Application of GPR and ERT methods for recognizing of gypsum deposits in urban areas

• Autorzy: Gołębiowski Tomisław , Jarosińska Elżbieta

Identyfikatory

DOI

10.1007/s11600-019-00370-7

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the selected results of GPR (ground penetrating radar) and ERT (electrical resistivity tomography) surveys carried out on the sites in Poland where shallow karst forms were found in gypsum deposits. The aim of the surveys was the noninvasive detection of karst forms as well as weathered and fractured bedrock which may threaten the stability of the surface and, consequently, may cause damage to buildings, as well as overground and underground infrastructure. The geophysical surveys were conducted at a depth of only a few meters, i.e., to the depth of buildings foundations. GPR surveys were carried out in short-offset reflection profiling mode with standard orientation of the antennae set; however, on one site, different orientations of antennae were tested. During ERT surveys, different measurement arrays were applied in order to analyze which array was optimal for the detection of karst forms as well as weathered and fractured bedrock. Complex interpretation of geophysical surveys resulted in reduced ambiguity and revealed some regions, dangerous for surface stability. Due to the fact that gypsum deposits were investigated to the depth of maximum 10 m; therefore, hydrological processes were analyzed in the paper instead of hydrogeological processes.

Słowa kluczowe

EN

geophysical methods; GPR; ERT; gypsum karst; karst hydrology

PL

metody geofizyczne; GPR; ERT; kras gipsowy; hydrologia krasowa

• Wydawca: Instytut Geofizyki PAN ; Springer
• Czasopismo: Acta Geophysica
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 67, no. 6
• Strony: 2015--2030
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz.

Twórcy

autor

Gołębiowski Tomisław

• Faculty of Environmental Engineering, Cracow University of Technology, Warszawska 24, 31‑155 Kraków, Poland

