Geometryzacja form zjawisk krasowych na podstawie badań metodą georadarową

• Autorzy: Ortyl Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.7306/2019.23

Warianty tytułu

EN

Geometrization of karst phenomena based on GPR research

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

EN

Recognition of subsoil in areas threatened with discontinuous deformation associated with the existence of natural and mining voids can be implemented by various geophysical methods. The purpose of such research, apart from confirming the existence of voids, is to determine their spatial extent. This is not a simple issue, regardless of the geophysical method used. This paper discusses the possibilities of geometrization of karst phenomenon localization using the ground penetrating radar (GPR) method by the example of a karst cave as a natural void. The area of data acquisition is located on limestone formations with numerous karstforms. The study object is the main hall of the karst cave with a height of up to 3 m, located at a depth of 3 to 7 m below the surface. Such location and shape of the subsurface structure made it possible for the author to perform a wide range of research. Their original aspects are presented in this paper. The shape of the hall was obtained using terrestrial laser scanning (TLS). The GPR data were obtained employing the 250 MHz shielded antenna that was directly positioned using a robotized total station with the option of automatic target tracking. Thus, the GPR and geodetic data were immediately achieved in a uniform coordinate system. The accuracy of the data obtained in this way is discussed in this paper. The author’s original algorithm for processing of GPR data into a point cloud is presented. Based on the results obtained, it was possible to compare the GPR signal, which represents the shape of the cave hall, in relation to its image in the form of a point cloud from terrestrial laser scanning. A unique part of this paper is the selection of filtration procedures and their parameters in optimal GPR data processing, which were widely discussed and documented in a way beyond the standard filtration procedures. A significant contribution is the analysis that was carried out on the data obtained in the field and on the model data generated using the finite difference method. Modeling was carried out for two wave sources: exploding reflector and point. The presented methodology and discrimination between the actual shape of the cave, GPR field data and model data made it possible for the author to draw many conclusions related to the possibilities of shape geometrization of the subsurface voids determined by the GPR method.

Słowa kluczowe

PL

metoda georadarowa; kras; wapienie; jaskinia; pustki; modelowanie danych; naziemne skanowanie laserowe

EN

ground penetrating radar; GPR; karst; limestones; cave; voids; finite differential time domain; FDTD; terrestrial laser scanning; TLS

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Przegląd Geologiczny
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 67, nr 4
• Strony: 252--269
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ortyl Łukasz

