Τομογραφία ηλεκτρικής αντίστασης: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων
Από archaeology
Πήδηση στην πλοήγησηΠήδηση στην αναζήτηση
Admin (συζήτηση | συνεισφορές) |
Admin (συζήτηση | συνεισφορές) Χωρίς σύνοψη επεξεργασίας |
||
| (2 ενδιάμεσες αναθεωρήσεις από τον ίδιο χρήστη δεν εμφανίζεται) | |||
| Γραμμή 1: | Γραμμή 1: | ||
Η τομογραφία ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης (ERT) ή η απεικόνιση ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης (ERI) είναι μια γεωφυσική τεχνική για την απεικόνιση δομών κάτω από την επιφάνεια από μετρήσεις ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης που γίνονται στην επιφάνεια ή με ηλεκτρόδια σε μία ή περισσότερες γεωτρήσεις. Είναι μία από τις σημαντικότερες γεωφυσικές μεθόδους για την απεικόνιση της κατανομής της ηλεκτρικής αντίστασης στο υπέδαφος. Βασίζεται στην αρχή ότι διαφορετικά γεωλογικά υλικά, καθώς και η περιεκτικότητα τους σε υγρασία ή διαλυμένες ουσίες, εμφανίζουν διαφορετικές τιμές ειδικής αντίστασης<ref>Gourdol et al. 2021, 1786.</ref>. | [[File:Tychonoff.jpg|thumb|220px|Αντρέι Νικολάγιεβιτς Τίχονοφ, ο "πατέρας της ERT"]] | ||
Η μέθοδος έχει ευρεία εφαρμογή σε υδρογεωλογικές μελέτες, γεωτεχνικές έρευνες, περιβαλλοντικές διερευνήσεις και αρχαιολογικές ανασκαφές. | [[File:2D inversion of electrical resistivity data.png|thumb|220px|2D αντιστροφή ειδικής αντίστασης δεδομένων ERT]] | ||
[[File:Electrical resistivity tomography profile.jpg|thumb|220px|Ανάπτυξη μόνιμου προφίλ τομογραφίας ηλεκτρικής αντίστασης σε διαμήκη τομή ενεργού κατολίσθησης.]] | |||
Η '''τομογραφία ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης''' (ERT) ή η '''απεικόνιση ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης''' (ERI) είναι μια [[γεωφυσική]] τεχνική για την απεικόνιση δομών κάτω από την επιφάνεια του [[έδαφος|εδάφους]] από μετρήσεις ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης που γίνονται στην επιφάνεια ή με ηλεκτρόδια σε μία ή περισσότερες γεωτρήσεις. Είναι μία από τις σημαντικότερες γεωφυσικές μεθόδους για την απεικόνιση της κατανομής της ηλεκτρικής αντίστασης στο υπέδαφος. Βασίζεται στην αρχή ότι διαφορετικά γεωλογικά υλικά, καθώς και η περιεκτικότητα τους σε υγρασία ή διαλυμένες ουσίες, εμφανίζουν διαφορετικές τιμές ειδικής αντίστασης<ref>Gourdol et al. 2021, 1786.</ref>. | |||
Η μέθοδος έχει ευρεία εφαρμογή σε υδρογεωλογικές μελέτες, γεωτεχνικές έρευνες, [[περιβάλλον|περιβαλλοντικές]] διερευνήσεις και [[ανασκαφή (αρχαιολογία)|αρχαιολογικές ανασκαφές]]. | |||
