Detaljeret kortlægning af den overfladenære geologi ved brug af den nyeste udvikling indenfor luftbårne geofysiske metoder Mini-SkyTEM systemet

Detaljeret kortlægning af den overfladenære geologi ved brug af den nyeste udvikling indenfor luftbårne geofysiske metoder Mini-SkyTEM systemet Anders Vest Christiansen 1, Esben Auken 1, Jesper Pedersen 1, Flemming Jørgensen 2 1 Institut for Geoscience, Aarhus Universitet 2 GEUS

Baggrund Geologiske modeller og grundvandsmodeller centrale for beslutninger om areal-anvendelsen Stigende krav til Mængden og tætheden af data Kvaliteten af data Detaljeret opløsning af geologien Svært opnåeligt med boringer alene Geofysik! SkyTEM Tidligere fokuseret på de dybere dele af geologien Nye udviklinger muliggør overfladenær kortlægning

Oversigt Mini-SkyTEM Et nyt system designet til overfladenær kortlægning Hvordan får vi de tidlige data? Første kortlægning ved Odder En del af NiCA-projektet

Oversigt Mini-SkyTEM Et nyt system designet til overfladenær kortlægning Hardware-udviklinger: Nyt composit-materiale til rammen Ny elektronik til indsamling af meget tidlige tider Sofware-udviklinger: Adaptativ stakning af rådata Modellering af primærfeltet fra systemet < 10 µs Nye metoder: Mere præcis kalibrering af systemet Direkte måling af system-responset <10 µs

Luftbårne data

Luftbårne TEM systemer SkyTEM HelioGeoTEM Aerotem VTEM Megatem Tempest

db/dt [V/m^2] SkyTEM: to momenter for både dyb og overfladenær kortlægning 1e-02 Flere tidlige tider med Mini-SkyTEM 1e-03 1e-04 2 dekader i tid - 5 dekader i signal Overfladenær information 1e-05 Lavt Moment (LM) 1e-06 Højt Moment (HM) Dyb information 1e-07 1e-08 Støj 1e-09 1e-06 1e-05 1e-04 1e-03 1e-02 1e-01 Time [s]

SkyTEM-systemer: valget afhænger af kortlægningen Mini-SkyTEM SkyTEM 508 SkyTEM 304 SkyTEM 101 Area (m 2 ) 494 314 132 Moments LM/HM (Am 2 ) 5.000/500.000 3.000/150.000 1.000/7.000 First gate (µs) 35 7-8 5-6 Last gate (ms) 10 10 1.2 Nominal speed (km/h) 45 (max. 100) 45 (max. 100) 100 (max. 140) Weight (kg) 600 430 350 Mere overfladenær information Mere dyb information

Mini-SkyTEM NiCA Transmitter loop

Mini-SkyTEM NiCA Generator Instrumenter Receiver loop Transmitter loop GPS, tilt-metre, lasere

Mini-SkyTEM, tekniske detaljer Turn-off af det lave moment (LM) ~4 µs Første gate-tid ~5-6 µs overfladeinformation Loop areal ~130 m² LM: 7.5 A & 1 vinding 975 Am 2 HM: 55 A & 1 vinding 7150 Am 2 Hastighed ~100 km/t (140 km/t testet) Hurtig dækning LM måles hvert 0.6 s (~ 80 skud) Bedste laterale opløsning ca 15 m fra rå data I praksis, efter processering, er den bedste laterale opløsning af de øverste 20 m ~30 m Nominel flyvehøjde: 30 m

Coil Response & tidlige tider Coil response senderspolens eget signal Typisk jord-respons i 30 m Typisk jord-respons i 55 m Betyder noget for: Store flyvehøjder Høje modstande i jorden Effekten inkluderes i inversionsmodellen

Coil Response & tidlige tider Uden CR Med CR Model

NiCA projektet Forskningsprojekt om nitratreduktion i geologisk heterogne områder Hvordan er geologien? Information omkring de øverste 20 m er kritisk Partnere: GEUS, Department of Geography and Geology (University of Copenhagen), Aarhus Geophysics, Knowledge Centre for Agriculture (Danish Agricultural Advisory Service), Institute of Food and Resource Economics, Life (University of Copenhagen), ALECTIA, Municipalities of Aarhus and Odder, SkyTEM surveys ApS, DHI

NiCA project Norsminde area Aarhus Norsminde fjord Sort: fase 1 100 m line spacing 13t 26m 1203 km Odder Rød: Norsminde fase 2 in-lines 100 m line spacing 5t 06m 465 km Horsens 1 km Blå: Norsminde fase 2 - krydslinjer 50 m spacing 1t 59m 178 km 1846 km på få dage