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. ANNAN A.P. 2000 - Ground Penetrating Radar, Workshop Notes, Sensors & Software.
• 2. ANNAN A.P. 2001 - Ground Penetrating Radar, Workshop Notes, Sensors & Software.
• 3. BERES M., LUETSCHER M., OLIVIER R. 2001 - Integration of ground-penetrating radar and microgravimetric methods to map shallow caves. J. Appl. Geoph., 46: 249-262.
• 4. BESTYŃSKI Z., PACANOWSKI G., SIEINSKI E. 2017 - Badania geofizyczne i klasyfikacje geotechniczne w ocenie stateczności karpackich zboczy fliszowych. Prz. Geol., 65: 717-724.
• 5. BORECKA A., OSTROWSKI SZ. 2017 - Analiza obowiązujących przepisów prawnych w zakresie stosowania metod geofizyki inżynierskiej. Prz. Geol., 65: 678-684.
• 6. CZARNIAK P., PACANOWSKI G., SOBÓTKAP. 2017 - Zastosowanie badań konduktometrycznych z użyciem inwersji 1D, jako narzędzia do kartowania przestrzennego przypowierzchniowych warstw geologicznych. Prz. Geol., 65: 803-810.
• 7. DANIELS D. 2004 - Ground Penetrating Radar - 2nd Edition, Institution of Electrical Engineers.
• 8. DEC J. 2010 - High resolution seismic investigations for the determination of water flow directions during sulphur deposits exploitation. Acta Geoph., 58: 5-14.
• 9. DEMAIO A., GRECO M. S. (red.) 2016 - Modern Radar Detection Theory. Sci. Tech. Publ.
• 10. GOŁĘBIOWSKI T. 2006 - Numeryczne modelowanie pola georadarowego przy pomocy metody FDTD. Geoinformat. Pol., 8: 23-36.
• 11. GOSAR A. 2012 - Analysis of the capabilities of low frequency ground penetrating radar for cavities detection in rough terrain conditions: The case of Divača cave, Slovenia. Acta Carsologica, 41: 77-88.
• 12. GÓRNY A. 2007 - Co nowego na Zakrzówku? Jaskinie, 46: 7-8. http://jaskiniepolski.pgi.gov.pl/
• 13. INSTRUKCJA badań podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych. Część 1 i 2. Generalna Dyrekcja Dróg Publicznych, Warszawa, 1998.
• 14. JĘDRYS J. KRAJEWSKI M. 2002 - Poszukiwanie jaskiń na Zakrzówku metodą georadarową, Jaskinie, 46: 28-30.
• 15. KARCZEWSKI J., ORTYL Ł., PASTERNAK M. 2011- Zarys metody georadarowej. Wydaw. AGH, Kraków.
• 16. KONDRACKI J. 2002 - Geografia regionalna Polski. PWN, Warszawa. LEHMANN F., GREEN A.G. 2000- Topographic migration of georadar data: Implications for acquisition and processing, Geoph., 65: 836-848.
• 17. LEHMANN F., GREEN A.G. 1999 - Semiautomated georadar data acquisition in three dimensions. Geoph., 64: 719-731.
• 18. ŁÓJ M., GOŁĘBIOWSKI T., PORZUCEK S. 2014 - Geophysical surveys and modelling for recognizing of gypsum karst. Geoinformat. Pol., 13: 83-97.
• 19. ŁYCZAK M., ADAMIEC J., SKUPIEŃ T., MAŁYSA T., GROFFIK A. 2018- Georadar surveys of the flooring in the St. Francis of Assisi basilica in Krakow. Geol., Geoph. Env., 44: 357-372.
• 20. MADEJ J., ŁÓJ M., PORZUCEK S., JAŚKOWSKI W., KARCZEWSKI J., TOMECKA-SUCHOŃ S. 2018 - The geophysical truth about the “Gold Train” in Walbrzych. Archaeol. Prospect., 25: 137-146.
• 21. MAŚLAKOWSKI M., JÓZEFIAK K., BRZEZIŃSKI K., SUPERCZYŃSKA M. 2017 - ERT i GPR - geofizyczne metody badań podłoża wykorzystywane w budownictwie liniowym. Prz. Geol., 65: 765-771.
• 22. MIESZKOWSKI R., ZAWRZYKRAJ P., WÓJCIK E., ŻMUDZIN D., POPIELSKI P. 2017 - Ocena możliwości zastosowania metody georadarowej i elektrooporowej do identyfikacji rozluźnionych stref gruntów niespoistych. Prz. Geol., 65: 779-784.
• 23. MOŚCICKI W.J., BANIAG., ĆWIKLIK M., BORECKA A. 2014 - DC resistivity studies of shallow geology in the vicinity of Vistula River flood bank in Czernichow village (near Krakow in Poland). Stud. Geotech. Mech., 36: 63-70.
• 24. NEAL A. 2004 - Ground-penetrating radar and its use in sedimentology, principles, problems and progress. Earth Sci. Rev., 66: 261-330.
• 25. NOOND.A., STICKLEY G.F., LONGSTAFF D. 1998-Afrequency-independent characterisation of GPR penetration and resolution performance. J. Appl. Geoph., 40: 127-137.
• 26. ORTYL Ł. 2007 - The investigation of repeatability of georadar measurement results using radargrams. Proceedings of the Geodesy and Environmental Engineering Commission, Geodesy, 43: 85-97.