Η αξία της ERT έγκειται στο γεγονός ότι αποτελεί μη καταστροφική μέθοδο, παρέχοντας δυνατότητα απεικόνισης σε δύο ή τρεις διαστάσεις, συχνά σε συνδυασμό με άλλες τεχνικές αρχαιολογικής γεωφυσικής έρευνας<ref>Boyle & Wilkinson 2021, 5.</ref>. | Η αξία της ERT έγκειται στο γεγονός ότι αποτελεί μη καταστροφική μέθοδο, παρέχοντας δυνατότητα απεικόνισης σε δύο ή τρεις διαστάσεις, συχνά σε συνδυασμό με άλλες τεχνικές αρχαιολογικής γεωφυσικής έρευνας<ref>Boyle & Wilkinson 2021, 5.</ref>. | ||
Η τεχνική εξελίχθηκε από άλλες τεχνικές ηλεκτρικής έρευνας που προϋπήρχαν των ψηφιακών υπολογιστών, όπου αναζητούνταν στρώματα ή ανωμαλίες και όχι εικόνες. Ο μαθηματικός [[Αντρέι Νικολάγιεβιτς Τίχονοφ]] Andrey Nikolayevich Tikhonov, ο οποίος είναι περισσότερο γνωστός για το έργο του στην τακτοποίηση των αντίστροφων προβλημάτων, εργάστηκε για τη διαμόρφωση αυτής της τεχνικής. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1940, συνεργάστηκε με γεωφυσικούς και χωρίς τη βοήθεια υπολογιστών ανακάλυψαν μεγάλα κοιτάσματα χαλκού. Ως αποτέλεσμα, τους απονεμήθηκε το Κρατικό Βραβείο Ε.Σ.Σ.Δ.<ref>Zhdanov 2010, 4.</ref>. | Η τεχνική εξελίχθηκε από άλλες τεχνικές ηλεκτρικής έρευνας που προϋπήρχαν των ψηφιακών υπολογιστών, όπου αναζητούνταν στρώματα ή ανωμαλίες και όχι εικόνες. Ο μαθηματικός [[Αντρέι Νικολάγιεβιτς Τίχονοφ]] (Andrey Nikolayevich Tikhonov), ο οποίος είναι περισσότερο γνωστός για το έργο του στην τακτοποίηση των αντίστροφων προβλημάτων, εργάστηκε για τη διαμόρφωση αυτής της τεχνικής. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1940, συνεργάστηκε με γεωφυσικούς και χωρίς τη βοήθεια [[Ηλεκτρονικός υπολογιστής|υπολογιστών]] ανακάλυψαν μεγάλα κοιτάσματα χαλκού. Ως αποτέλεσμα, τους απονεμήθηκε το Κρατικό Βραβείο Ε.Σ.Σ.Δ.<ref>Zhdanov 2010, 4.</ref>. | ||
==Θεωρητικό υπόβαθρο== | ==Θεωρητικό υπόβαθρο== | ||
Η μέθοδος στηρίζεται στη μέτρηση της φαινόμενης ειδικής αντίστασης (apparent resistivity), η οποία υπολογίζεται από το νόμο του Ohm σε συνδυασμό με τις γεωμετρικές παραμέτρους διάταξης των ηλεκτροδίων<ref>Zhou 2018, 3.</ref>. Η πραγματική ειδική αντίσταση προκύπτει μέσω διαδικασίας αντιστροφής δεδομένων, κατά την οποία το μετρούμενο πεδίο προσαρμόζεται σε αριθμητικά μοντέλα<ref>Doyoro et al. 2022, 2.</ref>. | Η μέθοδος στηρίζεται στη μέτρηση της φαινόμενης ειδικής αντίστασης (apparent resistivity), η οποία υπολογίζεται από το νόμο του Ohm σε συνδυασμό με τις γεωμετρικές παραμέτρους διάταξης των ηλεκτροδίων<ref>Zhou 2018, 3.</ref>. Η πραγματική ειδική αντίσταση προκύπτει μέσω διαδικασίας αντιστροφής δεδομένων, κατά την οποία το μετρούμενο πεδίο προσαρμόζεται σε αριθμητικά μοντέλα<ref>Doyoro et al. 2022, 2.</ref>. | ||
Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την αντίσταση ενός σχηματισμού είναι: | Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την αντίσταση ενός σχηματισμού είναι: | ||
*Ορυκτολογική σύσταση: αγώγιμα ορυκτά όπως ο γραφίτης μειώνουν την αντίσταση. | *Ορυκτολογική σύσταση: αγώγιμα ορυκτά όπως ο γραφίτης μειώνουν την αντίσταση. | ||
