Tekniske anvisninger i GERDA

Wennerprofilering

Wennerprofilering er en traditionel geoelektrisk profileringsmetode, hvormed man måler, hvorledes jordens resistivitet varierer lateralt. Profileringen udføres normalt af 3 personer, der betjener et instrument og fire metalspyd opstillet i Wenner-konfigurationen (Figur W1). Efter hver måling flyttes hele opstillingen i udlæggets retning uden at ændre elektrodekonfigurationen. Derved inddrages et jordvolumen af samme størrelse ved hvert målepunkt, og ændringer i den tilsyneladende resistivitet afspejler laterale modstandsvariationer. Det kan være nyttigt at foretage profileringen med flere elektrodeafstande, hvorved der opnås et kendskab til resistivitetsfordelingen i flere dybder.

De målte tilsyneladende resistivitetsværdier anvendes oftest direkte i en geologisk tolkning. I hydrogeologisk sammenhæng er metoden bl.a. brugt til at lokalisere områder med små laterale modstandsvariationer for at finde optimale forhold for geoelektriske sonderinger (Schlumbergersonderinger).

Wennerprofileringen er afløst af mere effektive metoder som PACES og MEP.

Schlumbergersondering

Schlumbergersondering er en traditionel geoelektrisk sonderingsmetode, hvormed man måler, hvorledes jordens resistivitet varierer med dybden. Måleproceduren for en Schlumbergersondering består i, at man – med fastholdt opstillingscentrum og fastholdt afstand mellem potentialelektroderne – flytter strømelektroderne ud i stadig større afstand (L/2) fra centrum (Figur Sc1). For hver L/2-afstand måles en tilsyneladende resistivitetsværdi. For at opnå et bedre signal-støj-forhold for store L/2-afstande benyttes et sæt potentialelektroder med en større dipollængde for disse afstande.

Ved tolkning af de tilsyneladende resistivitetsværdier, som foretages ved hjælp af edb-programmer, anvendes en 1-dimensional jordmodel. Derefter kan der opstilles en geologisk model over lagfølgen på lokaliteten.

Schlumbergersondering er i stor grad afløst af MEP-metoden og af TEM-metoden.

Slæbegeoelektrik (PACES)

Den slæbegeoelektriske metode, også kaldet PACES (Pulled Array Continuous Electrical Sounding), kombinerer geoelektrisk profilering og sondering således, at man måler, hvorledes jordens resistivitet varierer både lateralt og med dybden i 0 meter til ca. 20 meter. Måleproceduren for PACES-metoden består i, at en række elektroder slæbes hen over jorden af et lille trækkøretøj. Der sendes uafbrudt en strøm gennem et elektrodepar, mens potentialet måles over en række elektrodepar samtidig. Derved bliver der efter filtrering 1,5 meter mellem datapunkterne. Der anvendes typisk et 'slæb', hvor afstanden mellem strømelektroderne er 30 meter, og hvor 8 potential-elektrode-par er fordelt således, at konfigurationernes fokusdybde ligger mellem 1,5 meter og 15 meter (Figur P1). Indtil 1998 blev der benyttet et 'slæb' med 3 elektrodekonfigurationer (10 m, ~20 m og 30 m Wenner). Data målt med '3- kanalsslæb' kaldes også PACEP-data. Der har desuden været anvendt 'slæb' med reducerede elektrode-afstande.

Inden en fysisk tolkning, som foretages med edb-programmer, gennemgår data en yderligere processering. Denne vil typisk medføre, at data midles og samles i sonderinger med en indbyrdes afstand på 5-10 meter. Data gemmes på denne form i GERDA sammen med rådata. Typisk tolkes hver enkelt sondering med en 1-dimensional jordmodel, hvis modelparametre er koblet til nabomodellernes modelparametre. Det er også muligt at tolke data med en 2-dimensional jordmodel. Tidligere blev data indsamlet i tre elektrode-konfigurationer, oftest anvendt direkte i en geologisk tolkning.

PACES-metoden har afløst Wennerprofileringen og har været anvendt i stor udstrækning til kortlægning af grundvandsmagasiners sårbarhed.

MEP- og IP-profilering

Multi-Elektrode-Profilerings-metoden – MEP – kombinerer geoelektrisk profilering og sondering således, at man måler, hvorledes jordens resistivitet varierer både lateralt og med dybden. Måleproceduren for MEP-metoden består i, at en lang række elektroder opstilles på linje med ens indbyrdes afstand. Alle elektroder forbindes via kabler til måleinstrumentet, som kontrolleres af en computer. Et computerprogram styrer, hvilke to elektroder der sendes strøm gennem, og hvilke to potentialet måles over (Figur M1). Med nyere instrumentversioner er det muligt at måle potentialet over flere elektrodepar samtidig. Fra ca. 1995, da brugen af metoden blev almindelig i Danmark, blev data typisk indsamlet i Wennerkonfigurationer og med 5 meter mellem elektroderne, hvilket resulterer i, at der optages data med en indtrængningsdybde på op til 60-80 meter. Omkring 2005 har dataindsamling i gradient-konfigurationer taget over og er mest benyttet.

