Elementer i udviklingen af måleinstrumentel, dataprocesserings- og tolknings værktøjer Og fremtiden

Transkript

1 Elementer i udviklingen af måleinstrumentel, dataprocesserings- og tolknings værktøjer Og fremtiden

2 Før Gebyrkortlægningen (1999) Lang tradition på Geofysisk Afdeling, Århus Universitet for udviklinger af instrumentel og software indenfor samme hus I 1990 erne -Hydrogeofysik gruppen (6 8 personer) Udviklede på metoderne ELLOG, PACES, HITEM og PATEM Udviklede universitært software til databehandling & tolkning Mest Single Site tolkning For PACES (& MEP) linieorienteret processering/tolkning

3 Gebyrkortlægning (1999 ) Gebyrkortlægningen skulle baseres på state-of-art geofysiske metoder og processering/tolknings værktøjer. Kortlægningen ville blive foretaget i små områder, med forskellige instrumenter og operatører. Kravet var, at de enkelte kortlægningsresultater skulle kunne SÆTTES SØMLØST SAMMEN. Kræver omhyggelig kalibrering af de enkelte instrumenter og detaljeret vejledning i anvendelsen af disse. Kalibreringen af de elektriske instrumenter er betydelig lettere end kalibreringen af de transiente instrumenter.

4 Kalibrering af jordbaseret TEM Ved gebyrkortlægningen start i 1999 var der transiente måleinstrumenter i brug i Danmark. Alle af fabrikat Geonics.. Kunne måle i intervallet ca. 10us til 10ms med strømme: 1 3 ampere. For store fluktuationer i måledata på grund af forskellige systemresponser Opbygning af teststed ved Lyngby til kalibrering...

5 Indledende målinger på Lyngby.. 1e+02 1e+01 1e-05 1e-04 1e-03 1e-02 Time [s] Rhoa [Ohmm] SITEM Version: Date: Time: 12:05:00

6 Systemrespons -hvad gør vi med det? Deconvolution af måledata til ideelle data Er ustabil Kræver antagelser om ikke eksisterende data Inddragelse af systemresponset i tolkningsalgoritmen Kræver fuldt kendskab til system responset Kræver en matematisk/fysisk beskrivelse, som kan omsættes til beregning..

7 Systemrespons - filtering Lowpas filtering khz 100 khz khz e-05 e-04 e-03 Decay time

8 Slidsomt arbejde Instrumentmager og dataprocessering/tolkning ikke i samme hus. Uforståenhed fra instrumentmager, utallige udvekslinger, frustrationer Ud fra diagrammer, som blev skaffet, måtte vi selv beregne og overskue systemresponset. Fluktuationer i dette selvom der blev korregeret for hovedtrendet Resten ved 1. ordens korrektion med tidsforskydning

9 Endeligt kalibreringsresultat Vejledninger 1e+02 Før + Daglige lokale testmålinger 1e+02 1e-05 1e-04 1e-03 1e-02 Time [s] Rhoa [Ohmm] SITEM Version: Date: Time: 12:10:19 Rhoa [Ohmm] SITEM Version: Date: Time: 12:05:00 1e+01 Efter 1e+01 1e-05 1e-04 1e-03 1e-02 Time [s]

10 Tætliggende målepunkter Erfaringer fra PACES og PATEM viste, at tætliggende målinger langs profiler giver større datasikkerhed og -kvalitet Erfaringer fra PATEM viste, at koblede sonderinger kan identificeres Ved Single Site målinger er koblinger vanskelige at identificere.. Koblede data SKAL fjernes før tolkning

11 Kapasitiv kobling - PATEM Site map 200 m PATEM profile 2 db/dt (volt/m ) db/dt (volt/m ) db/dt (volt/m ) time (s) time (s) time (s) Profile 2 db/dt (volt/m ) road profile tics V Tx pulse Amplitude determined by distance L C C R Exponential envelope decay

12 SkyTEM udviklingen 2003/2004: rutinemæssige brug af SkyTEM metoden Enorme datamængder krævede udvikling af egnet processerings- og tolkningsværktøjer til: Generel datacheck Identifikation af koblinger Forberede datasæt til tolkning Ved airborne målinger er der væsentlig flere geometriske parametre end ved jordbaserede målinger (tilt, altitude, GPS ) SkyTEM kører stand alone: Registrering af datakvalitetsparametre til postcheck Essentielt med samspillet mellem dataprocesserings-/tolknings- og instrumentudvikling