*Υγρασία: μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε νερό συνήθως μειώνει την αντίσταση. | *[[Υγρασία]]: μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε νερό συνήθως μειώνει την αντίσταση. | ||
*Αλατότητα: η παρουσία ιόντων στο νερό αυξάνει την αγωγιμότητα<ref>Gourdol et al. 2021, 1786.</ref>. | *Αλατότητα: η παρουσία ιόντων στο νερό αυξάνει την αγωγιμότητα<ref>Gourdol et al. 2021, 1786.</ref>. | ||
*Δομικά χαρακτηριστικά: ρωγμές, κοιλότητες ή διαστρωματώσεις οδηγούν σε ανομοιογενή κατανομή. | *Δομικά χαρακτηριστικά: ρωγμές, κοιλότητες ή διαστρωματώσεις οδηγούν σε ανομοιογενή κατανομή. | ||
| Γραμμή 22: | Γραμμή 28: | ||
Η επεξεργασία των δεδομένων περιλαμβάνει: | Η επεξεργασία των δεδομένων περιλαμβάνει: | ||
*Συλλογή φαινόμενης ειδικής αντίστασης στο πεδίο. | *Συλλογή φαινόμενης ειδικής αντίστασης στο πεδίο. | ||
*Φιλτράρισμα και καθαρισμό δεδομένων. | *Φιλτράρισμα και καθαρισμό [[δεδομένα|δεδομένων]]. | ||
*Αντιστροφή (inversion) με χρήση υπολογιστικών αλγορίθμων<ref>Doyoro et al. 2022, 2.</ref>. | *Αντιστροφή (inversion) με χρήση υπολογιστικών αλγορίθμων<ref>Doyoro et al. 2022, 2.</ref>. | ||
*Παρουσίαση αποτελεσμάτων σε μορφή τομογραφικών τομών ή | *Παρουσίαση αποτελεσμάτων σε μορφή τομογραφικών τομών ή τρισδιάστατων μοντέλων. | ||
==Εφαρμογές== | ==Εφαρμογές== | ||
Η ERT έχει καθιερωθεί ως πολυεργαλείο γεωφυσικής έρευνας. Ενδεικτικά παραδείγματα εφαρμογών: | Η ERT έχει καθιερωθεί ως πολυεργαλείο γεωφυσικής έρευνας. Ενδεικτικά παραδείγματα εφαρμογών: | ||
*[[Υδρογεωλογία]]: Εντοπισμός υδροφόρων οριζόντων, μελέτη κατείσδυσης νερού και παρακολούθηση μεταβολών στάθμης<ref>Wu et al. 2023, 2.</ref>. | *[[Υδρογεωλογία]]: Εντοπισμός υδροφόρων οριζόντων, μελέτη κατείσδυσης νερού και παρακολούθηση μεταβολών στάθμης<ref>Wu et al. 2023, 2.</ref>. | ||
*Γεωτεχνική μηχανική: Διερεύνηση υπεδάφους για θεμελιώσεις, τούνελ, φράγματα και αστάθειες πρανών<ref>Pessu et al. 2021, 3.</ref>. | *Γεωτεχνική [[μηχανική]]: Διερεύνηση υπεδάφους για θεμελιώσεις, τούνελ, φράγματα και αστάθειες πρανών<ref>Pessu et al. 2021, 3.</ref>. | ||
*Περιβαλλοντική γεωφυσική: Ανίχνευση ρυπασμένων περιοχών, χαρτογράφηση διαρροών σε χωματερές και παρακολούθηση έργων αποκατάστασης<ref>Yamanaka et al. 2024, 11.</ref>. | *Περιβαλλοντική γεωφυσική: Ανίχνευση ρυπασμένων περιοχών, [[χαρτογράφηση]] διαρροών σε χωματερές και παρακολούθηση έργων αποκατάστασης<ref>Yamanaka et al. 2024, 11.</ref>. | ||
*[[Αρχαιολογία]]: Χρήση στην ανίχνευση θαμμένων κατασκευών, τάφων και αρχαίων τοίχων, με εμβληματικές εφαρμογές σε αρχαιολογικούς χώρους της Ελλάδας<ref>Boyle & Wilkinson 2021, 11.</ref>. | *[[Αρχαιολογία]]: Χρήση στην ανίχνευση θαμμένων κατασκευών, τάφων και αρχαίων τοίχων, με εμβληματικές εφαρμογές σε [[αρχαιολογικός χώρος|αρχαιολογικούς χώρους]] της Ελλάδας<ref>Boyle & Wilkinson 2021, 11.</ref>. | ||
