بخشی از مقاله
چكيده
آشكارسازي و شناسايي تأسيسات زيرسطحي و آگاهي از مشخصات و محل دفن دقيق آنها يكي از چالشهايي است كه مهندسان تأسيسات همواره با آن سر و كار دارند. لولهها و كابلها در مقاطع GPR به صورت هذلولي ديده ميشوند. در برخي موارد تشخيص اين هذلوليها به دليل آغشته شدن مقاطع به نوفه، مشكل ميباشد. از اينرو وجود ابزارهايي براي كمك به مفسران در تفسير بهتر مقاطع ضروري ميباشد.
يكي از ابزارهايي كه براي بهبود تفسير دادههاي لرزهاي و GPR مورد استفاده قرار ميگيرد، نشانگرها ميباشند. در اين مقاله با استفاده از روش GPR و نشانگرهاي لحظهاي به آشكارسازي لوله در منطقهاي اطراف تهران با استفاده از دستگاه Noggin plus - آنتن پوششي٢٥٠ مگاهرتز - پرداخته شده است. بعد از اعمال پردازشهاي مناسب، نشانگرهاي لحظهاي، روي دادههاي پردازششده GPR اعمال شد و اين امكان فراهم شد تا موقعيت لوله به خوبي تشخيص داده شود. نتيجه حفاري و وجود لوله در عمق مورد نظر، دال بر صحت برداشت و نتايج ميباشد.
١ - مقدمه
نشانگر به كيفيت و مشخصهاي كه هر شخص يا پديدهاي را توصيف ميكند، گفته ميشود. اگر بخواهيم اين مفهوم را براي نشانگرهاي لرزهاي استفاده كنيم، ميتوان گفت كه نشانگرهاي لرزهاي عبارت هستند از تمام اطلاعاتي كه از دادههاي لرزهاي به وسيله اندازهگيريهاي مستقيم، استدلالهاي منطقي يا بر مبناي تجربه به دست آورده ميشود.
بايد دقت داشت كه اطلاعات موجود در دامنه و فاز دادهها، اصليترين عامل براي تعيين پارامترهاي فيزيكي ميباشند - چوپرا و مافورت، ٢٠٠٥ - . تاكنون نشانگرهاي لرزهاي متعددي معرفي شدهاند. نشانگرها مانند فيلترها استفاده ميشوند كه الگوها يا روندها را نمايان مي-سازند. رادار نفوذي زمين - GPR - يكي از روشهاي با قدرت تفكيك بالا در ژئوفيزيك است. GPR با استفاده از امواج الكترومغناطيسي بسامد بالا تغييرات خواص الكتريكي در اعماق كم را به منظور آشكارسازي زيرسطحي اندازهگيري ميكند
روش رادار نفوذي زمين در مفاهيم، مشابه روش لرزهشناسي ميباشد، به همين دليل برخي از نشانگرهاي لرزهاي براي تفسير دادههاي GPR استفاده ميشوند. در اين مقاله جهت شناسايي تأسيسات زيرسطحي در منطقهاي اطراف تهران از آنتن پوششي Noggin ساخت شركت كانادايي Sensors & Software با فركانس مركزي ٢٥٠ مگاهرتز استفاده شد. در مجموع ٤ پروفيل موازي عمود بر امتداد لوله، با فاصله ١٥ متر از يكديگر، با طول ٨٠٠ متر در دو روز متوالي برداشت گرديد، كه به دليل ضيق نوشتار در اين مقاله تنها از دادههاي پروفيل شماره ١ با طول ١٩٥ متر كه در راستاي غربي - شرقي طراحي شده بود، استفاده شده است و فقط بخشهايي از پروفيل اول به عنوان نمونه، در اين مقاله استفاده شده است.
٢ روش تحقيق
هدف از اين تحقيق بررسي عملكرد برخي از نشانگرهاي لحظهاي براي آشكارسازي بهتر لوله مدفون ميباشد. اگر چه ابداع و استفاده از نشانگرهاي لحظهاي ابتدا در لرزهنگاري بوده است، اما امروزه با توجه به شباهت زياد بين روشهاي لرزهنگاري بازتابي و GPR از نشانگرهاي لحظهاي براي نفسير ساختارها، آشكارسازي دقيقتر ساختارهاي زيرسطحي در عمق كم، لايه-بندي و رسوبشناسي در روش GPR استفاده ميشود.
برگردان دادههاي رادار نفوذي زمين به اطلاعات ويژه كاربردي، در دو مرحله انجام ميشود. در اين مطالعه، ابتدا از مقاطع GPR بدون اعمال پردازش و حذف نوفه، نشانگر را استخراج كرده و مشاهده شد كه نشانگرها به طور كلي هيچگونه برتري نسبت به مقاطع اوليه نداشتهاند - مقاطع مربوط به اين قسمت به دليل ضيق نوشتار در اين مقاله حذف شده اند - .