13 y-tilt x-tilt Filtered Time 10:16:30 10:16:20 10:16:10 10:16:00 10:15:50 10:15:40 10:15:30 10:15:20 10:15:10 10:15:00 10:14:50 10:14:40 10:14:30 10:14:20 10:14:10 10:14:00 10:13:50 10:13:40 10:13:30 10:13:20 10:13:10 10:13:00 10:12:50 10:12:40 10:12:30 10:12:20 10:12:10 10:12:00 10:11:50 10:11:40 Tilt [Degrees] Time 10:16:30 10:16:20 10:16:10 10:16:00 10:15:50 10:15:40 10:15:30 10:15:20 10:15:10 10:15:00 10:14:50 10:14:40 10:14:30 10:14:20 10:14:10 10:14:00 10:13:50 10:13:40 10:13:30 10:13:20 10:13:10 10:13:00 10:12:50 10:12:40 10:12:30 10:12:20 10:12:10 10:12:00 10:11:50 10:11:40 Tilt [Degrees] Time 10:16:30 10:16:20 10:16:10 10:16:00 10:15:50 10:15:40 10:15:30 10:15:20 10:15:10 10:15:00 10:14:50 10:14:40 10:14:30 10:14:20 10:14:10 10:14:00 10:13:50 10:13:40 10:13:30 10:13:20 10:13:10 10:13:00 10:12:50 10:12:40 10:12:30 10:12:20 10:12:10 10:12:00 10:11:50 10:11:40 Tilt [Degrees] , 5 linie km Tilt data

14 Altitude [m] Højde processing Raw Laser 1 Raw Laser 2 Removed by filtering Final tilt corrected and relocated Difference due to high y-tilt Laser reflections from tree tops 10:16:30 10:16:20 10:16:10 10:16:00 10:15:50 10:15:40 10:15:30 10:15:20 10:15:10 10:15:00 10:14:50 10:14:40 10:14:30 10:14:20 10:14:10 10:14:00 10:13:50 3, 5 Time linie km 10:13:40 10:13:30 10:13:20 10:13:10 10:13:00 10:12:50 10:12:40 10:12:30 10:12:20 10:12:10 10:12:00 10:11:50 10:11:40

15 Altitude [m] :47:30 11:47:00 Koblinger et. al. Inspektion af data for at identificere koblinger og andre dataforvrængninger. Det er nødvendigt for at sikre datakvaliteten at gennemgå data manuelt. Voltage data 1e+05 1e+04 1e+03 1e+02 1e+01 11:46:30 11:46:00 11:45:30 11:45:00 11:44:30 11:44:00 11:43:30 11:43:00 11:42:30 11:42:00 11:41:30 11:41:00 11:40:30 11:40:00 11:39:30 11:39:00 11:38:30 11:38:00 11:37:30 Time 11:37:00 11:36:30 11:36:00 11:35:30 11:35:00 11:34:30 11:34:00 11:33:30 11:33:00 11:32:30 11:32:00 11:31:30 11:31:00 11:30:30 11:30:00 11:29:30 11:29:00 11:28:30 11:28:00 11:27:30 1e+00 Log - No Unit

16 Verifikation af SkyTEM System Verifikation og kalibrering af SkyTEM Sand modstandsmodel på Lyngby Beregning af SkyTEM data ud fra det fulde systemrespons og modstandsmodellen SkyTEM systemet skal kunne reproducere disse SkyTEM data

17 Low Tx signal (5.000 Am 2, 6 ms) 1e+02 Verification of SkyTEM.2004 Rhoa [Ohmm] High Tx signal ( Am 2, 80 ms) 1e+01 SkyTEM Altitude 20 m Reference data set (calculated) 1e-05 1e-04 1e-03 Time [s]

18 1e+02 Verification of SkyTEM.2004 Rhoa [Ohmm] 1e+01 SkyTEM Altitude 20 m R: Measured data set B: Reference data set Error bars: B: 2% R: 3% 1e-05 1e-04 1e-03 Time [s]

19 Verifikation af SkyTEM System SkyTEM systemet har (i modsætning til andre airborne systemer) negligibelt bias respons, Test herpå: SkyTEM systemet i stor højde (1000 til 1500m)

20 1e-04 Verification of SkyTEM.2004 db/dt [V/(m^2*s)] 1e-05 1e-06 1e-07 1e-08 1e-09 SkyTEM Bias measurements High Altitude 600 m High Tx Moment only1e-10 No measurements of decay signal Decay signal operating altitude Noise - heigh altitude Blue data heigh altitude Red data production altitude Noise signal 600 m Decay signal 600 m 1e-05 1e-04 1e-03 Time [s] SITEM Version: Date: Time: 15:32:43

21 Processerings- og tolkningsværktøjer Udvikling af processerings- og tolkningsværktøjer til SkyTEM (og PACES & MEP) Worksapce manager GIS map Model and starting model Inversion explorer Data fit Model

22 SkyTEM 2008 Vi står i dag med et system, der i den stærke kombination mellem instrumentel, processerings- og tolkningsværktøjer er enestående, og som giver en datakvalitet, der på mange måder er bedre end den, jordbaserede systemer kan give.