autor

Jarosińska Elżbieta

• Faculty of Environmental Engineering, Cracow University of Technology, Warszawska 24, 31‑155 Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Annan AP (1999) Practical processing of GPR data. Sensor & Software Inc., Canada
• 2. Annan AP (2001) Ground penetrating radar—workshop notes. Sensor & Software Inc., Canada
• 3. Bąbel M (1999) History of sedimentation of the Nida gypsum deposits (middle Miocene, Carpathian foredeep, southern Poland). Geol Q 43(4):429–447
• 4. Bąbel M, Olszewska-Nejbert D, Nejbert K, Ługowski D (2015) The Badenian evaporative stage of the Polish Carpathian Foredeep: sedimentary facies and depositional environment of the selenitic Nida Gypsum succession. In: Proceedings of 31st IAS meeting of sedimentology, Cracow, Poland
• 5. Chalikakis K, Plagnes V, Guerin R, Valois R, Bosch FP (2011) Contribution of geophysical methods to karst-system exploration: an overview. Hydrogeol J 19:1169–1180
• 6. Cichy K (2014) Kompleksowe badania geofizyczne na stanowiskach archeologicznych. Praca magisterska, promotor T. Gołębiowski, WGGiOŚ AGH, Kraków (unpublished) (in Polish)
• 7. Daniels JJ, Wielopolski L, Radzevicius S, Bookshar J (2003) 3D GPR polarization analysis for imaging complex objects. In: Proceedings of 16th SAGEEP conference, San Antonio, USA
• 8. Derobert X, Abraham O (2000) GPR and seismic imaging in a gypsum quarry. J Appl Geophys 45:157–169
• 9. Documentation (2018) Wykonania niedestrukcyjnych badań archeologicznych przeprowadzonych z użyciem przynajmniej dwóch nieinwazyjnych metod pomiarowych terenu placu przykościelnego w Wiślicy (działka nr 437) w ramach projektu “Modernizacja Muzeum Archeologicznego w Wiślicy jako oddziału Muzeum Narodowego w Kielcach wraz z otoczeniem w celu zabezpieczenia i ochrony unikatowych obiektów dziedzictwa narodowego”. Opracowanie: firma MET-GEO, Trzebinia (unpublished), (in Polish)
• 10. Drożdzak R, Twardowski K (2010) Przenikalność dielektryczna ośrodków porowych—czynniki wpływające na jej zmienność. Wiertnictwo – Nafta—Gaz 27(1–2):111–120 (in Polish)
• 11. Fils J (1954) Kras gipsowy Niecki Nidziańskiej. Prace geograficzne nr 1, Instytut Geografii PAN, PWN, Warszawa (in Polish)
• 12. Gołębiowski T (2008) Changeable-offset GPR profiling for loose zones detection in the levees. In: Proceedings of 14th European meeting of environmental and engineering geophysics, Cracow, Poland
• 13. Gołębiowski T (2012) Zastosowanie metody georadarowej do detekcji i monitoringu obiektów o stochastycznym rozkładzie w ośrodku geologicznym, Rozprawy – Monografie AGH, Kraków (in Polish)
• 14. Gołębiowski T (2014) Dokumentacja badań georadarowych przeprowadzonych na działce nr 923 w Wiślicy. Ekspertyza dla UM w Wiślicy (unpublished), (in Polish)
• 15. Gołębiowski T, Tomecka-Suchoń S (2012) GPR fractures detection using changeable antennae orientation. In: Proceedings of 5th Saint Petersburg international conference and exhibition, Saint Petersburg, Russia
• 16. Gołębiowski T, Pasierb B, Porzucek S, Łój M (2018a) Complex prospection of medieval underground salt chambers in the village of Wiślica, Poland. Archaeol Prospect 25(3):243–254
• 17. Gołębiowski T, Pasierb B, Kiełtyka-Sołtysiak G (2018b) Metody geofizyczne w ochronie dziedzictwa archeologicznego Wiślicy. In: Materiały konferencji “Metody geofizyczne w archeologii polskiej”, Toruń (in Polish)
• 18. Guinea A, Playa E, Rivero L, Himi M, Bosch R (2010) Geoelectrical classification of gypsum rocks. Surv Geophys 31:557–580
• 19. Guy ED, Daniels JJ, Radzevicius S (1999) Demonstration of using crossed dipole GPR antennae for site characterization. Geophys Res Lett 26(22):3421–3424
• 20. Łój M, Gołębiowski T, Porzucek S (2014) Geophysical surveys and modelling for recognizing of gypsum karst. Geoinform Pol 13:83–97
• 21. Loke MH (1999) Electrical imaging surveys for environmental and engineering studies—a practical guide to 2-D and 3-D surveys. Geometrics Ltd, Scottsdale
• 22. Loke MH (2018) Tutorial: 2D and 3D electrical imaging surveys. Geotomo Software, Penang
• 23. Ługowski D, Jarzyna A, Bąbel M, Nejbert K (2016) Metody dokumentowania zastosowane w badaniach terenowych stanowiska wietrzejących anhydrytów w Piskach k. Lwowa. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 466:201–214 (in Polish)
• 24. Manoutsoglou E, Vachlas G, Panagopoulos G, Hamdan H (2010) Delineation of gypsum/anhydrite transition zone using electrical tomography. A case study in an active open pit, Altsi, Crete, Greece. J Balk Geophys Soc 13(2):21–28
• 25. Marcak H, Gołębiowski T (2010) Analiza możliwości detekcyjnych metody GPR dla zmiennej geometrii układu pomiarowego. In: Materiały konferencji “Geofizyka w Geologii i Górnictwie”, Sosnowiec–Zawiercie (in Polish)
• 26. McCormack T, O’Connell Y, Daly E, Gill LW, Henry T, Perriquet M (2017) Characterisation of karst hydrogeology in Western Ireland using geophysical and hydraulic modelling techniques. J Hydrol Reg Stud 10:1–17
• 27. Ornacka S (2014) Georadarowe obrazowanie 3D zjawisk krasowych. Praca inżynierska, promotor T. Gołębiowski, WGGiOŚ AGH, Kraków (unpublished), (in Polish)
• 28. Pasierb B, Gołębiowski T, Łój M, Porzucek S, Cichy K, Pacek B (2014) Czy pod placem solnym w Wiślicy składowano sól? In: Materiały konferencji “Metody geofizyczne w archeologii polskiej”, Kraków (in Polish)
• 29. Plewa M, Plewa S (1992). Petrofizyka. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa (in Polish)
• 30. Porzucek S, Łój M, Matwij K, Matwij W (2018) Modern geodetic measurement techniques in gravimetric studies on the example of Gypsum Karst in the Siesławice Region. In: Proceeding of conference “POL-VIET 2017”, E3S Web of Conferences, no. 35
• 31. Prokhorenko V, Ivashchuk V, Korsun S, Stefanyshyn I (2006) Ground penetrating radar survey in Podil’lya Karst Area—Ternopil Region, Ukraine. In: Proceeding of 11th international conference on GPR, Columbus, Ohio, USA
• 32. ReflexW Manual (2018) SandeierGeo firm. Karlsruhe, Germany
• 33. Roberts RL, Daniels JJ (1999) Analysis of GPR polarization phenomena. J Environ Eng Geophys 1(2):139–157
• 34. Rudzki M (2015) Zastosowanie metody tomografii elektrooporowej do lokalizacji struktur krasowych. Geofizyka Toruń Company (in Polish)
• 35. Silverii F, D’Agostino N, Borsa AA, Calcaterra S, Gambino P, Giuliani R, Mattone M (2019) Transient crustal deformation from karst aquifers hydrology in the Apennines (Italy). Earth Planet Sci Lett 506:23–37
• 36. Sowiński J (2009) Opinia geotechniczna pod przebudowę Rynku i budowę Pawilonu Archeologicznego w Wiślicy. Sowiński—usługi geologiczne, Kielce (in Polish)
• 37. Stokes T, Griffiths P, Ramsey C (2010) Karst geomorphology, hydrology and management. In: Compendium of forest hydrology and geomorphology in British Columbia, Land management handbook. vol 66, pp 373–400
• 38. Ulugergerli E, Akca I (2006) Detection of cavities in gypsum. J Balk Geophys Soc 9(1):8–19
• 39. Urban J, Chwalik-Borowiec A, Kasza A (2015) Warunki rozwoju i wiek krasu w gipsach Niecki Soleckiej. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 462:125–152 (in Polish)
• 40. Watlet A, Kaufmann O, Triantafyllou A, Poulain A, Chambers JE, Meldrum PI, Wilkinson PB, Hallet V, Quinif Y, Van Ruymbeke M, Van Camp M (2018) Imaging groundwater infiltration dynamics in the karst vadose zone with long-term ERT monitoring. Hydrol Earth Syst Sci 22:1563–1592

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).