بخشی از مقاله
چکیده
تخمین یکتای تخلل - - و درصد اشباع - Sw - در محل و برای خاکهای کم عمق بسیار مهم است. گوس و اسلوب پارامترهای مذکور را توسط ترکیب کمی ضرایب بازتاب وابسته به زاویهی موج S و GPR بدست آوردند. آنها از ترکیب SH+TE و SV+TM استفاده کردند. در این مقاله میخواهیم این دو پارامتر را با استفاده از یک مدل مشترک لرزه شناسی و رادار نفوذی به زمین - GPR - و از طریق ترکیب کمی ضرایب بازتاب موج p و GPR به طور یکتا تعیین کنیم. برای مرز بین دو محیط، ضریب بازتاب لرزهای وابسته به ثابتهای لامه و چگالی بالک و ضریب بازتاب GPR وابسته به ضریب گذردهی الکتریک نسبی دو محیط خواهند بود.
ثابتهای لامه از طریق قانون آمیختگی بروگمن و ضریب گذردهی الکتریک نسبی از طریق روش CRIM با تخلل و درصد اشباع مرتبط میباشند. بنابراین ضرایب بازتاب لرزهای و GPR توابع دو متغیرهای از تخلل و درصد اشباع محیط هستند. اگر فقط از ضریب بازتاب لرزهای یا ضریب بازتاب GPR استفاده کنیم، آنگاه نمی-توانیم تخمین یکتایی از تخلل و درصد اشباع بدست آوریم، اما ترکیب آنها جواب یکتا را بدست میدهد. این روش از طریق شبیه سازی عددی آزمایش شده است.
-1 مقدمه
تخلل و درصد اشباع را میتوان از طریق ترکیبی از روشهای ژئوفیزیکی بدست آورد. مثلاً میتوان از ترکیب روش ژئوالکتریک و رادار نفوذی استفاده کرد - Grit Dannowski and Ugur Yaramanci, 1999 - و این دو پارامتر را تعیین کرد. همچنین میتوان ترکیبی از روش رادار نفوذی - GPR - ، روش - Birchak et al., 1974 - CRIM و معادله تاپ - Topp et al., - 1980 را برای این منظور به کار گرفت . - Erwan Gloaguen et al ., 2001 - دقت کنید که در دو مورد ذکر شده تخلل و میزان آب تعیین میشود، اما چون میزان آب عبارت است از حاصلضرب تخلل و درصد اشباع است لذا بوضوح میزان درصد اشباع مشخص میباشد.
گوس و اسلوب در مقالهی خود با استفاده از ترکیب کمی ضرایب بازتاب وابسته به زاویه موج S و GPR تخلل و درصد اشباع را بدست آوردند. آنها موج S را به دو مد SH و SV و موج الکترومغناطیسی - با فرکانسهای - GPR را به دو مد TE و TM تجزیه کردند و برای تعیین تخلل و درصد اشباع ترکیب SH+TE و SV+TM را بطور جداگانه بکار بردند و هر دو ترکیب جواب مشابهی را بدست داد
در این مقاله میخواهیم از طریق ضریب بازتاب موج P لرزهای و ضریب بازتاب امواج رادار نفوذی - GPR - ، تخلل و درصد اشباع را تعیین کنیم، زیرادر ایران معمولاً موج p برداشت میشود. تخمین تخلل، درصد اشباع و تغییرات جانبی آنها در لایههای خاک کم عمق در بسیاری از پروژههای مربوط به آبهای زیرزمینی، محیطی و ژئوتکنیکی بسیار حیاتی است. در ابتدا مدل اشتراکی از زمین ارائه میکنیم تا خواص بالک الاستیک و الکترومغناطیسی را بر حسب تخلل، درصد اشباع و خواص اجزای سازنده محیط - جامد، آب و هوا - استخراج کنیم. در مرحله بعد روشی را برای ترکیب کمی دادههای لرزه و رادار نفوذی - GPR - ارائه میکنیم.
-2 روش، بحث و بررسی
مدل: مدل ما یک مدل دو لایه است. ضرایب بازتاب لرزهای در فصل مشترک بین دو لایه توسط ثابتهای لامه - , - و چگالی بالک تعیین میشود. پارامتری که ضریب بازتاب الکترومغناطیسی - GPR - را تعیین میکند، ضریب گذردهی الکتریک میباشد. ما فرض میکنیم که تراوایی مغناطیسی مواد در زمین - m - برابر تراوایی مغناطیسی در خلا - 0 - باشد.
همچنین فرض میکنیم رسانندگی قابل اغماض باشد. بنابراین ، ، و خواص بالک را توصیف میکنند که این خواص بالک تعیین کنندهی ضرایب بازتاب لرزه و GPR هستند. برای تخمین ثابتهای لامه برای یک سیستم سه فازه - هوا، آب و ذرات جامد - از قانون آمیختگی بروگمن استفاده میکنیم، که با استفاده از محاسبات مربوط به محیط مؤثر تئوریکی بدست میآید . - Sihvola, 1999 - ثابتهای لامه بالک را بر حسب ثابتهای لامه فازهای سازندهاش بیان میکنیم:
که در آن X نماینده و است، زیرنویسهای b، s، w و a نشان دهندهی خواص بالک مؤثر و خواص فازهای جامد، آب و هوا میباشد. ثابتهای لامه برای فازهای جامد، آب و هوا - Robert E.Sheriff and Lloyd P. Geldart, 1995 - معلوم هستند. لذا با استفاده از معادله - 1 - مقادیر بالک مؤثر با ریشه یابی صحیح بدست میآید.
توجه کنید که در معادلات - 1 - ، - 2 - و - 3 - تنها متغیرهای آزاد - مستقل - و Sw هستند و ترکیب خواص الاستیکی و الکترومغناطیسی با استفاده از دو متغیر آزاد حاصل میشود.
نحوهی ترکیب: فرض میکنیم جمعآوری دادههای GPR و لرزهای با ژئومتری یکسانی صورت میگیرد، طول موج هر دو نوع داده یکسان هستند و رخداد بازتابی کم عمق در هر دو مجموعهی داده یک فصل مشترک مشخص را در زیر سطح نمایش میدهد. اندازهگیریهای CMP برای این هدف مورد نیاز است. همچنین فرض میکنیم که تمام دادهها از پیش پردازش شدهاند تا آثار مربوط به سطح، همدوسی چشمه و دیگر نویزها مینیمم شود. برای موج P لرزهای، ضریب بازتاب مربوط به مرز مشترک بین دو لایه در تابش نرمال طبق رابطه ی زیر تعیین میشود:
که در آن 1و V1 به ترتیب چگالی و سرعت موج P در لایهی اول میباشند و 2 و V2 به ترتیب چگالی و سرعت موج P در لایه دوم هستند. همچنین سرعت موج P در هر لایه طبق رابطهی زیر تعیین میشود:
برای امواج الکترومغناطیسی در رنج فرکانسی امواج 10 MHz - GPR تا - 1 GHz ضریب بازتاب طبق رابطهی زیر تعیین میشود