Sand Ler Middelmodstand 15-20 m dybde

S Profil syd-nord Begravet dal Paleogent ler Sandlag Lerlag N Glacial-tektonisk forstyrret (Smooth SCI med 29 lag + 3D gridding) Sand Ler Middelmodstand 15-20 m

V Profil vest-øst: Det overfladenære Glacial-tektonisk forstyrret Begravet dal E Sandlag 5-10 m (Smooth SCI med 29 lag + 3D gridding) Lerlag Sand ler

Mini-SkyTEM og boringer Der er tilfældigt udvalgt i alt 34 boringer til sammenligningen Alle boringer findes indenfor maks. 15 m fra en flyvelinje Sonderinger langs flyvelinjen er plottet på et profil sammen med boringens lithologiske data På baggrund heraf er der lavet en umiddelbar vurdering af sammenhængen mellem TEM data og boredata I tilfælde af manglende eller mindre god overensstemmelse er årsagen vurderet

Mini-SkyTEM og boringer 1 V Ø I = ler ml = moræneler s = sand ds = diluvialt sand g = grus Sand Ler (Smooth SCI med 29 lag + 3D gridding)

Mini-SkyTEM og boringer 2 I = ler ml = moræneler s = sand ds = diluvialt sand g = grus Sand Ler (Smooth SCI med 29 lag + 3D gridding)

Mini-SkyTEM og boringer, konklusion Total statistik: 60 % med god overenstemmelse 30 % med accetabel overensstemmelse 10 % uden overensstemmelse Grunde til uoverensstemmelse: 3D effekter, mangel på opløsning og ækvivalens (38 %) Ringe kvalitet af borehulsdata (34 %) Fejl i boringskoordinater (16 %) Rester af koblinger og støj (6 %) Variation i salinitet (6 %) Undersøgelsens resultater netop bekræftet af større, mere grundigt studie (F. Jørgensen, GEUS)

Konklusion Med det nye Mini-SkyTEM system får vi: Meget tidlige tider med første gate i 5-6 µs takket være: Coil Response modellering for gates < 10 µs Præcis system-kalibrering med nøjagtighed ~1 µs (ikke vist) En mere detaljeret beskrivelse af de øvre 30 m: God korrelation med borehuller: næsten 90% af borehullerne viser en tilfredsstillende eller god overensstemmelse! God overensstemmelse med DC-målinger (ikke vist) Høj flyvehastighed (100-140 km/h): 2000 linjekilometer fløjet på mindre end en uge En dybdeindtrængning på ca 100 m

Et kig fremad... Overfladenær geologisk/hydrogeologisk kortlægning: Sekundære grundvandsmagasiner (klimatilpasning) Saltvandsindtrængning Vådområder Forureningssager Sårbarhedskortlægning Andre sektorer: Større anlægsprojekter Nye veje Jordbundsundersøgelser Råstoffer Landbrug

Tak for opmærksomheden!

Preliminary results: resistivity maps 5-10m III. Survey area - Norsminde

III. Survey area - Norsminde Preliminary results: resistivity maps 10-15m

III. Survey area - Norsminde Preliminary results: resistivity maps 80-85m Depth Of Investigation (DOI) is lower for conductive areas

III. Survey area - Norsminde Preliminary results: resistivity maps 100-105m Depth Of Investigation (DOI) is lower for conductive areas

Båndbredde for luftbårne systemer Overfladenær Dyb Frequency [Hz] 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 Helicopter FEM Helicopter TEM DIGHEM/RESOLVE VTEM HOISTTEM / NEWTEM SkyTEM (dual moment) AeroTEM Flere tidlige data med det nye system Fixed wing TEM TEMPEST* GEOTEM 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 Time [sec]

Fine calibration for very early times

Fine calibration for very early times Reference model

Fine calibration for very early times Reference model Forward

Fine calibration for very early times Reference model SkyTEM reference response Forward

Fine calibration for very early times Reference model SkyTEM reference response Forward Calibrate

Fine calibration for very early times Reference model SkyTEM reference response Time shift Factor shift Forward Calibrate

Fine calibration for very early times Reference model SkyTEM reference response Time shift Factor shift Forward Calibrate Time shift caused by inaccurate: Rx-Tx timing wave-form determination low pass filter determination

Fine calibration for very early times Reference model SkyTEM reference response Time shift Factor shift Forward Calibrate Time shift caused by inaccurate: Rx-Tx timing wave-form determination low pass filter determination Factor shift caused by inaccurate: Tx-current reading determination of amplification levels

Fine calibration for very early times (data from Sorø survey, 2009)

Fine calibration for very early times Noticeable changes for a time shift of only 1.1 µs! (data from Sorø survey, 2009)

NW ERT (Syscal Pro) April 2012 SE NW Road Mini-SkyTEM June 2011 SE