Zalety i ograniczenia otworowej metody georadarowej w badaniach geoinżynierskich

Łątka, T.; Pilecki, Z.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Zalety i ograniczenia otworowej metody georadarowej w badaniach geoinżynierskich

Autorzy

Łątka T. , Pilecki Z.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Advantages and limitations of borehole GPR method in the geo-engineering investigations

Języki publikacji

Abstrakty

Otworowa metoda georadarowa BGPR należy do grupy metod falowych. Technika pomiaru BGPR jest bardzo podobna do techniki sejsmicznego profilowania refleksyjnego. Stosowane procedury przetwarzania i interpretacji danych pomiarowych są również bardzo zbliżone do procedur sejsmiki refleksyjnej. Otworowa metoda georadarowa jest użyteczna w badaniu budowy i właściwości ośrodka geologicznego, a zwłaszcza sprawdza się przy identyfikacji zaburzeń geologiczno-tektonicznych, lokalizacji pustek i stref rozluźnień różnego pochodzenia, lokalizacji podziemnych obiektów infrastruktury budowlanej oraz innych obiektów, rozpoznania zawodnienia ośrodka oraz przepływu zanieczyszczeń w ośrodku geologicznym lub kontroli stateczności obiektów geoinżynierskich. Praca ma charakter przeglądowy. W artykule scharakteryzowano zakres dotychczasowych zastosowań otworowej metody georadarowej w zagadnieniach geoinżynierskich. Podkreślono podstawowe zasady metodyki badań w ośrodku geologicznym. Opisano przykład georadaru otworowego produkcji Mala GeoScience AB (Szwecja). W szerszym ujęciu omówione zostały zalety i ograniczenia BGPR. Wyróżniono ograniczenia o charakterze pomiarowym oraz interpretacyjnym. W podsumowaniu podkreślono nowe możliwości rozwoju BGPR.

The Borehole Ground Penetrating Radar (BGPR) method belongs to the wave methods. The measuring technique of this method is very similar to the seismic reflection profiling technique. Processing and interpretation of the radar data are also very similar to the procedures for the seismic reflection method. The BGPR method is useful in the measurements of structure and properties of the geological medium, and it is especially suited for the identification of geological and tectonic dislocations, for the location and detection of voids or fracture zones of different origin, for the location of underground building infrastructure and other facilities, for the identification of watered ground and the flow of pollutants in the geological medium, or for stability control of geo-engineering objects. This paper presents a review of selected issues regarding the BGPR method. In the paper, the authors described the range of existing applications in geo-engineering of the BGPR method. The basic principles of the research methodology in the geological medium were emphasized. Example of BGPR equipment made by Mala Geoscience AB (Sweden) was also described. More broadly, the advantages and limitations of the BGPR method were discussed. The autos introduced a division of limitations for measurement and interpretation. The new opportunities for the BGPR method were emphasized in the summary.

Słowa kluczowe

otworowa metoda georadarowa BGPR metodyka badań georadarowych zalety i ograniczenia BGPR

borehole ground penetrating radar (BGPR) research methodology BGPR advantages and limitations

Wydawca

Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

Czasopismo

Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

Rocznik

2015

Tom

nr 89

Strony

19--31

Opis fizyczny

Bibliogr. 60 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Łątka T.

United Oilfield Services

autor

Pilecki Z.

