Γεωφυσικές διασκοπήσεις εντός γεωτρήσεων και σηράγγων

Abstract

The subject of this PhD Thesis is to study the efficacy of the electrical and seismic tomography between boreholes, mainly in the detection of finite-dimensional structures. The existence of such structures in the subsurface is frequent, highly correlated with archaeological, environmental and geotechnical problems (archaeological sites, caves, contaminated soils, karst voids or gaps, etc.), while the capacity and effectiveness of geophysical methods to identify and mapping finite structures, are subject to perpetual research, with continuous progress. In general, the combination of drilling research and of geophysical investigation can contribute to a better and more accurate knowledge of each exploration area and of course it is necessary, when required very detailed surveys. Additionally, once the drillings are the only means of enabling access to the subsurface, their further development lies in the application of various geophysical techniques through them, which can yield the most in an overall assessment. In particular, this research focuses more extensively on the laboratory study of electrical resistivity tomography between boreholes and the efficiency of the cross-hole electrode arrays. In this field, the experimental analysis leads to the development of a new, innovative technique of processing of inverted models (MOST technique), which proves very effective in improving the quality of geoelectrical models, even in real field conditions. The implementation of cross-hole travel-time seismic tomography takes place mainly at synthetics models, aiming to a simple comparison of two methods (electrical and seismic tomography between boreholes) and exploring the possibilities of the combination of them. The results of this study are very encouraging.

Αντικείμενο της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι η μελέτη της αποτελεσματικότητας των μεθόδων της ηλεκτρικής και της σεισμικής τομογραφίας μεταξύ γεωτρήσεων, στον εντοπισμό, κυρίως, δομών πεπερασμένων διαστάσεων. Η ύπαρξη τέτοιων δομών στο υπέδαφος είναι συχνότατη, σχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με αρχαιολογικά, περιβαλλοντικά και γεωτεχνικά προβλήματα (αρχαιολογικά μνημεία, σπήλαια, έκταση μολυσμένων εδαφών, έγκοιλα ή καρστικά κενά κλπ), ενώ οι δυνατότητες και η αποτελεσματικότητα των γεωφυσικών μεθόδων στον εντοπισμό και τη χαρτογράφηση πεπερασμένων δομών αποτελούν αντικείμενο αέναης έρευνας, με διαρκή πρόοδο. Ο συνδυασμός, εν γένει, της γεωτρητικής και της γεωφυσικής έρευνας μπορεί να συντελέσει στην πληρέστερη και ακριβέστερη συλλογή πληροφοριών για τον εκάστοτε διερευνούμενο χώρο και φυσικά επιβάλλεται, όταν απαιτούνται ιδιαίτερα λεπτομερείς διασκοπήσεις. Επιπρόσθετα, από τη στιγμή που οι γεωτρήσεις είναι τα μόνα μέσα που παρέχουν τη δυνατότητα πρόσβασης στο υπέδαφος, η περεταίρω αξιοποίηση τους έγκειται στην εφαρμογή των διαφόρων γεωφυσικών τεχνικών μέσα από αυτές, γεγονός που μπορεί να αποδώσει τα μέγιστα σε μία συνολική εκτίμηση. Πιο συγκεκριμένα, λοιπόν, η παρούσα έρευνα εστιάζει περισσότερο και πιο διεξοδικά στην εργαστηριακή μελέτη της ηλεκτρικής τομογραφίας μεταξύ γεωτρήσεων και στην αποτελεσματικότητα των cross-hole διατάξεων των ηλεκτροδίων. Στο αντικείμενο αυτό, μάλιστα, η πειραματική ανάλυση καταλήγει στην ανάπτυξη μιας νέας, καινοτομικής τεχνικής επεξεργασίας των αποτελεσμάτων (MOST technique), η οποία αποδεικνύεται πολύ αποτελεσματική στη βελτίωση της ποιότητας των γεωηλεκτρικών μοντέλων, ακόμα και στις πραγματικές συνθήκες υπαίθρου. Η εφαρμογή της cross-hole σεισμικής τομογραφίας πρώτων αφίξεων λαμβάνει χώρα σε συνθετικά, κυρίως, μοντέλα, με βασικό στόχο την απλή σύγκριση των δύο μεθόδων (ηλεκτρικής και σεισμικής τομογραφίας μεταξύ γεωτρήσεων) και τη διερεύνηση των δυνατοτήτων της συνδυαστικής εφαρμογής αυτών. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής αυτής είναι πολύ ενθαρυντικά.