constrained inversion
در نشریات گروه زمین شناسی-
روش های رادیومگنتوتلوریک (RMT) و رادار نفوذی به زمین (GPR) از جمله روش های شناخته شده در مطالعه و اکتشاف آبهای زیرزمینی می باشند. روش RMT به منظور بررسی تغییرات مقاومت ویژه الکتریکی در ساختارهای زیرسطحی (عموما کمتر از 100 متر) مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از مقاطع پردازش یافته GPR، اطلاعات ساختاری با قدرت تفکیک بالا از اعماق کم زمین قابل اکتساب است. از این رو ترکیب اطلاعات به دست آمده از روش های فوق در مدل سازی آبخوان های زیر سطحی منجر به نتایج مفیدی خواهد شد. برای این منظور با تحلیل سرعت داده های نقطه میانی مشترک (CMP) و ترکیب روابط تجربی تاپ و آرچی، یک قید جدید به منظور وارون سازی داده های RMT معرفی شده است. برای ارزیابی وارون سازی مقید داده ها و مقایسه آن با تفسیر تلفیقی نتایج، یک آبخوان شناخته شده در شمال محدوده هبی (Heby) واقع در غرب شهر اپسالا (Uppsala) در سوئد در نظر گرفته شد. بر روی این آبخوان دو پروفیل با طول های 870 و 550 متر با روش های مذکور برداشت و مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهند که تفکیک نواحی اشباع و غیر اشباع با ضخامت قابل توجه (بیشتر از 10 متر)، در مقاطع RMT به خوبی صورت گرفته است. در این نواحی نتایج حاصل از انطباق مناسبی با مقاطع GPR برخوردار بوده و تفسیر تلفیقی آنها منطقی به نظر می رسد. مشکل عمده مقاطع نهایی RMT در این شرایط، عدم نمایش مرزهای ناگهانی است که به واسطه هموارسازی مدل در فرایند وارون سازی داده ها به وجود آمده است. با مشارکت دادن اطلاعات به دست آمده از مقاطع GPR در قالب ماتریس کواریانس مدل و اطلاعات پیشینی، وارون سازی مقید داده های RMT به خوبی هدایت شده است. به نحوی که سطح ایستابی در اعماق 10 الی 20 متری و به تبع آن ناحیه اشباع به خوبی آشکارسازی شده و منطبق به اطلاعات چاه می باشد. روش RMT به دلیل قدرت تفکیک پایین، قابلیت تفکیک نواحی اشباع و غیر اشباع کم ضخامت را نداشته است. به نحوی که سطح ایستابی مربوط به یک آبخوان محلی در اعماق 10 الی 15 متری و به تبع آن ناحیه اشباع کم ضخامت به ویژه در مود دترمینان آشکارسازی نشده است. برای نشان دادن این موضوع، یک مدل مصنوعی مشابه با محیط مورد مطالعه نیز ارزیابی شد. به دلیل قدرت تفکیک متفاوت روش های RMT و GPR، تفسیر تلفیقی آنها در آشکارسازی آبخوان محلی گمراه کننده است. در چنین شرایطی، وارون سازی مقید داده های RMT با استفاده از مقاطع دورافت مشترک (common-offset(CO)) برخلاف قید معرفی شده، نا امید کننده بوده است. درصورتیکه با استفاده از رویکرد ارائه شده و مشارکت دادن قیدهای سخت تر، آبخوان محلی آشکارسازی شده است.
کلید واژگان: آبهای زیرزمینی، رادار نفوذی به زمین، رادیومگنتوتلوریک، نقطه میانی مشترک، وارون سازی مقیدSummaryRadio 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.
IntroductionThe RMT and GPR methods are among the most useful non-invasive methods, which can provide continuous data for groundwater exploration. The RMT method due to its limited range of frequencies (10-250 KHz) has low resolution, especially at very shallow depth, and the GPR method itself suffers from its limited penetration depth. Hence, it seems that combining the modeling results of these two methods leads to a more accurate anomaly definition. Reflection (seismic or GPR) data are usually used as constraints in electromagnetic data inversion. Although all reflectors in seismic and GPR sections are not attributed to the distinct resistivity contrasts, in GPR they are mainly related to the dielectric contrast or may occur due to the thin layers embedded in homogenous geological formations. Thus, we propose an alternative scheme to incorporate interfaces with distinct resistivity contrast in the RMT data inversion.
Methodology and ApproachesUsing all GPR reflections as constraints in the RMT data inversion may cause some artifacts in the final inverted model. In low clay content formations, such as clean sand and gravel formations, dielectric constant and resistivity are mainly related to the volumetric water content. Therefore, we propose a new structural constraint based on the assumption that the resistivity and water content contrasts occur at the same boundaries. To establish this constraint, we have used common mid-point (CMP) velocity analysis as well as the combination of Topp’s and Archie’s relationships. As a result, an initial resistivity model has been deduced from the CMP velocity analysis that can be used as a priori information in the RMT data inversion.
