Geofysisk Afdeling Geologisk Institut Aarhus Universitet VEJLEDNING OG KRAVSPECIFIKATION FOR SKYTEM-MÅLINGER, PROCESSERING OG TOLKNING NOVEMBER 2006 Version 1.1.
HydroGeophysics Group REVIDERINGSHISTORIE VERSION 1.1 Ændringer i midlingsbredder Mindre ændringer i processeringsafsnittet, herunder midlingsbredder Mindre ændringer i tolkningsafsnittet, herunder anbefalet modelopsætning Specifikation af repetitionsfrekvensen i rådatarapport.
INDHOLD INDLEDNING (1) DATAINDSAMLING (2) Måleopstilling og -metode (2.1)... 3 Datatyper (2.2)... 5 Koblinger og støj (2.3)... 6 Rapport fra operatørselskabet (rådatarapport) (2.4)... 6 Validering (2.5)... 7 PROCESSERING (3) Data generelt (3.1)... 10 GPS- og vinkel data (3.2)... 10 Højdedata (3.3)... 11 TEM data (3.4)... 11 DATATOLKNING (4) Tolkningskoden (4.1)... 14 Tolkningsmetodikker (4.2)... 14 Justering af processeringen (4.3)... 16 Anbefalet arbejdsgang (4.4)... 16 AFRAPPORTERING AF PROCESSERING OG TOL- KNING (5) REFERENCER (6) BILAG 18 Parametre ved afrapportering (1) Data (2) MCI tolkning (3) 1
1 INDLEDNING Den helikopterbårne transiente elektromagnetiske målemetode, SkyTEM, er blevet en alment anvendt metode til i særdeleshed grundvandskortlægning i Danmark. Nærværende vejledning er udarbejdet med henblik på at kvalitetssikre proceduren for dataindsamlingen og databehandlingen af SkyTEM data. De udarbejdede standarder gælder for dansk geologi. Vejledningen er opdelt i afsnit, der beskriver dataindsamling (kapitel 2), processering af data (kapitel 3), geofysisk tolkning (kapitel 4) og afrapportering (kapitel 5). Processeringen og tolkningen tager udgangspunkt i Sky- TEM modulet i programmet Workbench. I takt med at der introduceres alternative subklasser af måleudstyr og tolkningssoftware, vil vejledningen i det omfang det er påkrævet blive udvidet. De krav til instrumenter, feltarbejde og databehandling, der opstilles i vejledningen skal betragtes som standardkrav. Er det ikke muligt at opfylde disse krav, skal dette begrundes og fremgå af afrapporteringen. I forbindelse med vejledningen er der desuden udgivet en række indstillinger til brug ved processeringen. Disse skal betragtes som vejledende. Vejledningen har været i høring hos amterne i GeoFysikSamarbejdet og følgende rådgivende ingeniørfirmaer: Orbicon Rambøll Watertech Cowi Carl Bro SkyTEM Aps Vejledningen træder i kraft pr. 9. november 2006. Den seneste version af vejledningen kan hentes på http://www.gfs.au.dk/. FREMTIDIGE UDVIDELSER SkyTEM metoden og databearbejdningen er i stadig udvikling, hvorfor det forventes, at der vil være justeringer af rapporten på følgende områder: Der vil blive lavet yderligere undersøgelser af repeterbarhed og reproducerbarhed af data. Måling med x-spole er ikke inkorporeret, idet det nuværende tidspunkt er på forsøgsstadiet. Det forventes, at måling af x-komposanten vil stille yderligere krav til flyvehøjde og vinkling. Brugen af overlap imellem modelsektioner i LCI tolkning forventes implementeret. Mulighed for tolkning med SCI (Spatially Constrained Inversion). 1. Indledning 2
2 DATAINDSAMLING I dette afsnit beskrives retningslinjer for måleproceduren samt leveringen af data. I forbindelse med måleproceduren er der mulighed for at anvende forskellige strategier, hvilket vil afspejle sig i dataindsamlingen. Rådatarapport, der beskriver relevante forhold for projektet, afleveres samtidig med rådata i digital format og tilhørende geometrifil. I oktober 2005 blev måleproceduren ændret, så data nu gemmes i binært format, hvor informationer om hvert henfald gemmes. Data indsamlet før og efter denne dato beskrives i bilag 2. De følgende afsnit tager udgangspunkt i data af nyere dato. Med mindre andet er aftalt, skal rekvirenten sørge for, at data er kvalitetsvurderet senest 10 uger efter overleveringen. 