pilecki@min-pan.krakow.pl

Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

Bibliografia

1. Adcock, R. 1959. Radio direction finding in three dimensions. Proceedings of the Institute of Radio Engineers, 20, s. 7-11.
2. Annan, A.P. 2001. Ground Penetrating Radar. Workshop Notes, Sensor and Software, Ontario.
3. Annan, A.P. 2002. Subsurface Sensing Technologies and Applications. 3, no. 4, s. 253-270.
4. Annan, A.P. 2003. Ground Penetrating Radar Principles, Procedures & Applications. Sensors & Software Inc. Technical Paper.
5. Bristow, C. i Jol, H. 2003. Ground penetrating radar in sediments. Geological Society of London.
6. Cardarelli E. i in. 2003 - Cardarelli, E., Marrone, C. i Orlando, L. 2003. Evaluation of tunel stability using integrated geophysical methods. Journal of Applied Geophysics vol. 52, s. 93-102.
7. Chang, H.T. 1986. A downhole system for fracture detection. Geothermal Resources Council, Transactions vol. IO, Sept.
8. Chang P. i in. 2006 - Chang, P., Alumbaugh, D., Brainard, J. i Hall, L. 2006. Cross-borehole ground-penetrating radar for monitoring and imaging solute transport within the vadose zone. Water Resources Research vol. 42, W10413.
9. Charlton, M.B. 2008. Principles of ground-penetrating radar for soil moisture assessment. MBCharlton.com Research Note 3, 2nd June 2008.
10. Conyers, L. i Goodman, D. 1997. Ground-penetrating radar: An introduction for archaeologists. AltaMira Press.
11. Cook, J.C. 1973. Radar exploration through rock in advance of mining. Transactions of the Society of Mining Engineers, AIME, 254, s. 140-146.
12. Cook, J.C. 1977. Borehole-radar exploration in a coal seam. Geophysics 42, s. 1254-1257.
13. Daniels, D.J. ed. 2004. Ground penetrating radar, 2nd ed.: Institution of Engineering and Technology.
14. Davis, J.L. i Annan, A.P. 1989. Ground-penetrating radar for high-resolution mapping of soil and rock stratigraphy. Geophysical Prospecting 37, s. 531-551.
15. Eisenburger, D. i Gundelach V. 1999. GPR measurements for determining structures within salt deposits: Proceedings of the Canadian Institute of Mining Conference on Geophysical Applications in Potash Mines.
16. Eisenburger D. i in. 1993 - Eisenburger, D., Sender, F. i Thierbach, R. 1993. Borehole radar - An efficient geophysical tool to aid in the planning of salt caverns and mines. 7th Symposium on Salt, Proceedings, s. 279-284.
17. Ernst, J.R., Holliger, K., Maurer, H. i Green, A.G. 2006. Realistic FDTD modeling of borehole georadar antenna radiation. Methodology and application. Near Surface Geophysics 4, s. 19-30.
18. Fredriksson O.A. i in. 1969 - Fredriksson, O.A., Fossati, F.N. i Robert, F.A. 1969. Helical antenna for irradiating an earth formation penetrated by a borehole and method of using same: U. S. Patent No. 3,449,657.
19. Greenfield, R.J. 1988. Modeling of electromagnetic propagation between boreholes. Proceedings of the 3rd Technical Symposium on Tunnel Detection, s. 156-172.
20. Haeni F.P. i in. 2002 - Haeni, F.P., Halleux, L., Johnson, C.D. i Lane, J.W. Jr. 2002. Detection and mapping of fractures and cavities using borehole radar, in Fractured Rock. Denver, Colorado, March 13-15, 2002, Proceedings: Westerville, Ohio, National Ground Water Association, 4 s.
21. Hsi-Tien, C. 1989. Borehole directional radar system for geological mapping. Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics 51, s. 819-828.
22. Holliger, K. i Bergmann, T. 2002. Numerical modeling of borehole georadar data. Geophysics 67, s. 1249-1257.
