari, V. Cataudella, R. Di Maio, et al., “Electrical resistivity tomography and statistical analysis in landslide modelling: a conceptual approach”, Journal of Applied Geophysics, 2009, vol. 68, no. 2, pp. 151-158; DOI: 10.1016/j.jappgeo.2008.10.014.
• [14] F. Slama, E.P. Milnes, R. Bouhlila, “Calibrating unsaturated model parameters using electrical resistivity tomography imaging”, IAHS Publications-Series of Proceedings and Reports, 2008, vol. 320, pp. 148-153.
• [15] J.E. Chambers, O. Kuras, P.I. Meldrum, et al., “Electrical resistivity tomography applied to geologic, hydrogeologic, and engineering investigations at a former waste-disposal site”, Geophysics, 2006, vol. 71, pp. 231-239.
• [16] T. Dahlin, “2D resistivity surveying for environmental and engineering applications”, First Break, 1996, vol. 14, no. 7, pp. 275-284.
• [17] K. Gendek, “Załącznik do uchwały nr 760/2016 Zarządu PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. z dnia 9 sierpnia 2016 r. - Wytyczne badań podłoża gruntowego dla potrzeb budowy i modernizacji infrastruktury kolejowej Igo-1, 2016”. [Online]. Available: https://www.plk-sa.pl/files/public/ user_upload/pdf/Akty_prawne_i_przepisy/Biuletyn/Biuletyn_Nr_6.16ok.pdf. [Accessed: 01. March 2022].
• [18] Zarządzenie nr 22 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 27 czerwca 2019 roku w sprawie wprowadzenia “Wytycznych wykonywania badań podłoża gruntowego na potrzeby budownictwa drogowego”. [Online]. Available: https://www.archiwum.gddkia.gov.pl/frontend/web/user files/articles/z/zarzadzenia-generalnego-dyrektor_31871/zarzadzenie%2022%20zalaczniki.zip. [Accessed: 01. March 2022].
• [19] E. Majer, M. Sokołowska, Z. Frankowski, et al., Zasady dokumentowania geologiczno-inżynierskiego. Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy, 2018.
• [20] M. Wehrer, L.D. Slater, “Characterization of water content dynamics and tracer breakthrough by 3-D electrical resistivity tomography (ERT) under transient unsaturated conditions”, Water Resources Research, 2015, vol. 51, no. 1, pp. 97-124; DOI: 10.1002/2014WR016131.
• [21] A.A. Nowroozi, S.B. Horrocks, P. Henderson, “Saltwater intrusion into the freshwater aquifer in the eastern shore of Virginia: a reconnaissance electrical resistivity survey”, Journal of Applied Geophysics, 1999, vol. 42, no. 1, pp. 1-22.
• [22] R.J. Owen, O. Gwavav, P. Gwaze, “Multi-electrode resistivity survey for groundwater exploration in the Harare greenstone belt, Zimbabwe”, Hydrogeology Journal, 2005, vol. 14, pp. 244-252.
• [23] R. Saad, M.N.M. Nawawi, E.T. Mohamad, “Groundwater detection in alluvium using 2-D electrical resistivity tomography (ERT)”, Electronic Journal of Geotechnical Engineering, 2012, vol. 17, pp. 369-376.
• [24] K. Nielepkowicz, A. Bąkowska, M. Maślakowski, “The Influence of Train-Induced Ground Motion in Assessments of Dynamic Impact on Structures”, Archives of Civil Engineering, 2018, vol. 64, no. 4, pp. 49-63; DOI: 10.2478/ace-2018-0062.
• [25] M. Maślakowski, K. Józefiak, K. Brzeziński, M. Superczyńska, “ERT i GPR - geofizyczne metody badań podłoża wykorzystywane w budownictwie liniowym”, Przegląd Geologiczny, 2017, vol. 65, no. 10/2, pp. 765-771.
• [26] T. Dahlin, B. Zhou, “A numerical comparison of 2D resistivity imaging with 10 electrode arrays”, Geophysical Prospecting, 2004, vol. 52, no. 5, pp. 379-398; DOI: 10.1111/j.1365-2478.2004.00423.x.
• [27] ABEM training materials: instruction (manual) for the Terrameter LS apparatus.
• [28] R.D. Barker, “Depth of investigation of collinear symmetrical four-electrode arrays”, Geophysics, 1989, vol. 54, no. 8, pp. 1031-1037; DOI: 10.1190/1.1442728.
• [29] L. Edwards, “All calculations are based on median depth of investigation. Chart of depths for different electrode spacing, arrays and cable sets”, Geophysics, 1977, vol. 42, no. 5, pp. 1020-1036.
• [30] T. Dahlin, “Short note on electrode charge-up effects in DC resistivity data acquisition using multi electrode arrays”, Geophysical Prospecting, 2000, vol. 48, pp. 181-187.
• [31] D.J. LaBrecque, M. Miletto, W. Daily, A. Ramirez, E. Owen, “The effects of noise on Occam’s inversion of resistivity tomography data”, Geophysics, 1996, vol. 61, no. 2, pp. 538-548; DOI: 10.1190/1.1443980.
• [32] G. Pacanowski, “Obrazowanie elektrooporowe warunków hydrogeologicznych strefy brzegowej wyspy Wolin”, Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 2016, vol. 466, pp. 225-232.
• [33] T. Dahlin, B. Zhou, “Multiple-gradient array measurements for multichannel 2D resistivity imaging”, Near Surface Geophysics, 2006, vol. 4, no. 2, pp. 113-123; DOI: 10.3997/1873-0604.2005037.
• [34] T. Dahlin, M.H. Loke, “Quasi-3D resistivity imaging-mapping of three dimensional structures using two dimensional DC resistivity techniques”, in 3rd EEGS Meeting (pp. cp-95-00037). European Association of Geoscientists & Engineers; DOI: 10.3997/2214-4609.201407298.
• [35] J. Holcombe, G. Jirack, “3-D terrain corrections in resistivity surveys”, Geophysics, 1984, vol. 49, pp. 439-452.
• [36] T. Dahlin, B. Zhou, “Gradient and mid-point-referred measurements for multi-channel 2D resistivity imaging”, in Conference Proceedings 8th EEGS-ES Meeting, Sep. 2002 (cp-36-00035). European Association of Geoscientists & Engineers, 2002; DOI: 10.3997/2214-4609.201406177.
• [37] B. Zhou, T. Dahlin, “Properties and effects of measurement errors on 2D resistivity imaging”, Near Surface Geophysics, 2003, vol. 1, no. 3, pp. 105-117; DOI: 10.3997/1873-0604.2003001.
• [38] G. Pacanowski, P. Czarniak, A. Piechota, R. Mieszkowski, “Analiza możliwości zastosowania metody tomografii elektrooporowej (ERT) do rozpoznania miąższości pokrywy laterytowej”, Przegląd Geologiczny, 2016, vol. 64, no. 4, pp. 245-253.