2.1 MÅLEOPSTILLING OG - METODE MÅLEOPSTILLING Målekonfigurationen for SkyTEM kan varieres, alt efter hvad der skal kortlægges og aftales til den enkelte opgave. Senderammen defineres som følgende: X-aksen på linjen er defineret som gående gennem haleror og senderspids. Y-aksen er på tværs af denne retning. Vinkel x er positiv, når senderspids er højere oppe end haleror, altså når rammen "peger opad" i flyveretningen. Vinkel y er positiv, når højre side af rammen er højere oppe end venstre side af rammen, altså når venstre side "peger" opad. Højre side er den side, man har på højre hånd, når man står midt i rammen med ryggen til haleroret og næsen mod senderspidsen. Positiv omløbsretning for rammen er fra x-aksen mod y-aksen. TRADITIONELLE MÅLEKONFIGU- RATIONER Normalt bruges en segmenteret loop, hvor senderspolen sidder på en sekskantet ramme. Senderspolen er dog i sig selv ottekantet, idet den afskærer for- og bagspids af rammen. Modtagerspolen er placeret ca. 2 m. over rammens plan. Denne målekonfiguration er valgt for at opnå en minimal forstyrrelse fra senderspolen. Figur 2.1 og 2.2 viser hhv. et billede af SkyTEM udstyret i aktion og en skitse af standardopstillingen. MÅLESTRATEGIER Der måles pt. med to strategier for dataindsamlingen. I den ene tilsigter man en flyvehastighed på ca. 20 km/t og en højde over åben landskab på 20-30 m. Over skov indrettes flyvehøjden efter højden på træerne. Linjeplaceringen er i særdeleshed vigtig i forbindelse med flyvning ved lav hastighed, idet man her kan forvente at knæk på linjerne kan følges relativt nøjagtigt. Den anden indsamlingsstrategi benytter en højere flyvehastighed, ca. 45 km/t, samt en højde over åben landskab på 30-40 m. Dataindsamlingen pr. kilometer er her billigere, men man må til gengæld forvente, at indsamlingen foregår langs mere rette linjer, at indtrængningsdybden bliver mindre samt at der i nogle tilfælde opnås en dårligere opløsning af den overfladenære geologi. Som standard tilsigtes en afstand på 250 m imellem flyvelinjerne. Der er mulighed for at måle på forskellige momenter ved at skifte antal vindinger i senderspolen samt sender- 2. Dataindsamling 3
Generator, GPS og RxPC PaPC Senderspole Y X Vinkelmåler, højdemålere Modtagerspole Z Figur 2.1 Billede af SkyTEM udstyret med angivelse af de vigtigste komponenter. 2. Dataindsamling 4
Figur 2.2 Skitse af SkyTEM rammen set ovenfra med angivelse af de vigtigste instrumenter samt definition af x- og y-retningen. HE er højdemålere, TI er vinkelmåler, Rx spole er modtagerspolen og Tx spole er senderspole. strømmen. Målemetoden sættes normalt op således, at der som standard måles skiftevist med lavt og højt moment. 2.2 DATATYPER POSITIONERING Positioneringen foregår med to GPS modtagere, der modtager ca. 60 positioner pr. minut samt en GMT angivelse og har erfaringsmæssigt en repeterbarhed på +/- 6 m. GPS-data skal være til stede. GPS-data måles i Latitude Longitude WGS84. FLYVEHØJDE Flyvehøjden måles med to uafhængige lasere, der måler afstanden til jorden med en opløsning på 1 cm. Usikkerheden på laseren er i størrelsesordenen 30 cm. Laseren måler med 9 målinger pr. sekund. Refleksioner der ikke stammer fra jordoverfladen, typisk refleksioner fra trætoppe, skal fjernes under processeringen. Højdedata skal være til stede i fuldt omfang fra mindst én laser. VINKELDATA Rammens afvigelse fra vandret i x- og y-retningen måles med en vinkelmåler og bruges til korrektion af højdeog TEM-data. Vinkeldata skal være til stede i både x- og y-retningen. Der måles 2 gange pr. sek. Senderrammen antages at udgøre et fast plan, og hældning af sender- og modtagerspoleplanet antages at være ens. Data fra tidsintervaller hvor vinklen har oversteget 25 grader kan ikke bruges og skal slettes. SENDERSTRØMME Strømme og spændinger moniteres løbende under dataindsamlingen. 2. Dataindsamling 5
TIDSSTEMPLING Hver datatype leveres med et tidsstempel i GMT. Tiden for hver datatype skal være fremskridende. Forskellen imellem systemtiden og GPS tiden må maksimalt være 2 sekunder. TEM DATA TEM data skal indsamles med samme fortegn, og der må således ikke være byttet om på ledninger under dataindsamlingen. I andet fald aftales det videre forløb imellem operatørselskab og rekvirent. Som tidligere nævnt er der mulighed for at måle på forskellige momenter under indsamligen. På nuværende tidspunkt er der desuden forsøg med måling af x-komposanten samt seperat måling af baggrundsstøjen. Hver kombination angives i softwaren med en softwarekanalid, der følger konventionen i tabel 2.1. SoftwarekanalID Moment Komposant Signal/støj 1 Lavt z Signal 2 Højt z Signal 3 Lavt x Signal 4 Højt x Signal 5 Lavt z Støj 6 Højt z Støj 7 Lavt x Støj 8 Højt x Støj Tabel 2.1 Konventionen for softwarekanalid. 