Results and ConclusionsThick saturated zones (having thicknesses of more than 10 m) have been distinguished quite well by applying smooth constraint inversion of the RMT data as the joint interpretation of The RMT and GPR data leads to a reasonable outcome in this regard. Although sharp boundaries are mapped as gradual interfaces in the inverted resistivity section of the RMT data, such interfaces are recovered well by incorporating the GPR result as a priori information in the constrained inversion of the RMT data. The water table at a depth of 10 to 20 m, and consequently, the saturated zone is resolved well in this constrained inversion method. It correlates to the borehole log information. On the other hand, thin saturated layers could not be distinguished in the RMT sections due to its low resolution. It means that the water table at a depth of 10 to 15 m is not mainly detected when only the determinant mode data are used. In such areas, the constrained inversion of the RMT data using the water table location deduced from the CO GPR data also fails. However, we have incorporated harder constraints through the model covariance matrix and prior information in our proposed constrained inversion routine. Using this approach, a local thin aquifer has been recognized well. Furthermore, our proposed technique can be used in the inversion of other electric and electromagnetic data.
Keywords: CMP, Common-Offset, Constrained Inversion, Constraint, GPR, Groundwater, RMT -
هدف از تحقیق حاضر، وارون سازی داده های گرانی سنجی گنبد نمکی قم با استفاده از برنامه Grav 3D مبتنی بر روش لی- اولدنبرگ و مقایسه نتایج حاصل از به کارگیری قید های مثبت بودن، هموار سازی، مدل مرجع و مدل کرانه ای است. مراحل به کار رفته در این روش را می توان شامل مراحل مدل سازی پیش رو، انتخاب تابع هدف مدل شامل وزن دهی عمقی مناسب، تعیین تابع عدم برازش بین داده های مشاهده ای و محاسبه ای، مشخص کردن ضریب تعیین کننده چگونگی تطابق داده ها با یکدیگر و سپس اعمال یک حصار لگاریتمی برای به دست آوردن جواب های مثبت بر آورده شده حاصل از وارون سازی دانست. در این تحقیق، مراحل گام به گام مدل سازی با استفاده از قیود مذکور و مقایسه نتایج حاصل از آن ها، بر روی یک مدل مصنوعی و داده های گرانی سنجی گنبد نمکی قم، مورد ارزیابی قرارگرفته و در هر مرحله نقاط قوت و ضعف این قیود بیان شده است. نتایج حاصل از وارون سازی نشان می دهد که گسترش عمودی گنبد نمکی قم، حداقل تا عمق 4500 متری ادامه دارد؛ درنتیجه منشا گنبد نمکی قم، سازند قرمز زیرین است.کلید واژگان: وارون سازی مقید، روش لی و اولدنبرگ، هموارسازی، مدل مرجع، گنبد نمکی قمSummary Nowadays attempts to detect and achieve buried structures and underground resources have developed widely and geophysics is a means of identifying these structures. One of the main goals of geophysical data interpretations, is to incorporate additional information to the process of inversion in order to define the characteristics of geological structures as precisely as possible. In this paper, a three-dimensional (3-D) constrained inversion of gravity data acquired from Qom salt dome using Grav3D program is presented, and then, the results are compared with the results of 3-D constrained inversion of the data using constraints including smoothness, positivity, reference model and bounded model. For testing the algorithm, a step by step constraint inversion including smoothness, positivity, reference model and bounded model has been performed on an artificial model, and then, the algorithm has been used for modeling the gravity data acquired from Qom salt dome.
Introduction The recent ability to produce 3-D models of the sub-surface, coupled with an increasing need to explore concealed resources, results from geophysical inversions that provide more and more significant information to the explorers. Since our country is rich in mineral resources, the use of optimized modern and efficient methods to prevent additional costs in exploring these resources is very important. Thus, in the first step of this exploration procedure, we should try to collect as much information as possible about the underground structures. In this direction, 3-D modeling of geophysical data can lead to successfully interpreting the data. The outcome of modeling is to have a better understanding of target such as the shape and depth of source. Finding these specifications of the source directly influences the subsequent decisions for management of major costs.
Methodology and Approaches The inversion method, used in this paper, is based on the inversion algorithm developed by Li and Oldenburg. As a result of inversion of gravity data, the geometry of source or anomaly and also density contrast between the anomaly and the background are determined. In the inversion algorithm used in this research, the earth is modeled using a large number of rectangular cells of constant density, and the final density distribution is obtained by minimizing a model objective function subject to fitting the observed data. The model objective function has the flexibility to incorporate prior information, and thus, the constructed model not only fits the data but also agrees with additional geophysical and geological constraints. A depth weighting is applied in the objective function to counteract the natural decay of the kernels so that the inversion yields depth information. Incorporating additional information to the process of inversion is the strength of this algorithm which can be done with different constraints such as smoothness, positivity, reference model and bounded model. Constrained modeling leads inversion towards the production of logical models and as a result, the validity and reliability of the final model will increase.
Results and Conclusions For optimized use of the algorithm, at first, it has been tested on synthetic models in which the synthetic gravity data have been contaminated with noise. Then, according to the accommodation of the results with the right model, the algorithm has been used for inversion of real gravity data, acquired from Qom salt dome, and then, the final results have been visualized. The inversion results indicate that Qom salt dome has lengthened to the depth of at least 4500 meters beneath the earth surface.Keywords: Constrained inversion, Li-Oldenburg method, Smoothness, Reference model, Bounded model, Qom salt dome
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.