• 27. ORTYL Ł., KARCZEWSKI J., MAZURKIEWICZ E. 2017 - Sprawozdanie z przeprowadzonych badań podłoża gruntowego i skalnego na poligonach testowych w ramach realizacji zadania 3 „Walidacja metod badawczych wykorzystywanych w rozpoznaniu podłoża gruntowego - poligon testowy 11-Z Zakrzówek”, Projekt RID „Nowoczesne metody rozpoznania podłoża gruntowego w drogownictwie”, materiał niepublikowany. Raporty Projektu RID przekazane do jednostek finansujących projekt GDDKiA oraz NCBiR oraz u lidera projektu PIG-PIB.
• 28. ORTYL Ł., KURAS P., KĘDZIERSKI M., PODSTOLAK P. 2015 - Metody pomiaru częstotliwości drgań własnych i logarytmicznego dekrementu tłumienia kominów stalowych w sytuacjach wymaganych przez Eurokod. Mat. Bud., 9: 107-109.
• 29. ORTYL Ł., OWERKO T. 2007 - Korekta wpływu deniwelacji terenu oraz częstotliwości wyznaczenia pozycji przez system GNSS lub tachymetry TCA w procesie przestrzennej lokalizacji obiektów wykrywanych Georadarem. Zesz. Nauk. POEl., Górnictwo, 278: 335-352.
• 30. ORYŃSKI S., OKOŃ M., KLITYŃSKI W. 2016-Very Low Frequency electromagnetic induction surveys in hydrogeological investigations; case study from Poland. Acta Geoph., 64: 2322-2336.
• 31. PACANOWSKI G., MUSIATEWICZ M. 2005 - Zastosowanie metody georadarowej w prospekcji archeologicznej na przykładzie badań w katedrze we Fromborku. [W:] Gąssowski J. (red.), Castri Dominae Nostrae Litterae Annales, 2: 41-53.
• 32. PASTERNAK M. (red.) 2015 - Radarowa penetracja gruntu. Wydaw. Komunikacji i Łączności, Warszawa.
• 33. PAVLIC M.U., PRAZNIK B. 2011 - Detecting karstic zones during highway construction using ground-penetrating radar. Acta Geotech. Slovenica, 8: 17-27.
• 34. PILECKI Z., POPIOŁEK E., KARCZEWSKI J., ZIĘTEK J., KŁOSIŃSKI J., BARANOWSKI A., PILECKA E., ORTYL Ł., PSZONKA J., KRAWIEC K. 2008 - Wpływ rozdzielczości metod falowych na efektywność rozpoznania granic nieciągłości osuwiska. Ag. Wydaw.-Poligraf. ART-TEKST, Kraków.
• 35. PN-EN 1997-2:2007 Eurokod 7: Projektowanie geotechniczne - Część 2: Badania podłoża gruntowego (oryginalna wersja językowa).
• 36. POPIOŁEK E., PILECKI Z. 2005 - Ocena przydatności do zabudowy terenów zagrożonych deformacjami nieciągłymi za pomocą metod geofizycznych. Wyd. IGSMiE PAN, Kraków.
• 37. RAJCHEL B. 2017 - Ocena zastosowania georadaru do wykrywania podziemnych instalacji budowlanych w warunkach zimowych. Prz. Geol., 65: 790-795.
• 38. REYNOLDS J.M. 1997 - An Introduction To Applied Geophysics. Wiley & Sons, New York.
• 39. SERMET E., ROLKAG. 2013- Pogórniczy spadek na zrębie Zakrzówka. [W:] Zagożdżon P.P., Madziarz M., Dzieje górnictwa - element europejskiego dziedzictwa kultury. Wrocław: 5: 329-338.
• 40. SOKOŁOWSKA M., CHADA M., ROGUSKI A., MAJER E. 2017 - Ocena badań geologiczno-inżynierskich wykonanych na potrzeby inwestycji drogowych w latach 2007-2016. Prz. Geol., 65: 672-677.
• 41. ŠTĚPANCÍKOVÁ P., DOHNALJ., PÁNEK T., ŁÓJ M., SMOLKOVÁV., ŠILHÁN K. 2011 - The application of electrical resistivity tomography and gravimetric survey as useful tools in an active tectonics study of the Sudetic Marginal Fault (Bohemian Massif, central Europe). J. Appl. Geoph., 74: 69-80.
• 42. TOMECKA-SUCHOŃ S., MARCAK H.2015- Interpretation of ground penetrating radar attributes in identifying the risk of mining subsidence. Archiv. Mining Sci., 60: 645-656.
• 43. TOMECKA-SUCHOŃ S., ŻOGAŁA B., GOŁĘBIOWSKI T., DZIK G., DZIK T., JOCHYMCZYK K. 2017 - Application of electrical and electromagnetic methods to study sedimentary covers in high mountain areas. Acta Geoph., 65: 743-755.
• 44. YEE K.S. 1966- Numerical Solution of Initial Boundary Value Problems Involving Maxwell’s Equations in Isotropic Media. IEEE Trans. Antenna. Propagation, 14: 302-307.
• 45. ZARZĄDZENIE nr 58 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 23 listopada 2015 r. w sprawie dokumentacji do realizacji inwestycji.
• 46. ZIELIŃSKI A., MAZURKIEWICZ E., ŁYSKOWSKI M. 2016 - GPR mapping of karst formations under a historic building in Szydłów, Poland. Geofizika, 3: 101-111.
• 47. ŻUK T., SAMBROOK SMITH G.H. 2015 - Stratygrafia radarowa - metoda analizy danych georadarowych 3D w badaniu środowisk sedymentacyjnych na przykładzie osadów rzecznych. Prz. Geogr., 87: 439-456.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).