2.3 KOBLINGER OG STØJ Flyvelinjerne skal i videst mulig grad placeres, så de overholder sikkerhedsafstand til f.eks. veje med ledninger, højspændingskabler, jernbanelegemer osv. I det følgende benævnes disse som forstyrrelseskilder. Sikkerhedsafstanden defineres i henhold til /4/ som værende minimum 100-150 m. Den er dog afhængig af geologien, idet en højere modstand i de øvre jordlag kræver en højere sikkerhedsafstand. Erfaringen viser, at en sikkerhedsafstand på 100-150 m er nødvendig ved modstande på 30-80 Ωm, mens den ved 100 Ωm kan være mere end 200 m. Tilsigtet flyvehøjde, -hastighed og linjeplacering under dataindsamlingen aftales imellem operatørselskab og rekvirent, inden dataindsamlingen påbegyndes. 2.4 RAPPORT FRA OPERATØR- SELSKABET (RÅDATARAP- PORT) Af rådatarapporten skal det fremgå, om der er særlige forhold og problemer, som kan have betydning for datakvaliteten, processeringen eller tolkningen. Herunder f.eks. øget flyvehøjde og/eller -hastighed samt udfald af komponenter. Alle koordinater i rapporten angives i UTM zone 32/33 Euref89. 2. Dataindsamling 6
Rapporten skal desuden indeholde en klar gennemgang af hvordan data er valideret, se afsnit 2.5. VEJRET Vejrforholdene på overordnet plan, i særdeleshed vindstyrke, -retning og eventuelt regnvejr skal angives dag for dag. REFERENCE- OG LANDINGSLOKA- LITETER Placeringen af reference- og landingslokaliteter skal fremgå sammen med koordinatsystem og datum. Det skal desuden fremgå i hvilke tidsintervaller, der er indsamlet referencedata på hvilke lokaliteter. MÅLEKONFIGURATIONSPARA- METRE Rammens størrelse og udformning skal præciseres sammen med GERDA identifikationsnumre på sender, modtager og modtagerspole. Førnævnte instrumenter skal dermed være oprettet i GERDA. Anvendte filtre i udstyret skal ligeledes fremgå. For hvert brugt sendermoment skal repetitionsfrekvens, turn on- og offtid, senderstrøm, antal vindinger i senderloopen, frontgaten, stakstørrelsen samt gatecentertider fremgå. Ved angivelse af repetitionsfrekvensen skal denne angives som den repetitionsfrekvens, der skal benyttes af em1dinv.exe. Dvs. at den angivne frekvens, f eff =1/(4*ONTIME). PRODUKTIONSOVERSIGT Det skal fremgå af rådatarapporten i hvilke intervaller, der er indsamlet produktions- samt valideringsdata, hvor mange linjekilometer der er indsamlet samt den tilsigtede flyvehøjde og -hastighed. Disse tidsintervaller leveres også i form af en Workbench msk-fil. 2.5 VALIDERING Validering af måleudstyrets virken foretages af operatørselskabet. Dels ved målinger på lokal referencelokalitet samt ved kalibrering på Århus Testlokalitet. Data fra lokal referencelokalitet leveres med rådata. Det er operatørselskabets ansvar at levere data af en brugbar standard, samt at de udleverede kalibreringsparametre er korrekte. Dokumentation af kalibreringen leveres af operatørselskabet i form af plots i rådatarapporten. KALIBRERINGSMÅLINGER Kalibreringsmålinger laves i forbindelse med instrumentelle ændringer eller med maksimum 10 ugers mellemrum i forhold til indsamlingen af produktionsdata. Kalibreringen kan inddeles i: Målinger af turn-on og -off ramper, bestemmelse af forskydningsfaktorer, højdetest. Turn-on og -off ramper bestemmes ved at foretage målinger på senderloopen med hhv. strømtang og pickupspole. Rampemodelleringerne dokumenteres i rådatarapporten. Bestemmelse af tids- og niveauforskydning gøres ved at sammenligne et målt SkyTEM respons med forwardresponset fra den geofysiske jordmodel fra Århus Testlokalitet, hvor der er brugt samme ramper, filtre, frontgate og senderloop. Jordrespon- 2. Dataindsamling 7
set regnes ud for samme flyvehøjde, som den SkyTEM data er målt i. Højdetest foretages ved at der måles i en højde, hvor jordresponset er negligerbart, normalt omkring 1000 m. Biasresponset skal være under 3% af jordresponset fra den lokale referencelokalitet. Hvis biasresponset er mellem 3-8% af jordresponset tilføjes ekstra usikkerhed til de gates, der er influeret af biasresponset. Er biasresponset over denne grænse fjernes gatene. I begge tilfælde aftales det videre forløb med rekvirenten inden kortlægningen fuldføres. Biasresponset har betydning til tidlige tider på begge momenter. De i kalibreringen bestemte parametre udleveres sammen med rådata dels i form af rådatarapport og