در واقع نشانگرها براي تفسير بهتر بعد از اعمال پردازشهاي لازم به كاربرده مي-شوند. شكل١ به ترتيب مقطع پردازششده پروفيل شماره ١ از طول ١٢٥ تا ١٩٥ متر را بعد از اعمال پردازشهاي فيلتر ميان-گذر، ديواو، تصحيح به صفر، حذف نوفههاي زمينه، تقويت دامنه AGC و متوسطگيري زماني و مكاني نشان ميدهد.
در اين عمليات ميداني GPR، به دليل عمق نفوذ كم - كمتر از چهار متر - ، و خاكريزي به عمق ٤ متر، سازند زمينشناسي منطقه تأثير چنداني روي دادهها نداشت. خاكهاي دستي ريزدانه و مصالحتقريباً، ٤ متر اول را در بر گرفته بودند و عمليات دادهبرداري در اين عمق صورت گرفت. زمين مورد مطالعه، زمين كشاورزي همراه با درختكاري و رطوبت بالاي خاك بود به همين علت عمق نفوذ سيگنالهاي رادار نفوذي زمين كم بود.
شكل ١: - سمت راست - مقطع پردازش شده پروفيل شماره ١ از طول ١٥٠ تا ١٩٥ متر، - سمت چپ - از طول ١٢٥ تا ١٦٥ متر
با توجه به نتايج مقاطع پردازششده GPR - شكل ١ - ، در فاصله ٥/١٥٢ متر از ابتداي پروفيل به عمق ٥/٠ متر و در فاصله ١٧٥ متر از ابتداي پروفيل به عمق ٨/٠ متر، عارضه تأسيساتي مورد نظر - لوله فلزي - قابل تشخيص است. در ادامه سعي شد تا با اعمال برخي از نشانگرهاي لحظهاي بر روي دادههاي پردازششده GPR، پراشهاي حاصل از لولههاي زيرسطحي را از مقاطع اصلي جدا كرده و تفسير كيفي مقاطع، بهبود داده شود.
نشانگر دامنه لحظهاي، يك موجك با قسمتهاي مثبت و منفي بر روي تريس را به صورت يك تك پالس با مولفه مثبت تبديل ميكند. اين فرايند ماهيت نوساني امواج رادار را از بين برده و دادهها را در تفكيك واقعي خود نشان ميدهد. نشانگر فاز لحظهاي براي بررسي تغيير پيوستاري بازتابندهها بدون لحاظ كردن تغييرات دامنه استفاده ميشود. اين نشانگر روي تداوم يك كميت تأكيد دارد و تغييرات افقي را نشان ميدهد. نشانگر فركانس لحظهاي معيار كيفي از افت فركانس نسبي ميباشد و مانند فاز لحظهاي مقداري است مربوط به يك نقطه از زمان كه چگونگي تغيير سريع فاز تريس را توصيف ميكند
از سيگنال مختلط GPR ميتوان نشانگرهاي دامنه لحظهاي، فركانس ل حظهاي و فاز لحظهاي را به دست آورد. يك سيگنال ژئوفيزيكي - GPR - و يا - لرزهاي - مختلط كه به صورت زير نمايش داده مي شود:
اين سيگنال از دو قسمت حقيقي s - t - و موهومي s* - t - تشكيل شده است كه قسمت موهومي تبديل هيلبرت قسمت حقيقي است. در اين صورت نشانگر دامنه، فاز و فركانس به ترتيب به صورت زير تعريف ميشوند:
شكل ٢ مقاطع حاصل از اعمال نشانگرهاي دامنه لحظهاي - سمت چپ - و هيلبرت - س مت راست - و شكل ٣ مقاطع حاصل از اعمال نشانگرهاي فاز لحظهاي - سمت چپ - و فركانس لحظهاي - سمت راست - را نماي ش ميدهند. تمامي نشانگرها در نرمافزار OprndTect بر روي دادههاي پردازششده GPR اعمال شدهاند.
شكل٢: - سمت راست - مقطع نشانگر هيلبرت، - سمت چپ - مقطع نشانگر دامنه لحظه اي
نشانگر دامنه لحظهاي كه تغييرات دامنه بدون در نظر گرفتن تغييرات فاز را بررسي ميكند، توانست محل بيهنجاريهاي مورد نظر را مشخص كند. اين نشانگر به دنبال عاملي است كه دامنه لحظهاي بزرگ توليد كند. اين عامل بايد تغيير شديد امپدانس داشته باشد.
در اينجا محل لولههاي فلزي مورد نظر، تغيير امپدانس شديد نسبت به امواج GPR داشته و نشانگر مذكور به خوبي آنها را آ شكار كرده است. در نشانگر دامنه لحظهاي به سمت عمق انت ظار تغيير شديد داريم. در ابتداي مقطع، با افزايش دامنه مواجه مي شويم اما اين افزايش دامنه ناشي از وجود پراشها و نوفههاي باقيمانده ميباشد. در عمق بيشتر، افزايش دامنه و تغيير امپدانس، محل عارضههاي تأسيساتي مورد نظر ما را نشان ميده ند. نشانگر هيلبرت، مانند نشانگر دامنه لحظهاي به خوبي عارضهها را از زمينه تفكيك كرد.