==Προοπτικές== | ==Προοπτικές== | ||
Η ERT εξελίσσεται διαρκώς μέσω: | Η ERT εξελίσσεται διαρκώς μέσω: | ||
*τρισδιάστατων και τετραδιάστατων απεικονίσεων: η προσθήκη της χρονικής διάστασης επιτρέπει παρακολούθηση δυναμικών φαινομένων (π.χ. διήθηση ρύπων). | |||
* | *Συνδυασμού με [[μηχανική μάθηση]]: [[αλγόριθμος|αλγόριθμοι]] [[τεχνητή νοημοσύνη|τεχνητής νοημοσύνης]] βελτιώνουν την ταχύτητα και ακρίβεια της αντιστροφής<ref>Dimech et al. 2022, 3.</ref>. | ||
*Συνδυασμού με [[μηχανική μάθηση]]: αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης βελτιώνουν την ταχύτητα και ακρίβεια της αντιστροφής<ref>Dimech et al. 2022, 3.</ref>. | |||
*Ενσωμάτωσης πολλαπλών μεθόδων: χρήση ERT με σεισμικές και ηλεκτρομαγνητικές μεθόδους για ολιστική κατανόηση του υπεδάφους. | *Ενσωμάτωσης πολλαπλών μεθόδων: χρήση ERT με σεισμικές και ηλεκτρομαγνητικές μεθόδους για ολιστική κατανόηση του υπεδάφους. | ||
Τελευταία αναθεώρηση της 12:10, 11 Νοεμβρίου 2025
Η τομογραφία ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης (ERT) ή η απεικόνιση ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης (ERI) είναι μια γεωφυσική τεχνική για την απεικόνιση δομών κάτω από την επιφάνεια του εδάφους από μετρήσεις ηλεκτρικής ειδικής αντίστασης που γίνονται στην επιφάνεια ή με ηλεκτρόδια σε μία ή περισσότερες γεωτρήσεις. Είναι μία από τις σημαντικότερες γεωφυσικές μεθόδους για την απεικόνιση της κατανομής της ηλεκτρικής αντίστασης στο υπέδαφος. Βασίζεται στην αρχή ότι διαφορετικά γεωλογικά υλικά, καθώς και η περιεκτικότητα τους σε υγρασία ή διαλυμένες ουσίες, εμφανίζουν διαφορετικές τιμές ειδικής αντίστασης[1].
Η μέθοδος έχει ευρεία εφαρμογή σε υδρογεωλογικές μελέτες, γεωτεχνικές έρευνες, περιβαλλοντικές διερευνήσεις και αρχαιολογικές ανασκαφές.
Η αξία της ERT έγκειται στο γεγονός ότι αποτελεί μη καταστροφική μέθοδο, παρέχοντας δυνατότητα απεικόνισης σε δύο ή τρεις διαστάσεις, συχνά σε συνδυασμό με άλλες τεχνικές αρχαιολογικής γεωφυσικής έρευνας[2].
Η τεχνική εξελίχθηκε από άλλες τεχνικές ηλεκτρικής έρευνας που προϋπήρχαν των ψηφιακών υπολογιστών, όπου αναζητούνταν στρώματα ή ανωμαλίες και όχι εικόνες. Ο μαθηματικός Αντρέι Νικολάγιεβιτς Τίχονοφ (Andrey Nikolayevich Tikhonov), ο οποίος είναι περισσότερο γνωστός για το έργο του στην τακτοποίηση των αντίστροφων προβλημάτων, εργάστηκε για τη διαμόρφωση αυτής της τεχνικής. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1940, συνεργάστηκε με γεωφυσικούς και χωρίς τη βοήθεια υπολογιστών ανακάλυψαν μεγάλα κοιτάσματα χαλκού. Ως αποτέλεσμα, τους απονεμήθηκε το Κρατικό Βραβείο Ε.Σ.Σ.Δ.[3].
