وارون‌سازي مقيد داده‌هاي RMT با مقاطع GPR در مقايسه با تفسير تلفيقي آنها در بررسي يك آبخوان

Constrained inversion of RMT data using GPR sections versus their joint interpretation in investigation of an aquifer

روش‌هاي راديو مگنتوتلوريك (RMT) و رادار نفوذي به زمين (GPR) از جمله روش‌هاي شناخته شده در مطالعه و اكتشاف آبهاي زيرزميني مي‌باشند. روش RMT به منظور بررسي تغييرات مقاومت ويژه الكتريكي در ساختارهاي زيرسطحي (عموماً كمتر از 100 متر) مورد استفاده قرار مي‌گيرد. همچنين از مقاطع پردازش يافته GPR، اطلاعات ساختاري با قدرت تفكيك بالا از اعماق كم زمين قابل اكتساب است. از اين رو تركيب اطلاعات به دست آمده از روش‌هاي فوق در مدل سازي آبخوان‌هاي زير سطحي منجر به نتايج مفيدي خواهد شد. براي اين منظور با تحليل سرعت داده‌هاي نقطه مياني مشترك (CMP) و تركيب روابط تجربي تاپ و آرچي، يك قيد جديد به منظور وارون‌سازي داده‌هاي RMT معرفي شده است. براي ارزيابي وارون‌سازي مقيد داده‌ها و مقايسه آن با تفسير تلفيقي نتايج، يك آبخوان شناخته شده در شمال محدوده هبي (Heby) واقع در غرب شهر اپسالا (Uppsala) در سوئد در نظر گرفته شد. بر روي اين آبخوان دو پروفيل با طول‌هاي 870 و 550 متر با روش‌هاي مذكور برداشت و مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج حاصل از اين تحقيق نشان مي‌دهند كه تفكيك نواحي اشباع و غير اشباع با ضخامت قابل توجه (بيشتر از 10 متر)، در مقاطع RMT به خوبي صورت گرفته است. در اين نواحي نتايج حاصل از انطباق مناسبي با مقاطع GPR برخوردار بوده و تفسير تلفيقي آنها منطقي به نظر مي‌رسد. مشكل عمده مقاطع نهايي RMT در اين شرايط، عدم نمايش مرزهاي ناگهاني است كه به واسطه هموارسازي مدل در فرايند وارون‌سازي داده‌ها به وجود آمده است. با مشاركت دادن اطلاعات به دست آمده از مقاطع GPR در قالب ماتريس كواريانس مدل و اطلاعات پيشيني، وارون‌سازي مقيد داده‌هاي RMT به خوبي هدايت شده است. به نحوي كه سطح ايستابي در اعماق 10 الي 20 متري و به تبع آن ناحيه اشباع به خوبي آشكارسازي شده و منطبق به اطلاعات چاه مي‌باشد. روش RMT به دليل قدرت تفكيك پايين، قابليت تفكيك نواحي اشباع و غير اشباع كم ضخامت را نداشته است. به نحوي كه سطح ايستابي مربوط به يك آبخوان محلي در اعماق 10 الي 15 متري و به تبع آن ناحيه اشباع كم ضخامت به ويژه در مود دترمينان آشكارسازي نشده است. براي نشان دادن اين موضوع، يك مدل مصنوعي مشابه با محيط مورد مطالعه نيز ارزيابي شد. به دليل قدرت تفكيك متفاوت روش‌هاي RMT و GPR، تفسير تلفيقي آنها در آشكارسازي آبخوان محلي گمراه كننده است. در چنين شرايطي، وارون‌سازي مقيد داده‌هاي RMT با استفاده از مقاطع دورافت مشترك (common-offset (CO)) برخلاف قيد معرفي شده، نا اميد كننده بوده است. درصورتيكه با استفاده از رويكرد ارائه شده و مشاركت دادن قيدهاي سخت‌تر، آبخوان محلي آشكارسازي شده است.

Radio magnetotelluric (RMT) and ground penetrating radar (GPR) are known as the near-surface geophysical methods in groundwater investigations. The RMT method provides information about the variation of the electrical resistivity of 50 m of the uppermost part of the ground. High-resolution structural information can be extracted from the GPR processed sections of the very shallow ground. Combining the obtained data using these two methods lead to valuable results on the identification of near-surface layers and structures. In this study, we propose a new constraint for the two dimensional (2D) inversion of the RMT data. We have investigated a known aquifer located in Heby, Sweden, to assess the constrained inversion results using a joint interpretation approach. RMT and GPR surveys have been carried out along two survey lines having the lengths of 870 m and 550 m, respectively. The results show that thick saturated zones are distinguished quite well either in the joint interpretation results or when using the constrained inversion approach. In such cases, the main problem is to locate the water table in the inverted RMT sections. Imposing smooth regularization in the inversion results turns rather sharp boundaries into the gradual transition zone in the final resistivity models. Thus, using the GPR common-offset (CO) reflections as constraints in the inversion of the RMT can recover the water table as a sharp interface in the RMT inverted model. Thin saturated zone has not been recognized in the RMT sections, due to low resolution of the RMT method. For verification of the results, we have evaluated a synthetic model with similar physical properties to the study area. In such circumstances, the results need to be improved either in the joint interpretation or the constrained inversion approach using CO sections. Hence, harder constraints through our proposed scheme have been incorporated into the inversion routine to detect a thin aquifer and achieve a more realistic model.