dels i form af geometrifil. Figur 2.3 Oprettelsen af lokal referencelokalitet foretages ved at lave 5 sonderinger med 40 m imellem centrum af opstillingerne. LOKAL REFERENCELOKALITET Den lokale referencelokalitet oprettes ved at lave 5 sonderinger lavet med et jordbaseret udstyr, der forinden er kalibreret ind på Århus Testlokalitet. Sonderingerne placeres i et kryds, sådan at opstillingernes centrum ligger med 40 meters mellemrum, se figur 2.3.På denne måde dokumenteres graden af inhomogenitet ved referencelokaliteten. Vurderes forholdene at være inhomogene i væsentlig grad skal det aftales med rekvirenten om der skal oprettes en ny referencelokalitet. Inhomogene forhold kan medføre problemer med repeterbarhed og reproducerbarhed. Under selve indsamlingen af produktionsdata skal der i forbindelse med udeller returflyvning for hver flight måles i minimum 60 sekunder over den lokale referencelokalitet med rammen i en højde af ca. 10 m. Ved at sammenligne disse målinger dokumenteres repeterbarheden af data. Ved samtidigt at sammenligne målin- 2. Dataindsamling 8
gerne med de jordbaserede målinger dokumenteres yderligere reproducerbarheden af data. Repeterbarheden skal ligge indenfor en maksimal standardafvigelse på 8% i db/dt. Outliers, der ligger mere end 2*maksimal standardafvigelse fra middelværdien, skal der redegøres for i rådatarapporten eller der flyves om. Reproducerbarheden af jordmodellen skal ligge inden for 15%. Begge forhold gælder for gates med højt signal-støj forhold. Kan kravene til repeterbarhed og reproducerbarhed ikke opfyldes aftales det videre forløb med rekvirenten. 2. Dataindsamling 9
3 PROCESSERING I det følgende gennemgås krav til processering af data. Processeringen foregår i programmet Workbench. Under processeringen skal tolkeren til enhver tid holde data op imod GPS positionen via det integrerede GIS kort for derigennem at sikre kvaliteten af processeringen. Anbefalede indstillinger for processeringen findes i afsnittet. En total liste med disse samt andre vejledende indstillinger kan findes på http://www.gfs.au.dk/. Indstillingerne er dog afhængige af kortlægningsområdet (geologien), flyvehastigheden, fokusområdet osv. Det er til enhver tid tolkers ansvar at sikre, at de brugte indstillinger tilpasser det aktuelle datasæt. For en nærmere beskrivelse af processeringen henvises til online hjælpen i Workbench. For alle datatyper gælder det, at processeringen tjekkes igennem visuelt af tolkeren. En gennemgang af processeringen af SkyTEM data kan desuden findes i /7/ 3.1 DATA GENERELT Instrumentdata defineres som data fra måleudstyret, som endnu ikke er stakket. Rådata defineres som allerede stakkede data. Informationer om alle henfald gemmes. Dermed opnås en række fordele, bl.a. at man under processeringen er i stand til at definere sonderingsafstanden. SkyTEM data leveres i form af to forskellige rådatatyper: SPS og TEM data. Førstnævnte indeholder GPS-, højde-, vinkeldata samt informationer om senderstrømme. Da SPS-datatyperne kommer med forskellige tidsintervaller, oprettes der i Workbench et tidsarray, hvor de alle midles ind til. 3.2 GPS- OG VINKEL DATA GPS-data midles inden de benyttes, men filtreres normalt ikke. Vinkeldata filtreres og midles, inden de bruges. Dette gøres ved hjælp af median filtrering. Anbefalede indstillinger for GPS- og vinkelprocessering ses i tabel 3.2. 3. Processering 10
Processor Værdi GPS data Device All Beat Time [s] 0.5 Filter Length [s] 9 Polynomial Order 2 Vinkel data Device All Median Filter Length [s] 3 Average Filter Length [s] 2 Tabel 3.1 Anbefalede indstillinger ved processering af GPS- og vinkel data. 3.3 HØJDEDATA Ved processeringen af højdedata skal refleksioner, der ikke stammer fra jordoverfladen, og som dermed resulterer i en tilsyneladende lavere flyvehøjde fjernes. Højdedata tillægges en usikkerhed beregnet på datastakken, dog minimum 10%. Processeringen foretages i to skridt. Det første skridt involverer en automatisk processering af data, hvor man ved hjælp af gentagne polynomiefit og frasortering af højdedata, der falder udenfor et givet interval tilnærmer sig den sande flyvehøjde for senderen. Højdedata korrigeres også for senderspolens, og dermed også modtagerspolens, afvigelse fra vandret. Vejledende indstillinger til brug ved den automatiske processering kan findes i tabel 3.1. Andet skridt involverer gennemgang og manuel korrektion af den automatiske processering.. Processor Værdi Device All Tilt Correction Threshold [s] 5 First Filter Poly Order 8 First Filter Number of Passes 8 First Filter Shift Length [s] 6 First Filter Length [s] 50 First Filter Lower Threshold [m] 1 First Filter Upper Threshold [m] 30 Second Filter Poly Order 8 Second Filter Length [s] 50 Tabel 3.2 Anbefalede indstillinger ved den automatiske processering af højdedata. 