1
METODEBESKRIVELSE, 2D RESISTIVITETSMÅLINGER.
Resistivitetsmålinger eller elektriske motstandsmålinger benyttes ved generell løsmassekartlegging og undersøkelser av mineraler, grunnvann, grunnvarme, miljø, svakhetssoner i fjell, ustabile fjellparti og mulig kvikkleire. Kort sagt det aller meste.
Arbeidet med 2D Resistivitetsmålinger kan deles i 3; datainnsamling, inversjon for å finne fysisk modell og tolkning til en geologisk modell.
Bilde 1: Måling med 2D resistivitet i Ebbadalen, Svalbard. Nødvendig utstyr er (fra venstre) kabler og elektroder satt i bakken, strømforsyning (batteri), sender- og mottakerboks som også inneholder PC for styring av måleprosessen / lagring av data og bryterboks som kobler inn elektroder etter et fastsatt mønster. På grunn av isbjørnfaren er gevær og signalpistol en nødvendig del av utrustningen.
Operatøren har fått en fjær i hatten for lang og tro tjeneste ved NGU (Foto: Einar Dalsegg).
Datainnsamling.
Resistivitetsmålinger (elektriske motstandsmålinger) i 2 dimensjoner kan utføres med et system der kabler legges ut på bakken og elektroder knyttes til (Figur 1). Når alt er etablert, kan en PC-styrt måleprosess begynne. Forskjellige elektrodepar kobles inn som strøm- og potensialelektroder etter et fastsatt mønster. Ved å flytte elektrode- settet til side oppnås en lateral kartlegging (profilering). Ved å øke avstanden mellom strømelektrodene, vil strømmen trenge dypere, og en får respons fra dypere områder (dybdesondering). Til sammen gir dette en todimensjonal (2D) kartlegging av resistiviteten i bakken. Ved å kombinere målinger langs flere profiler kan et tredimensjonalt resistivitetsbilde (3D) etableres.
2
Figur 1: Prinsippskisse av måleutstyr. Når målinger med 4 kabler er avsluttet flyttes kabel 1 til andre siden av utlegget, og målingene kan på denne måte fortsette så langt en ønsker (fra Dahlin 1993).
Når måleprosessen er avsluttet, kan en pseudoseksjon av måledata konstrueres som vist i figur 2. Målt tilsynelatende resistivitet med en målekonfigurasjon plottes i et gitt dyp mellom de to potensialelektrodene. Når strømelektrodeavstanden øker, flyttes plottepunktet ett nivå ned. Dette gir et bilde av fordelingen av tilsynelatende resistivitet i et fiktivt dyp, en pseudoseksjon.
Figur 2: Konstruksjon av pseudoseksjon. C1 og C2 angir strømelektroder, P1 og P2 potensial- elektroder. Økt elektrodeavstand gir økt dybderekkevidde og tilsynelatende resistivitet plottes dypere (fra Dahlin 1993).
3
NGU disponerer LUND-systemet med 3 sett kabler (Dahlin 1993). Avstanden mellom elektrodene er 2, 5 eller 10 meter. Med fulle utlegg (4 kabler) gir dette utlegg på 160, 400 eller 800 meter. Den maksimale dybderekkevidden blir med disse utleggene 30, 65 og 130 meter. Økt dybderekkevidde går på bekostning av oppløsning. Selve målingene, som blir styrt av en PC, blir vanligvis foretatt med en multi gradient elektrodekonfigurasjon. Ved denne konfigurasjonen ligger flere par potensialelektroder mellom to strømelektroder. Andre elektrodekonfigurasjoner som dipol-dipol og Slumberger kan benyttes. Oppløsning og dataenes pålitelighet er alltid størst i profilenes øverste halvdel.
Inversjon.
Resistiviteten i undergrunnen er sjelden homogen, og ved de fleste tilfeller måles en tilsynelatende resistivitet. Denne representerer et veid middel av alle resistiviteter som er innenfor målingens influensområde. For å finne den spesifikke resistivitet i ulike deler av undergrunnen, må data inverteres. Dette utføres ved at undergrunnen deles opp i blokker som tilordnes en bestemt resistivitetsverdi. Denne blir så justert i flere trinn (iterasjoner) inntil responsen (pseudoseksjonen) fra den teoretiske modellen blir mest mulig lik pseudoseksjonen fra de målte data.