23. Holser W.T. i in. 1972 - Holser, W.T., Brown, J.J.S., Roberts, F.A., Frederikson, O.A. i Unterberger R.R. 1972. Radar Logging of a salt dome. Geophysics vol. 37, No. 5, s. 889-906.
24. Irving, J. i Knight, R. 2005. Effects of antennas on velocity estimates obtained from crosshole GPR data. Geophysics 70, no. 5, K39-K42.
25. Irving, J. i Knight. R. 2006. Numerical simulation of antenna transmission and reception for crosshole ground-penetrating radar. Geophysics 71, no. 2, K37-K45.
26. Jol, H.M. 2009. Ground penetrating radar theory and applications. Elsevier Science.
27. Karczewski, J. 2007. Zarys metody georadarowej. Kraków, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH.
28. Karczewski J. i in. 2012 - Karczewski, J., Ortyl, Ł. i Pasternak, M. 2012. Zarys metody georadarowej, wydanie drugie poprawione i rozszerzone. Kraków, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH.
29. King, R.W.P. i Smith, G.L. 1981. Antennas in matter. MIT Press.
30. Lane J.W. Jr. i in. 1996 - Lane, J.W. Jr., Haeni, P.P., Placzek, G. i Wright D.L. 1996. Use of borehole-radar methods to detect saline tracer in fractured crystalline bedrock at Mirror Lake, Grafton County, New Hampshire, USA, in Sixth International Conference on Ground-Penetrating Radar (GPR '96), Sendai. Japan, September 30-October 3, 1996, Proceedings: Sendai, Japan, Tohoku University Department of Geoscience and Technology, s. 185-190.
31. Liu, S. i Sato, M. 2005. Transient radiation from an unloaded, finite dipole antenna in a borehole: Experimental and numerical results. Geophysics 70, no. 6, K43-K51.
32. Lytle, R.J. i Laine, E.F. 1978. Design of a miniature directional antenna for geophysical probing from boreholes. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 16, s. 304-307.
33. Łątka T. i in. 2010 - Łątka, T., Czarny, R., Krawiec, K., Kudyk, M. i Pilecki, Z. 2010. Eksperymentalne badania położenia nieciągłości, pustek i stref rozluźnień w górotworze za pomocą georadaru otworowego. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk nr 77, Kraków, s. 67-75.
34. Łątka, T. 2014. Zastosowanie georadaru otworowego do poprawy skuteczności prac uzdatniających podłoża autostrady A-1 na terenach płytkiej eksploatacji rud metali. Miesięcznik Wyższego Urzędu Górniczego w Katowicach nr 06, s. 43-48.
35. Materialy informacyjne firmy Mala GeoScience AB.
36. Mundry E. i in. 1983 - Mundry, E., Sender, F., Thierbach, R. i Weichart, H. 1983. Borehole radar probing in salt deposits. Proceedings of the 6th International Symposium on Salt, The Salt Institute, s. 585-599.
37. Nickel H. i in. 1983 - Nickel, H., Sender, F., Thierbach, R. i Weichart H., 1983: Exploring the interior of salt domes from boreholes. Geophysical Prospecting 31, no. 1, s. 131-148.
38. Niva B. 1988 - Niva, B., Olsson, O. i Blueming, P. 1988. Radar cross hole tomography with application to migration of saline tracer through fracture zones, Grimsel Test Site. Swiss National Cooperative for the Storage of Nuclear Waste (NAGRA) Technical Report, s. 88-31.
39. Olhoeft, G.R. 1988. Interpretation of hole-to-hole radar measurements. Proceedings of the 3rd Technical Symposium on Tunnel Detection, s. 616-629.
40. Olsson O. i in. 1992 - Olsson, O., Falk, L., Forslund, O., Lundmark, L. i Sandberg, E. 1992. Borehole radar applied to the characterization of hydraulically conductive fracture-zones in crystalline rock. Geophysical Prospecting 40, no. 2, s. 109-142.
41. Olsson O. i in. 1985 - Olsson, O., Sandberg, E., Forslund, O., Lundmark, L. i Falk, L. 1985. The mapping of fracture zones by borehole radar. Geoexploration 23, no. 3, s. 427-428.
42. Owen, T.E. i Suhler, S.E. 1982. Borehole directional radar detection of subsurface cavities. Geophysics 47,416-416.
