Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden...
Transcript of Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden...
![Page 1: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/1.jpg)
Elektriske og
elektromagnetiske metoder
fra luften og på jorden
Anders Vest Christiansen
Institut for Geoscience
![Page 2: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/2.jpg)
• Founded in 1999 and is a collaboration between the Nature Agency, Aarhus
University and GEUS.
• Support the ongoing national Danish groundwater mapping campaign which is a 300
million € program running for 1998-2015.
• 40% of the country (approx. 20.000 km2) is surveyed, and the resulting models form
the basis for public administration.
HydroGeophysics Group /
Geofysiksamarbejdet
![Page 3: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/3.jpg)
• Det store overblik
• Gundvand, mineraler, resistivitet
• Elektriske metoder – på jorden
• Sårbarhedskortlægning af grundvand og forureningsundersøgelser
• Elektromagnetiske metoder – i luften og på jorden
• Dyb kortlægning af grundvandets udbredelse
• Magnetisk resonnans
• Direkte kortlægning af vandmængden i jorden
Disposition
![Page 4: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/4.jpg)
• Water – for drinking, farming, industry, …
• We take it for granted, but that is not the case globally
• Minerals and raw materials – cars, phones, construction, …
• How do we find them?
Det store overblik
![Page 5: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/5.jpg)
From
National Geographic
For
bru
g m3
Enough water?
![Page 6: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/6.jpg)
Verner H. Søndergaard GSC, Ottawa, 13-15 March 2012 6
Geophysical data overview
![Page 7: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/7.jpg)
• Resistivity: [m]
• Conductivity: [S/m]
• Resistance: 𝑹 = ∙𝒍
𝑨[]
Resistivity of Geological Formations
![Page 8: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/8.jpg)
• Resistivity has a very large
dynamic range: 10-2 – 106
• In Danish sediments
• Saltwater: 0.25 m
• Till/clay: ~5-100 m
• Wet sand: 50-200 m
• Dry sand: 20,000 m
• Rock Salt: 100,000 m
Resistivity of Geological Formations
![Page 9: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/9.jpg)
Resistivity of geologic materials
• Sediment type – sand or clay (or a mixture) / Rock Type
• Ion content of the pore water
• Clay type
• Porosity and Saturation
![Page 10: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/10.jpg)
Resistivity to Geology
Ohm-m
![Page 11: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/11.jpg)
The methods
![Page 12: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/12.jpg)
Geoelektriske metoder
![Page 13: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/13.jpg)
![Page 14: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/14.jpg)
2D sensitivity distribution
![Page 15: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/15.jpg)
The gradient array
![Page 16: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/16.jpg)
Pseudo-section
![Page 17: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/17.jpg)
2D inversion
![Page 18: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/18.jpg)
• Grindsted Factory site
• Grindsted Landfill site
• Chlorinated compounds
• Pharmaceuticals
• Chloride and bromide
• Landfill leachate compounds
GEOCON
![Page 19: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/20.jpg)
![Page 21: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/21.jpg)
Flow fieldContaminated sites
![Page 22: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/22.jpg)
Petersen (2012). DTU MSc Thesis.
Conceptual model for contaminant mass
discharge to Grindsted stream
![Page 23: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/23.jpg)
![Page 24: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/24.jpg)
Landfill, location map
![Page 25: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/26.jpg)
• To be used for mass discharge calculations
![Page 27: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/27.jpg)
• Induced Polarization measures sub-surface chargeability.
• Chargeability describes the soil capacity to charge up and
store electrical charges in presence of time-varying electric
fields.
Induced Polarization - Definition
Schematic for polarization of electrical double layer of
interconnected pore surface around a single mineral grain
![Page 28: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/28.jpg)
Time-domain Induced Polarization (IP)
dtV
ttVtM
i
i
t
t
ip
iiDC
a
1
1.
1)(
• The time decay is characteristic of the medium: initial magnitude, slope and relaxation time.
• Target of TDIP.
![Page 29: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/29.jpg)
I
Primary field
Current flow
Elektromagnetiske metoder
Secondary field
![Page 30: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/30.jpg)
Current diffusion in the Earth – 100 ohmm
• Log time sampled – showing maximum amplitude
![Page 31: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/31.jpg)
Current diffusion in the Earth – 10/100
ohmm
![Page 32: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/32.jpg)
Current diffusion in the Earth
![Page 33: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/33.jpg)
The signal - high moment
Time [s]
1e-06 1e-05 1e-04 1e-03 1e-02 1e-01
dB
/dt
[V/m
^2]
1e-09
1e-08
1e-07
1e-06
1e-05
1e-04
1e-03
1e-02
Deep information
2 decades in time - 5 decades in signal
![Page 34: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/34.jpg)
The signal - high + low moment
Time [s]
1e-06 1e-05 1e-04 1e-03 1e-02 1e-01
dB
/dt
[V/m
^2]
1e-09
1e-08
1e-07
1e-06
1e-05
1e-04
1e-03
1e-02
Near surface information
Deep information
2 decades in time - 5 decades in signal
![Page 35: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/35.jpg)
The signal - high + low moment + noise
Time [s]
1e-06 1e-05 1e-04 1e-03 1e-02 1e-01
dB
/dt
[V/m
^2]
1e-09
1e-08
1e-07
1e-06
1e-05
1e-04
1e-03
1e-02
Deep information
Near surface information
Noise
2 decades in time - 5 decades in signal
![Page 36: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/36.jpg)
Transient methods
![Page 37: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/37.jpg)
• The first ground based TEM
survey, 1990
• 70 TEM soundings were carried
out covering ~7 km2.
Applied TEM methods
TEM-method (40x40)
![Page 38: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/38.jpg)
Power
supply
ReceiverTransmitter Coil
Transmitter
Inclinometer
GPS
Laser altimetersInclinometer
Receiver coil
![Page 39: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/39.jpg)
SkyTEM
• Dual moment system
• Zero field compensation
• Low Moment – Surface-Near Resolution
– 2500 - 12 000 Am2
– TurnOff ~ 2 -6 µs
• High Moment – Depth resolution
– 200 000 – 500.000 Am2
– TurnOff ~ 50 -180 µs
• Operation Altitude 25 to 40 m
• Velocity 45 to 90 km/time
• ”Stand Alone” (no operator in helicopter)
• Weight 450 kg
![Page 40: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/40.jpg)
The Tønder survey
1000 50
kilometers
![Page 41: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/41.jpg)
Resistivity map and profile
The Tønder survey -50 m
![Page 42: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/42.jpg)
Buriedvalleys
![Page 43: Elektriske og elektromagnetiske metoder fra luften og på ...€¦ · fra luften og på jorden Anders Vest Christiansen Institut for Geoscience anders.vest@geo.au.dk • Founded in](https://reader034.fdocuments.net/reader034/viewer/2022050600/5fa758a63d229e4e023d2b57/html5/thumbnails/43.jpg)
Elektriske og
elektromagnetiske metoder
fra luften og på jorden
Anders Vest Christiansen
Institut for Geoscience