3.4 TEM DATA Processeringen af TEM data har til formål at fjerne koblede og støjede data samt at midle data. TEM data skal vurderes på datasætniveau. Dermed 3. Processering 11
menes, at en sondering stadig er brugbar, hvis blot ét af de tilhørende datasæt (segmenter) er brugbart. TEM data pålægges en uniform datausikkerhed, som standard på 3% i db/dt. Den tilsvarende usikkerhed i tilsyneladende modstand, rhoa, findes ved at gange usikkerheden i db/dt med 2/3. KOBLEDE DATA Koblede data kan ikke bruges og fjernes. Erfaringsmæssigt kan koblinger erkendes til forskellige tider i på hinanden følgende datasæt, idet målingerne foretages kontinuert. Koblinger ses tidligere i data, jo tættere på forstyrrelskilden de er indsamlet. Idet dataindsamlingen foregår kontinuert langs et profil, er det muligt at danne sig et overblik over udviklingen i data med tiden/flyveretningen. Det er derfor muligt at beskære datakurver fra et vist punkt og derefter, hvis der i udviklingen af data er klare tegn på, at det derigennem er muligt helt at fjerne koblingen. Dette kræver dog en stor erfaring og fortrolighed med data, hvorfor man skal lave "lodret beskæring", med mindre andet er aftalt. Koblede data fjernes på rådataniveau, således at de ikke indgår i de midlede serier. MIDLING Datamidlingen har til formål at forøge signal-støj niveauet. Det anbefales, at man til det formål benytter en trapezmidling, hvor data til sene tider på datakurven midles over et større interval end data til tidlige tider, se figur 3.1 Flyvetid Gate 1 Gate 2 T1 Width 1 Gate 3 T2 Width 2 T3 Width 3 Gate n Log(Gatetid) Sondering Figur 3.1 Principskitse af trapezmidlingen: Midlingskernen for sonderingen er angivet med rødt, hvorved der laves en midlet sondering. Derefter rykkes der videre, og der laves en ny midling. Midlingen må betragtes som et trade off imellem ønsket om brugbare, ikke støjfyldte data og lateral opløselighed. Midlingsbredden bør derfor ikke være større end nødvendigt for at opnå brugbare data og skal aftales imellem tolker og rekvirent. En bred midling giver et bedre signal-støj for- 3. Processering 12
hold og kan derfor være fordelagtigt, hvis man arbejder med støjede data eller har som mål at kortlægge dybtliggende strukturer. Til gengæld vil der ske en udglatning af strukturerne. Kort midlingsbredde kan med fordel bruges, hvor signal-støjforholdet er godt eller hvor man ønsker at kortlægge mindre eller overfladenære strukturer. Udover midlingsbredden er støjniveauet en funktion af bl.a. flyvehøjden, stakstørrelsen, sendermomentet og middelmodstanden i kortlægningsområdet. Sidstnævnte på den måde, at højere middelmodstand vil resultere i lavere signalniveau. Midlingen af data sættes op under processeringen af data, hvor også sonderingsafstanden bestemmes. Begge angives i tider, og skal således sættes i relation til flyvehastigheden. Til tidlige tider anbefales en midlingsbredde, der er lig med sonderingsafstanden, således at der ikke er overlap imellem data. Koblede data fjernes fra rådata, inden den endelige midling foretages. Anbefalede værdier til brug ved midlingen ses i tabel 3.3. Man Processor Værdi LM, HM Note Trapez Sounding Distance [s] 6, 6 Svarer til ca. 30 m. Trapez Gate Time 1 [s] 1.e-5, 1.e-4 Trapez Gate Time 2 [s] 1.e-4, 1.e-3 Trapez Gate Time 3 [s] 1.e-3, 1.e-2 Trapez Width 1 [s] 6, 20 Trapez Width 2 [s] 20, 36 Trapez Width 3 [s] 36, 54 Trapez Spike Factor 3, 3 Trapez Min. No. Gates [%] 25, 25 Tabel 3.3 Anbefalede indstillinger for datamidlingen for lavt (LM) og højt moment (HM) ved en flyvehastighed på 20 km/t. kan med fordel anvende en større midlingsbredde ved dårligt signal-støj forhold. STØJEDE DATA Støjede data fjernes eller pålægges en passende usikkerhed, typisk 10-15%. Da signal-støj niveauet