Θεωρητικό υπόβαθρο
Η μέθοδος στηρίζεται στη μέτρηση της φαινόμενης ειδικής αντίστασης (apparent resistivity), η οποία υπολογίζεται από το νόμο του Ohm σε συνδυασμό με τις γεωμετρικές παραμέτρους διάταξης των ηλεκτροδίων[4]. Η πραγματική ειδική αντίσταση προκύπτει μέσω διαδικασίας αντιστροφής δεδομένων, κατά την οποία το μετρούμενο πεδίο προσαρμόζεται σε αριθμητικά μοντέλα[5].
Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την αντίσταση ενός σχηματισμού είναι:
- Ορυκτολογική σύσταση: αγώγιμα ορυκτά όπως ο γραφίτης μειώνουν την αντίσταση.
- Υγρασία: μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε νερό συνήθως μειώνει την αντίσταση.
- Αλατότητα: η παρουσία ιόντων στο νερό αυξάνει την αγωγιμότητα[6].
- Δομικά χαρακτηριστικά: ρωγμές, κοιλότητες ή διαστρωματώσεις οδηγούν σε ανομοιογενή κατανομή.
Μεθοδολογία και διατάξεις ηλεκτροδίων
Η ERT υλοποιείται μέσω ειδικών διατάξεων ηλεκτροδίων, οι οποίες καθορίζουν τόσο την ανάλυση όσο και το βάθος διείσδυσης. Οι πιο συνηθισμένες διατάξεις είναι:
- Διάταξη Wenner: υψηλή ευαισθησία σε οριζόντιες στρωματογραφικές διαφοροποιήσεις.
- Διάταξη Schlumberger: καλή ισορροπία βάθους και ανάλυσης.
- Διάταξη Dipole–Dipole: μεγαλύτερη ευαισθησία σε κάθετες ασυνέχειες, όπως ρήγματα.
- Διάταξη Pole–Pole: μεγάλη εμβέλεια, αλλά περιορισμένη ακρίβεια[7].
Η επεξεργασία των δεδομένων περιλαμβάνει:
- Συλλογή φαινόμενης ειδικής αντίστασης στο πεδίο.
- Φιλτράρισμα και καθαρισμό δεδομένων.
- Αντιστροφή (inversion) με χρήση υπολογιστικών αλγορίθμων[8].
- Παρουσίαση αποτελεσμάτων σε μορφή τομογραφικών τομών ή τρισδιάστατων μοντέλων.
Εφαρμογές
Η ERT έχει καθιερωθεί ως πολυεργαλείο γεωφυσικής έρευνας. Ενδεικτικά παραδείγματα εφαρμογών:
- Υδρογεωλογία: Εντοπισμός υδροφόρων οριζόντων, μελέτη κατείσδυσης νερού και παρακολούθηση μεταβολών στάθμης[9].
- Γεωτεχνική μηχανική: Διερεύνηση υπεδάφους για θεμελιώσεις, τούνελ, φράγματα και αστάθειες πρανών[10].
- Περιβαλλοντική γεωφυσική: Ανίχνευση ρυπασμένων περιοχών, χαρτογράφηση διαρροών σε χωματερές και παρακολούθηση έργων αποκατάστασης[11].
- Αρχαιολογία: Χρήση στην ανίχνευση θαμμένων κατασκευών, τάφων και αρχαίων τοίχων, με εμβληματικές εφαρμογές σε αρχαιολογικούς χώρους της Ελλάδας[12].
Προοπτικές
Η ERT εξελίσσεται διαρκώς μέσω:
- τρισδιάστατων και τετραδιάστατων απεικονίσεων: η προσθήκη της χρονικής διάστασης επιτρέπει παρακολούθηση δυναμικών φαινομένων (π.χ. διήθηση ρύπων).
- Συνδυασμού με μηχανική μάθηση: αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης βελτιώνουν την ταχύτητα και ακρίβεια της αντιστροφής[13].
