Resistivitetsmålinger, muligheter og begrensninger.

Transkript

1 Resistivitetsmålinger, muligheter og begrensninger. by Jan S. Rønning Dalsegg, E., Ganerød, G.V., Reiser, F. & Solberg, I-L Geological Survey of Norway SVV Teknologidagene 2010, Tunnel, betong og geologi. Royal Garden Hotel, Trondheim, Oct

2 Innhold Metodebeskrivelse. Tolkingsmodeller Kvikkleire Svakhetssoner i fjell Effekt av inversjonsparametre Modellberegninger Svakhetssoner i fjell Kvikkleire Resistivitet på andre tema Oppsummering

3 Description of 2D resistivity method

4 Description of method (2) Apparent resistivity Pseudodepth Pseudosection

5 Description of method (3) Inversion to find true resistivity (Loke 2007) Subsurface divided in prisms which are given a start resistivity value, these are adjusted until respons from model fits measured data

6 Description of method (4), Inversion Measured pseudosection Pseudosection from calculated physical model Calculated physical model Starting resistivity values in each prism are changed until response from inverted model fits measured values. (Pseudosection from model equal measured pseudosection).

7 Description of method (5), terrain corrected inverted data

8 Characterization of clay in Buvika (1) Salt content in pore water (g/l) Helle 2004

9 Characterization of clay in Buvika(3) Conclusion based on results from all areas: Resistivity <8-10 ohmm: unleached clay Resistivity ohmm: quick clay, beyond quick, silty material Resistivity > 80 ohmm: dry crust clay, coarser materials

10 Fracture zones in bedrock Refraction seismics and 2D resistivity, eastern part of the Lunner tunnel

11 Example : Lunner tunnel Optical televiewer, Bh 6 Lunner

12 Example 1: Lunner tunnel Fracture analysis Bh 6

13 Example 1: Lunner tunnel OPTV resistivity, velocities and water yield, Bh 6

14 Example Lunner tunnel Example 1: Lunner tunnel OPTV and resistivity Bh 7

15 Example1: Lunner tunnel Characterization of zone R, Engineering geologist Stine Moksnes: Bad bedrock, unstable rock masses» Reduced length of each blasting» Spiling each 5 meter» Extensive grouting Despite of this, rockfall from tunnel roof» Secured with concreate, 40 meters

16 At the Lunner tunnel Three borehols with resistivity < 500 ohmm, all collapsed, and there were serious construction problems Three zones with resistivity from 1000 to 3000 ohmm, all with water problems during tunnel construction Proposed interpretation model from the Lunner tunnel: ρ > 3000 Ωm: Stable bedrock 3000 < ρ >500 Ωm: Water problems ρ < 500 Ωm: Water problems and unstable bedrock Model confirmed at 10 other problem zones in other areas.

17 Effekter av inversjonsparametre Standard inversion Robuste inversion Horizontal vertical filter

18 Robust vs. Standard Inversion, Vert./Hor. Filter = 0,5 Wenner configuration

19 Vert./Hor =0,5 Vertical and horisontal filtering Standard inversion Vert./Hor =1,0 Vert./Hor =2,0

20 Vert./Hor =0,5 Vert./Hor =1,0 Vertical and horisontal filtering Standard inversion Vert./Hor =2,0

21 Robust vs. Standard Inversion, Wenner configuration Vert./Hor. Filter = 1,0

22 Theoretical model Synthetic data Muligheter og begrensninger. Modellering av syntetiske data. Add on noise Inversion Inverted model

23 Seismic modelling 1800 m/s 4m 1800 m/s 10m 5000 m/s 15m Modell 1 Tolkning modell 1 Trench in bedrock was interpreted as fracture zone. Westerdahl 2003: Seismic modelling, NGI Internal report 2328.

24 Seismic modelling 4m 45m 1800 m/s 5000 m/s 1800 m/s 15m 15m Modell 2 Tolkning modell 2

25 Refraction seismic tomography, Hanekleiv Few rays are going within the bedrock. Can t get information on fracture zone behavier towards the depth. What about the resistivity method?

26 Modellering av svakhetssoner i fjell med forskjellige elektrodekonfigurasjoner Se: Reiser m. fl., NGU Rapport

27 Thickness 10 m, Dip 90, Contrast 10, V/H=2. Depth 10, 40, 80 og 150 m It s possible to get information on depth extend of fracture zones!

28 Depth 150 m, Dip 90, Contrast 10, V/H=2. Thickness 5, 10, 20 og 40 m It s possible to see the thickness of fracture zones!

29 Thickness 10 m, Depth 150 m, Contrast 10, V/H=1. Dip 75, 60, 45 og 30 It s possible to do qualitative dip interpretations!

30 Thicness 10 m, Depth 150 m, Dip 90, Contrast 10, V/H=2, Overburdon 5 m. Soil resistivity 500, 100, 50 og 10 Ωm. It s possible to see a fracture zone below 5 m of moraine!

31 Bredde 10 m, Dybde 150 m, Fall 90, Kontrast 10, V/H=2, Overdekke 100 Ω m. Tykkelse 5, 10, 20 og 40 m. Sonene skjermes av 20 m siltige masser, 5 m marin leire!

32 Thicness 10 m, Depth 150 m, Dip 90, V/H=2. Contrast 20, 10, 5 og 2,5 It is possible with the resistivity method to locate and do geometric characterization of fracture zones in bedrock. A successful result relay on a contrast in resistivity!

33 1. Sammenstilling av petrofysiske data

34 1. Sammenstilling av petrofysiske data

35 Modellering av leirsoner med forskjellige elektrodekonfigurasjoner Reiser m. fl., NGU Rapport

36 Modellering kvikkleire 2 m tørrskorpe, 100 Ωm 28 m kvikkleire, 30 Ωm fjell, 5000 Ωm Standard inversjon V/H=1

37 Modellering kvikkleire 3 m tørrskorpe, 100 Ωm 12 m kvikkleire, 30 Ωm intakt leire, 1 Ωm 10 m tørrskorpe, 300 Ωm 16 m kvikkleire, 30 Ωm intakt leire, 1 Ωm Standard inversjon V/H=1

38 Modellering av kvikkleire Kvikkleire, 5 m mektig sone på 14 meters dyp, klare responser på alle elektrodekonfigurasjoner, men avvik i tykkelse, resistivitet og posisjon. (Standard inversjon, V/H=1).

39 Modellering kvikkleire Kvikkleire, sone på 14 meters dyp. (Standard inversjon, V/H=1). Tykkelse 5, 2 og 1 m.

40 Modellering kvikkleire, 5- lags-modell 2 m tørrskorpe, 100 Ωm 8 m kvikkleire, 30 Ωm 2m sand/grus, 300 Ωm 18 m kvikkleire, 30 Ωm intaktleire, 1 Ωm

41 Sand og grus Resistivitet på andre tema: Grunnvann Permafrost Ustabile fjellparti

42 Oppsummering: Resistivitet kan karakterisere svakhetssoner i fjell Geometrisk karakterisering Sonens dyptgående Sonens tykkelse Sonens fall Løsmasseoverdekke Mineralogisk karakterisering Vannproblem og/eller ustabilitet Må utarbeide veiledere for hvordan målinger bør utføres Takk for oppmerksomheten! En vellykket karakterisering avhenger av kontrast i resistivitet Resistivitetsmålinger kan bidra til karakterisering av leire Inntakt salt leire, mulig kvikkleire, tørrskorpe. Størrelse på mulige linser av kvikkleire Må arbeide videre med å teste ut tolkningsmodeller