er højere på midlede data end på rådataniveau skal støjprocessering foregå på midlede data og ikke på rådataniveau. PROCESSERINGEN Processeringen af TEM data i Workbench er delt op i en automatisk og en manuel del. Ved førstnævnte kan en række filtre, f.eks. faldfiltre og signfiltre benyttes til automatisk at fjerne koblede og støjede data. Samtidig korrigeres data for spolens afvigelse fra vandret. Resultatet af den automatiske del af processeringen skal altid gennemgås visuelt. Med mindre andet specifikt er aftalt i kontrakten, skal data også processeres manuelt, hvilket indebærer en visuel gennemgang og justering af data på profil- og sonderingsniveau. 3. Processering 13
4 DATATOLKNING Tolkning af SkyTEM data kan foretages med flere forskellige metoder. Det anbefales dog at Laterally Constrained Inversion (LCI tolkning) benyttes. Flyvehøjden modelleres med tilhørende usikkerhed. En gennemgang af tolkningen af Sky- TEM data kan desuden findes i /7/ og /8/. 4.1 TOLKNINGSKODEN Tolkningskoden, der benyttes til modellering af data, er em1dinv.exe i version 4.0 eller nyere /6/. Koden er i stand til at modellere: Frontgate, Lavpasfiltre, Stykvist lineære eller eksponentielle turn off og - on ramper, Segmenteret loop, Individuelle usikkerhedsparametre på data, MCI og/eller LCI tolkning, Flyvehøjden som inversionsparameter. 4.2 TOLKNINGSMETODIKKER Ved tolkningen af SkyTEM data er det fordelagtigt at benytte LCI. MCI kan dog også benyttes, og er beskrevet i bilag 3. LCI LCI tolkning foretages ved at sammenbinde lagparametre, primært modstande og dybder med nabosonderingerne. Princippet bag LCI ses i figur 4.1. Blandt fordelene ved LCI er en forbedring af bestemmelsen af mellem til dårligt bestemte parametre, samt at der ikke i samme grad som ved tolkning med MCI opstår diskrepans i modellerne på positioner, hvor kun ét segment er tolkbart. Data tolkes i sektioner. Sektionerne opsplittes, hvor der er mere end en vis afstand imellem sonderingerne. BÅNDSTØRRELSER De laterale bånd på lagmodstande og -dybder skaleres efter afstanden mellem sonderingerne efter følgende formel: ΔGPS C anv = 1 + ( C opt 1) -------------------- Dist ref hvor C anv er det anvendte bånd, C opt er det optimale bånd ved en afstand mellem sonderingerne på Dist ref og ΔGPS er den faktiske afstand. Potensen n sættes normalt til ½. Den vejledende opsætning af LCI sektionen for fålagsmodeller kan findes i tabel 4.1 / 5/. Bånd på lagtykkelser er normalt ikke fordelagtigt under danske forhold. Båndstørrelserne er vigtige i opsætningen af LCI sektionen idet de må betragtes som tilførsel af a priorividen. Ideelt set skal de afspejle de n 4. Datatolkning 14
Figur 4.1 Princippet bag LCI: Lagparametre fra nabosonderinger bindes sammen langs et profil, hvorved man opnår en pseudo 2D model. geologiske variationer i området. Et for stramt bånd indfører fejlagtig information og kan give udslag i for få og for små variationer i sektionen. Et for løst bånd kan på den anden side resultere i at information ikke gives videre fra sondering til sondering og at inversionen dermed ikke stabiliseres. En nærmere beskrivelse af LCI kan desuden findes i /1/, /2/ og /5/. Parametere Værdi Horisontale bånd, modstande 1.5 Vertikale bånd, modstande - Horisontale bånd, dybder 1.3 Horisontale bånd, lagtykkelser - Sektionslængde [sonderinger] 120 Max. afstand før opbrud [m] 400 Tabel 4.1 Anbefalet opsætning af sektionerne for en fålagsmodel. Båndene er angivet for en referenceafstand på 30 m. MANGELAGSMODELLER Mangelagsmodeller kan med fordel bruges til at visualisere de geologiske strukturer i kortlægningsområdet. Tolkningen er relativt hurtigt sat op idet startmodellen ligger fast og giver desuden en relativt "objektiv" tolkning, da det ikke er nødvendigt at vælge imellem flere modelresultater. Desuden giver mangelagsmodellen en indikation af, hvordan fålagsmodellen skal defineres og et godt udgangspunkt for justering af processeringen, se afsnit 4.3. Anbefalet startmodel for mangelagstolkning kan ses i tabel 4.2. Modellen startes med ens modstande i alle lag Lagtykkelser er tilnærmelsesvist logaritmisk stigende og tolkningen foretages med faste laggrænser. Antallet af lag i modellen skal justeres efter forventet indtrængningsdybde. Man kan med fordel give tykkelsen af sidste lag en vis frihedsgrad. Her anbefales et 4. Datatolkning 15