43. Pilecki Z. i in. 2011 - Pilecki, Z., Baluch, K., Łątka, T., Czarny, R. i Krawiec, K. 2011. Nowe możliwości rozpoznania nieciągłości w pokładzie węgla za pomocą georadaru otworowego. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa. Górnictwo i Środowisko. Górnicze Zagrożenia Naturalne nr 4/2.
44. Pilecki Z. i in. 2013 - Pilecki, Z., Laskowski, M., Hryciuk, A., Pilecka, E., Czarny, R., Wróbel, J., Koziarz, E. i Krawiec, K. 2013. Identification of gaso-geodynamic zones in the structure of copper ore deposits using geophysical methods. Canadian Institute of Mining Journal vol. 5, No. 3, s. 194-202.
45. Pilecki, Z. 2014. Uzdatnienie podłoża autostrady A-1 na terenach pogórniczych płytkiej eksploatacji rud metali. Studia, Rozprawy, Monografie 184, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków.
46. Reflex-Win, 2013: REFLEXW guide Sandmeier geophysical software.
47. Sander K.A. i in. 1992 - Sander, K.A., Olhoeft, G.R. i Lucius, J.E. 1992. Surface and borehole radar monitoring of a DNAPL spill in 3D versus frequency, look angle and time. Proceedings of the Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems SAGEEP, s. 455-469.
48. Sato, M. i Takayama T. 2007. A novel directional borehole radar system using optical electric field sensors. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 45, s. 2529-2535.
49. Scott, L.D. i Chang, H.T. 1984. Field pattern for antennas situated in a borehole. IEEE International Symposium on Antennas and Propagation, s, 113-116.
50. Slob E. i in. 2010 - Slob, E., Sato, M. i Olhoeft, G. 2010. Surface and borehole ground-penetrating-radar developments. Geophysics 75, 75A103-75A120.
51. Suhler S.A. i in. 1978 - Suhler, S.A., Owen, T.E., Hipp, J.E. i Peters W.R. 1978. Development of a Deep Penetrating Borehole Goephysical Technique for Predicting Hazards Ahead of Coal Mining. Contract H0252033, Southwest Research Institute, BuMines OFH 77-80, 124 s., NTIS PB 80-208614.
52. Suhler, S.A. i Owen, T.E. 1983. Field Demonstration of Deep-Penetrating Geophysical Techniques. Contract H0212018, Southwest Research Insitute. Draft final report, 59 s., U.S. Bureau of Mines, Denver, Colorado.
53. Szóstka, J. 2001. Fale i anteny. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa.
54. Tarantalo, P.J. Jr. i Unterberger, R.R. 1978. Radar Detection of Boreholes in Advance of Mining (Rock Salt). Geophysical Prospecting vol. 26, No. 2, s. 359-382.
55. Teixeira, F.L. i Chew, W.C. 2000. Finite-difference computation of transient electromagnetic waves for cylindrical geometries in complex media. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 38, s. 1530-1543.
56. van Dongen K.W. i in. 2002 - van Dongen, K.W., van Waard, R., van der Baan, S., van den Berg, P.M. i Fokkema, J.T. 2002. A directional borehole radar system. Subsurface Sensing Technologies and Applications 3, no. 4, s. 327-346.
57. Vogt, D. 2006. A borehole radar system for South African gold and platinum mines. South African Journal of Geology 109, s. 521-552.
58. Vogt D. i in. 2005 - Vogt, D., Van Schoor, M. i Du Pisani, P. 2005. The application of radar techniques for in-mine feature mapping in the Bushveld Complex of South Africa. The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy 105, s. 391-400.
59. Yelf, R.J. 2007. Application of Ground Penetrating Radar to Civil and Geotechnical Engineering. Electromagnetic Phenomena V.7, No 1 (18).
60. Yilmaz, O. 2001. Seismic data analysis. 2nd ed.: SEG.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-81f32a0b-6567-47ca-a131-923440a98a48