Resistivitetsmålingene blir invertert ved bruk av dataprogrammet RES2DINV (Loke 2014) som kan benytte to forskjellig inversjonsmetoder (ofte kalt Standard og Robust). Under inversjonen kan det legges inn filtre som favoriserer f. eks. vertikale strukturer. Dette gir ikke noen endringer i hovedtrekkene i de inverterte profilene, men mindre avvik i detaljer.
Figur 3: Oppdeling av bakken i blokker og tilordning av målte verdier av tilsynelatende resistivitet (fra Loke 2014).
4 Eksempel på resultater og tolkning.
Figur 4 viser resultater fra et profil målt langs østenden av Lunnertunnelen, Lunner kommune. Øverste del av figuren viser pseudoseksjonen av de målte data. Denne viser variasjoner i måleverdier, men en kan ikke indikere noen klare steiltstående svakhetssoner. Det inverterte bildet av spesifikk ("sann") resistivitet nederst viser langt flere detaljer. Her ser en klart soner med redusert resistivitet som strekker seg mot dypet. Pseudo-seksjonen beregnet fra denne modellen som er vist i midten, er til forveksling lik pseudoseksjonen av de målte data. Dette viser at modelltilpasningen har vært relativt vellykket.
Figur 5 viser det inverterte profilet med terrengkorreksjon. Legg merke til at enkelte soner går til bunns i plottet, mens andre synes å kile ut på et grunnere nivå. Langs profilet er det påvist lange strekk med til dels meget høy resistivitet. Dette har vist seg å være soner uten problemer under drivingen av tunnelen. Sone ved koordinat 2150 gav store problemer under drivingen. I en lengde av 40 meter var det nødvendig å sikre med sprøytebetong og forbolting for hver 5 meter. Det ble benyttet redusert salvelengde, og det ble foretatt omfattende forinjeksjon ved bruk av mikrosement. Til tross for dette fikk en ras fra tunneltaket sentralt i sonen (Moksnes 2002, personlig meddelelse).
Figur 5: Eksempel på 2D resistivitetsdata fra Lunnertunnelen, Lunner kommune. Øverst pseudoseksjon av målte data, i midten pseudoseksjon av modellerte data og nederst selve modellen.
5
Det er boret mot de to sonene lokalisert ved koordinat 1770 og 2150. Inspeksjon med optisk televiewer (se borehullslogging) viser at sonen ved koordinat 1770 viser friskt berg som går direkte over i åpne sprekker med opptil 5 cm åpning. Sonen ved koordinat 2150 viste langt flere sprekker, resistiviteten målt i borehullet gikk ned mot 300 ohmm, og her fikk en ras i borehullet. Ut fra dette er det foreslått en tolkningsmodell for den aktuelle geologi hvor målt resistivitet høyere enn 3000 ohmm representerer godt berg, resistivitet i området 500 til 3000 ohmm er trolig soner med åpne vannførende sprekker mens soner med resistivitet lavere enn 500 ohmm har leire på sprekkene, som kan gi redusert vanngjennomstrømning og en risikerer ustabilt berg (Rønning m.fl. 2003, Rønning et al. 2014).
Figur 5: Invertert modell fra Grualia med terrengkorreksjon. Soner med lav resistivitet faller sammen med depresjoner i terrenget og tidligere geologisk kartlegging (Rønning m.fl. 2003).
REFERANSER.
Dahlin, T. 1993: On the Automation of 2D Resistivity Surveying for Engineering and Environmental Applications. Dr. Thesis, Department of Engineering Geology, Lund Institute of Technology, Lund Univesity. ISBN 91-628-1032-4.
Loke, M.H. 2014: RES2DINV ver. 4.03. Geoelectrical Imaging 2D & 3D.
Instruction manual. www.geoelectrical.com.
Moksnes, S. (Personlig meddelelse): Ingeniørgeogiske observasjoner under tunneldriving. Tunnelprosjektet Rv 35 Grualia – Slettmoen.
Rønning, J.S.: Miljø- og samfunnstjenlige tunneler. Sluttrapport delprosjekt A, Forundersøkelser. Statens vegvesen, Publikasjon nr. 102.
Rønning, J.S., Ganerød, G.V., Dalsegg, E. & Reiser, F. 2013: Resistivity mapping as a tool for identification and characterization of weakness zones in bedrock - definition and testing of an interpretational model. Bull. Eng. Geol. Environment Volume 73, Issue 4 (2014), Page 1225-1244.