Lag Modstand [Ωm] Tykkelse [m] Dybde [m] Horisontale bånd på modstande Vertikale bånd på modstande 1 50 8 8 1.5 2 2 50 9 17 1.5 2 3 50 9 26 1.5 2 4 50 10 36 1.5 2 5 50 11 47 1.5 2 6 50 12 59 1.5 2 7 50 13 72 1.5 2 8 50 14 86 1.5 2 9 50 15 101 1.5 2 10 50 16 117 1.5 2 11 50 17 134 1.5 2 12 50 19 153 1.5 2 13 50 20 173 1.5 2 14 50 22 195 1.5 2 15 50 23 218 1.5 2 16 50 25 243 1.5 2 17 50 27 270 1.5 2 18 50 30 300 1.5 2 19 Uendelig - 1.5 - Tabel 4.2 Anbefalet startmodel for mangelagsmodel. a priori-bånd på 1.5. Samtidig lægges et horisontalt bånd på dybden til nederste laggrænse. Ved kørsel af mangelagsmodeller er det ofte nødvendigt at mindske sektionslængden til f.eks. 40 sonderinger for at minimere antallet af parametre i inversionen. Man kan inkludere en mangelagsmodel i afrapporteringen. 4.3 JUSTERING AF PROCESSERIN- GEN Den første tolkning viser ofte, hvis der er datapunkter der mangler at blive slettet, og skal således bruges til at lave en justering af processeringen. Det anbefales, at man bruger en mangelagstolkning til dette. 4.4 ANBEFALET ARBEJDSGANG Den anbefalede arbejdsgang ved tolkning af SkyTEM data er: Indlæsning af data, Automatisk og manuel processering af data, Tolkning med mangelagsmodel, Justering af processering på baggrund af resultaterne fra mangelagsmodellen, Opsætning af modeller til afrapportering. Afrapportering. 4. Datatolkning 16
5 AFRAPPORTERING AF PRO- CESSERING OG TOLKNING I det følgende gennemgås proceduren omkring dataafrapporteringen. Alle data afleveres sammen med afrapporteringen på CD/DVD. Dette kan f.eks. gøres ved hjælp af følgende præsentationer, der vedlægges afrapporteringen som kort, der viser: positioner for tolkede sonderinger, samt positioner for produktionsdata, flyvehøjden for tolkede sonderinger, antal datapunkter i tolkede sonderinger, Datatilpasningen i form af dataresidualet. Alle kort og præsentationer leveres i UTM zone 32/33 Euref89. Kortene skal forsynes med kortskala samt kortprojektion og datum. I øvrigt henvises til /3/. ANDET Processeringen afleveres med afrapporteringen i form af et Workbench workspace, så den til enhver tid kan genskabes. Rapporten skal desuden indeholde en oversigt over parametre brugt i forbindelse med processeringen og tolkningen. En oversigt over parametrene ses i bilag 1. GERDA Rådata, processeringen samt tolkede modeller indrapporteres til GERDA. 5. Afrapportering af processering og tolkning 17
6 REFERENCER /1/ Esben Auken, Anders V. Christiansen, Bo H. Jacobsen, Nikolaj Foged and Kurt I. Sørensen, 2003, Part A: Piecewise 1D Laterally Constrained Inversion of resistivity data,geophysical Prospecting Vol. 53. /2/ Foged, Nikolaj, 2001, Inversion med lateralt sammenbundne modeller af 2-dimensionale stokastiske resistivitetsfordelinger, speciale, Geologisk Institut, Geofysisk Afdeling, Aarhus Universitet. /3/ GeoFysikSamarbejdet, 2003, Anvendelse af TEM-metoden ved geologisk kortlægning. /4/ GeoFysiksamarbejdet, 2004, Vejledning i udførelse af TEM målinger. /5/ Jacobsen, L., Christiansen, A. V. og Auken, E., 2004, Lateral sambunden tolkning af transiente elektromagnetiske data. /6/ em1dinv manual, 2004, www.gfs.au.dk /7/ GeoFysikSamarbejdet, 2006, Guide to processing and inversion of SkyTEM data. /8/ GeoFysikSamarbejdet, 2006, Mangelagstolkning af TEM data, test og sammeligninger. Bilag 1 Bilag 6. Referencer 18
GEOLOGISK INSTITUT - AARHUS UNIVERSITET BILAG 1 PARAMETRE VED AFRAP- PORTERING Parametre vedr. processeringen, der skal angives ved afrapportering. Type Generelt TEM data Positionering Parameter Software, version nr. Uniform datausikkerhed Midlingsbredder Sonderingsafstand Koordinatsystem og datum Parametre vedr. tolkningen, der skal angives ved afrapportering. Type Software Modelleringskode Tolkningsmodel Startmodel Sektioner Parameter Version nr. Version nr. Min., max. parameterværdier Modeltype (MCI, LCI,...) Lagmodstande og -tykkelser eller -dybder A Priori bånd Horisontale og vertikale bånd Referenceafstand og skaleringsmåde Sektionslængde Max. længde imellem sonderinger før der sker opbrud i ny sektion Parametre vedr. fremstillingen af temakort, der skal angives ved afrapportering. Type Software Generelt Middelmodstandskort Parameter Version nr. Søgeradius Interpolationsmetode evt. variogramtype Afstand imellem gridlinjer Kriterier for udsøgninger Koordinatsystem og datum Vertikal/horisontal middelmodstand Evt. afskæring af modeller i dybden. 19