23 Processerings- & Tolkningssoftwaren Udviklingen omfatter Designe softwaren, så den er funktionel for brugeren. Systemresponsparametre og geometriske parametre Beregningshastighed A priori viden Rumlig sammenkobling mellem datasæt gennem LCI og SCI

24 Processerings- & Tolkningssoftware Datamængden er enorm! Stiller store krav til effektivitet og stabiliteten af softwaren. Stort arbejde at tilpasse koderne til systemrespons- og geometriskede parametre Krav til regnehastighed Her har udviklingen af regnehastigheden (fordobling på 18 mdr) og anvendelsen af multiprocessorer hjulpet os stærkt på vej Inddragelse af a priori viden i tolkningen fra boringer etc.. Vi vil have fysisk relaterede modeller, hvilket betyder at modstandsmodellen skal have en direkte relation til boringsoplysninger. Også a priori informationer fra andre kilder (kemi etc.) skal kunne inkorporeres

25 Processerings- & Tolkningssoftware Stor indsats i forbindelse med apriori information fra antagelser om begrænset rumlig varibilitet i geologien og dermed i de tilhørende modstandsmodeller For elektriske målinger er det muligt at anvende flerdimensionelle modeller i tolkningen, hvorimod det for det transiente tilfælde ikke er praktisk muligt at regne på mere end 1 D I forhold til footprint / kortlægningsvolumet er den danske geologi endimensional. Det har vist sig gennem teoretiske beregninger og praksis at anvendelsen af 1D geometri for transiente modeller i de allerfleste tilfælde er tilstrækkelig..

26 LCI Model parameters laterally constrained

27 SCI Model parameters spatially constrained

28 Status 2008 Vi har geofysiske metoder og dataprocesserings- /tolkningsværktøjer, som lever op til state-of-art og kan levere en høj data- og tolkningskvalitet.. Vi har GERDA, som giver en let tilgang til den enorme datamængde i det daglige arbejde.. Vi har en Workbench som kan håndtere datamaterialet og gøre det muligt at anvende dette i det daglige arbejde i Miljøcentrer, kommuner, vandforsyningern og hos rådgiverne

29 Fremtiden Omfattende arbejde i at vedligeholde de mange værktøjer og tilpasse disse til de krav der opstår Stor udfordring i at forbedre processerings/tolkningsværktøjerne, modelleringsværktøjer og præsentationsværktøjerne for at få den optimale udnyttelse af det store datamateriale Her er det den tredimensionelle holistiske vej, som breder sig Videreudvikling af værktøjerne til et integreret miljø i 3D med alle informationer til rådighed og mulighed for at opbygge geologiske/hydrogeologiske modeller i samme miljø. Her indgår emner som: SCI Workbench/GEoscene Geologisk Modellering i 3D

30 Fremtiden Udviklingen fortsætter også i relation til eksisterende og nye målemetoder: SkyTEM: Tidligere tider, som giver SkyTEM metoden mulighed sårbarhedkortlægningen i det åbne land Kontinuerte momenter, således vi ikke har huller i data Højere momenter og højere signal/støjforhold til den meget dybe nedtrængning, som bl. a. vil forbedre samtolkningen med seismikken Metodikker: Hole to hole, hole to surface, timelapsed metodik i forhold til detaljeret kortlægning

31 Fremtiden Inddragelse af nye metoder: Magnetiske kortlægning (kan udføres sammen med SkyTEM målinger) IP (anvendes på forsøgsstadiet) MRS (anvendes på forsøgsstadiet

32 Fremtiden Anvendelsen af geofysiske metode i Gebyrkortlægningen har været en succes Målemetoderne og processerings-/tolknings-/præsentationsværktøjerne giver en høj data- og tolkningskvalitet Databasematerialet gør den daglige brug af resultaterne let. Den danske case er enestående i verden og har gjort metodikken til state-of-art i anvendelsen af geofysik i grundvandskortlægningssammenhæng Den danske case vil blive implementeret mange steder i en -til de lokale forholdtilpasset form. Tiltag hertil ses allerede nu Vi kan stadig forfine og udvikle den Det skal vi bruge de næste år til

33 SLUT