Τομογραφία ηλεκτρικής αντίστασης

Από archaeology
Πήδηση στην πλοήγησηΠήδηση στην αναζήτηση
Αντρέι Νικολάγιεβιτς Τίχονοφ, ο "πατέρας της ERT"
2D αντιστροφή ειδικής αντίστασης δεδομένων ERT
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 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

  1. ↑ Gourdol et al. 2021, 1786.
  2. ↑ Boyle & Wilkinson 2021, 5.
  3. ↑ Zhdanov 2010, 4.
  4. ↑ Zhou 2018, 3.
  5. ↑ Doyoro et al. 2022, 2.
  6. ↑ Gourdol et al. 2021, 1786.
  7. ↑ Loke 2001, 28.
  8. ↑ Doyoro et al. 2022, 2.
  9. ↑ Wu et al. 2023, 2.
  10. ↑ Pessu et al. 2021, 3.
  11. ↑ Yamanaka et al. 2024, 11.
  12. ↑ Boyle & Wilkinson 2021, 11.
  13. ↑ Dimech et al. 2022, 3.

Βιβλιογραφία

Ανακτήθηκε από «https://archaeology.archive.gr/mediawiki-1.44.0/index.php?title=Τομογραφία_ηλεκτρικής_αντίστασης&oldid=1448»