GEOLOGISK INSTITUT - AARHUS UNIVERSITET BILAG 2 DATA I oktober 2005 blev en ny generation af SkyTEM måleudstyret taget i brug. Dataindsamlingen vil i generelle termer blive beskrevet her. DATA AF ÆLDRE DATO Ældre data var i ascii format. Målingerne blev foretaget i en målecyklus bestående af et antal datasæt, typisk 4 eller 5, med et lavt moment efterfulgt af et tilsvarende antal datasæt med et højt moment. Udstyret var designet, så der blev målt den vertikale komponent af magnetfeltets henfald. Hvert datasæt indeholdte typisk mellem 200 og 300 enkelte transiente målinger. Der blev ikke foretaget særskilte målinger af baggrundsstøjen. Ved det lave moment måltes i tidsintervallet ca. 0,017 ms. til ca. 1,4 ms. Senderstrømmen var ca. 40 A, og der anvendtes 1 vinding. Dette resulter i et sendermoment på ca. 9000 Am 2. Højmomentdelen måltes i tidsintervallet ca. 0,15-3,5 ms, med en senderstrøm på 40-50 A i 4 vindinger, hvilket resulterer i et sendermoment på ca. 47000 Am 2. Udover TEM-data moniteredes også GPS- og højde-data samt en række instrumentparametre, som lagredes digitalt med systemtiden, så de ved dataprocesseringen kunne kobles sammen. Under processeringen midledes data fra gennemløb af én målecyklus sammen til hhv. et lav- og højmomentdatasæt, som tolkedes til én geofysisk model. Den samlede varighed af en målecyklus udgjorde ca. 15 s. og med flyvehastighed på ca. 18 km/t opnåede man dermed en sondering/ model for hver ca. 80 m. Grundet udformningen af målesekvensen var der ikke mulighed for under processeringen at definere sonderingsafstanden, som dermed lå fast. Muligheden for at bruge trapez-formede midlingskerner var heller ikke til stede. Med basis i målemetoden var det naturligt at tolke data med MCI (se bilag 2). Dette foregik ved at udskrive data i ascii filer kaldet tem-filer og bruge programmer som f.eks. Semdi, til tolkningen. Se /6/ for en nærmere beskrivelse af tem-filer samt inversionskoden em1dinv. Ud over lag til beskrivelse af modstandsforholdene i jorden, indeholdte tolkningsmodellen også et luftlag. Tykkelsen af dette lag modsvarede afstanden mellem senderspolen og jordoverfladen - flyvehøjden, mens modstanden blev bundet fast til an meget høj værdi. Ved indrapporteringen til GERDA blev luftlaget fjernet. DATA AF NYERE DATO Med det nyere system indsamles data i binært format, hvor informationer om hvert henfald gemmes. Målecyklussen kan designes til den enkelte opgave, og der kan måles på både den vertikale og den horisontale komposant af magnetfeltet. I standardopsætningen måles der skiftevist henfald af den vertikale komposant på lavt og højt moment. Stakstørrelsen ligger typisk på 128 og 96 for henholdsvist lavt og højt moment. På lavt moment måles der i tidsintervallet ca. 0,018 ms. til 1,4 ms. Der måles i 1 vinding med en middelsenderstrøm omkring 37A, hvormed momentet er 17.000 Am 2. På højt moment måles der i tidsintervallet ca. 0,073 ms. til ca. 5.6 ms i 4 vindinger med en senderstrøm på omkring 83 A - moment 154.000 Am 2.. 20
GEOLOGISK INSTITUT - AARHUS UNIVERSITET BILAG 3 MCI TOLKNING Med MCI sammenbindes lagparametre for to sonderinger, en højmoment og en lavmoment, således at de tolkes med hver sin model. Derved tages der højde for laterale variationer i geologien samt fysiske forskelle mellem de to datasæt. Sammenbindingen mellem to på hinanden følgende sonderinger foretages med en faktor 1.1 på lagmodstande og -tykkelser, hvormed der produceres to modeller, der ligger tæt på hinanden, og som fra et geologisk tolkningsmæssigt synspunkt er identiske. Den endelige model beregnes som et gennemsnit af de to modeller vægtet med usikkerheden på modelparametrene. Princippet bag MCI vises også i figur 6.1. Som hovedregel vælges den model, der tilpasser data tilfredsstillende, og som har færrest antal lag. Positionen af MCI sonderinger angives som positionen for lavmomentsonderingen, idet den laterale følsomhed for denne er relativt stor. Figur 6.1 Princippet bag MCI: Lagparametre fra to nabosonderinger bindes sammen, hvorved to modeller, der ligger tæt på hinanden fremkommer.. 21