- Ενσωμάτωσης πολλαπλών μεθόδων: χρήση ERT με σεισμικές και ηλεκτρομαγνητικές μεθόδους για ολιστική κατανόηση του υπεδάφους.
Παραπομπές
- ↑ Gourdol et al. 2021, 1786.
- ↑ Boyle & Wilkinson 2021, 5.
- ↑ Zhdanov 2010, 4.
- ↑ Zhou 2018, 3.
- ↑ Doyoro et al. 2022, 2.
- ↑ Gourdol et al. 2021, 1786.
- ↑ Loke 2001, 28.
- ↑ Doyoro et al. 2022, 2.
- ↑ Wu et al. 2023, 2.
- ↑ Pessu et al. 2021, 3.
- ↑ Yamanaka et al. 2024, 11.
- ↑ Boyle & Wilkinson 2021, 11.
- ↑ Dimech et al. 2022, 3.
Βιβλιογραφία
- Gourdol, L., Clément, R., Juilleret, J., Pfister, L., & Hissler, C. (2021). Exploring the regolith with electrical resistivity tomography in large-scale surveys: electrode spacing issues and sensitivity assessment. Hydrology and Earth System Sciences, 25, 1785–1812. https://hess.copernicus.org/articles/25/1785/2021/hess-25-1785-2021.pdf
- Boyle, A., & Wilkinson, P. (2021). Geophysical ERT. In Chapter 15 Geophysical ERT. https://aboyle.ca/pubs/boyle2021-geo_ert-chapter.pdf
- Zhdanov, M. S. (2010). Electromagnetic geophysics: Notes from the past and the road ahead. Geophysics, 75(5), 75A49–75A66. https://www.cemi.utah.edu/PDF_70_10/2010e.pdf
- Zhou, B. (2018). Electrical Resistivity Tomography: A Subsurface-Imaging Technique. In Applied Geophysics with Case Studies on Environmental, Exploration and Engineering Geophysics. https://www.intechopen.com/chapters/59014
- Doyoro, Y. G., Chang, P.-Y., Puntu, J. M., Lin, D.-J., Huu, T. V., Rahmalia, D. A., & Shie, M.-S. (2022). A review of open software resources in python for electrical resistivity modelling. Geoscience Letters, 9(1), 1–20. https://www.gep.ncu.edu.tw/storage/thesis/2022/2022%20Ping-Yu%20Chang_GL.pdf
- Loke, M. H. (2001). Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys. https://web.gps.caltech.edu/classes/ge111/Docs/DCResistivity_Notes.pdf
- Wu, J., Dai, F., Liu, P., Huang, Z., & Meng, L. (2023). Application of the electrical resistivity tomography in groundwater detection on loess plateau. Scientific Reports, 13(1), 1–12. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10039044/pdf/41598_2023_Article_32083.pdf
- Pessu, B., Itiowe, K., & Ikponmwen, M. O. (2021). Application of Electrical Resistivity Tomography for Soil Competence Mapping on University of Benin Teaching Hospital. American Journal of Biomedical Science & Research, 14(4), 1–5. https://ajbsr.net/data/uploads/8751.pdf
- Yamanaka, F. M., Rodrigues, A. S., Garcia, V. H. B., & Teixeira, M. R. (2024). Application of Electrical Resistivity Tomography with Pole-Dipole Arrangement in Environmental Expertise at the Mouth of the Amazon River. Revista de Gestão Social e Ambiental, 18(11), 1–16. https://rgsa.openaccesspublications.org/rgsa/article/download/13748/7955/45521
- Dimech, A., Cheng, L. Z., Chouteau, M., Chambers, J., Uhlemann, S., Wilkinson, P., Meldrum, P., Mary, B., Fabien-Ouellet, G., & Isabelle, A. (2022). A review on applications of time-lapse electrical resistivity tomography over the last 30 years: Perspectives for mining waste monitoring. Engineering Geology, 288, 1–20. https://publications.polymtl.ca/51661/1/2022_Dimech_Review_Applications_Time_Lapse_Electrical.pdf