MEP-profiler tolkes rutinemæssigt med 2D-tolkningsprogrammer. Hvor laterale variationer langs profilet er små, kan data splittes op i sonderinger, som tolkes med 1-dimensionale jordmodeller, evt. med modelparametre koblet til nabomodellernes modelparametre i en LCI-tolkning.

MEP-metoden anvendes bl.a. inden for grundvandsundersøgelser til afgrænsning af grundvandsmagasiner og vurdering af deres sårbarhed.

MEP-metoden kan udvides med måling af induceret polarisation, IP. Når strømmen tændes og slukkes, ændres potentialet ikke øjeblikkeligt, idet nogle ladninger hobes op, og jorden kommer til at virke som en kapacitor. Ved at måle det tidslige henfald af potentialet, når strømmen slukkes, kan man estimere jordens op- og afladningsevne, den såkaldte 'chargeabilitet'. MEP- og IP-data tolkes med programmer, der resulterer i 1D-modeller med laterale bånd eller i 2D-modeller. Ud over resistivitet inverseres der også for chargeabilitet og evt. to yderligere Cole-Cole-parametre. I denne inversion er det vigtigt at kende strømmens bølgeform og evt. filtre i instrumentet.

IP-målinger er traditionelt blevet anvendt i mineefterforskning, men bruges nu i kortlægning af lossepladser og i hydrogeologiske undersøgelser.

TEM-sondering og -profilering

Transient Elektromagnetisk (TEM)-sondering er en elektromagnetisk tidsdomæne-metode, hvormed man måler, hvorledes resistiviteten varierer med dybden ned til 100–150 meter, dog afhængigt af resistivitets- og støjforhold. Måleproceduren for TEM-sonderinger består i, at en strømsløjfe (ledning) lægges ud på jordoverfladen (ofte i et kvadrat med en sidelængde på 40 meter) og forbindes med en sender. En modtagerspole placeres i midten af eller uden for strømsløjfen og forbindes til en modtager (Figur T1). En måling foretages ved, at en jævnstrøm – som sendes gennem strømsløjfen – afbrydes meget brat. Dette giver anledning til, at der induceres et elektrisk felt i omgivelserne, som driver en elektrisk strøm i jorden, der vil give anledning til et magnetfelt. Strømmen vil udbrede sig nedad i jorden og ud fra strømsløjfen, mens den henfalder, hvilket medfører, at magnetfeltet også vil henfalde. Dette henfald måles med modtagerspolen. Et målepunkt afspejler til tidlige tider resistivitetsforhold tæt ved overfladen, mens det til sene tider afspejler resistivitetsforhold dybere i jorden.

Der foretages altid en fysisk tolkning af TEM-sonderinger, inden de anvendes i en geologisk tolkning. Hver enkelt sondering tolkes ved brug af 1-dimensionale jordmodeller. Dette er også tilfældet, selvom sonderingerne ligger tæt langs et profil, idet 2-dimensionale tolkningsrutiner endnu er under udvikling og regnemæssigt er meget tidskrævende.

TEM-sonderinger anvendes i stor udstrækning til kortlægning i forbindelse med grundvandsundersøgelser. I en regional kortlægning, hvor bl.a. potentielt nye grundvandsmagasiner afgrænses, placeres sonderinger langs profiler eller spredt ud over en flade med ca. 250 meter mellem sonderingerne. I detailundersøgelser, evt. i forbindelse med etablering af nye kildepladser, reduceres afstanden til 40-100 m mellem sonderingerne. TEM-metoden er specielt velegnet til at finde dybden til et godt ledende lag, såsom tertiært ler eller det salte grundvandsspejl.

SkyTEM

SkyTEM er et målesystem, som anvender den transiente elektromagnetiske metode. Senderspolen monteret på en ramme svæver i luften under en helikopter. Modtagespolen og navigationsinstrumenter er ligeledes monteret på rammen. Instrumenterne hænger på wiren, som holder rammen. De transiente sonderinger optages stort set kontinuert i to sendermomenter langs flyvelinjen, hvilket sikrer, at der både er en overfladenær opløsning af jordlagene og stor indtrængning. Der har været og bliver anvendt forskellige rammestørrelser og dermed senderspole, hvorved der kan opnås indtrængningsdybder mellem 150-300 m afhængig af de geologiske forhold. Samtidig med dataoptagelsen indsamles navigationsdata, hvor positionen måles med GPS, rammens orientering med tiltmetre og flyvehøjden med altimeter.

Såvel TEM-data som navigationsdata processeres. Koblinger til elektriske installationer fjernes fra TEM-dataene, og disse midles for at reducere støj. Navigationsdata processeres, så alle målinger kan tilskrives en flyvehøjde og en orientering af sender- og modtagespole, som indgår i inversionen af data. Inversionen anvender 1D-jordmodeller med bånd til nabomodeller, enten langs flyvelinjen eller både langs og mellem flyvelinjer, så der henholdsvis opnås en pseudo-2D- eller pseudo-3D-resistivitetsmodel.

SkyTEM-metoden anvendes i stort omfang i grundvandskortlægning, hvor magasinernes udbredelse kortlægges samtidig med, at de overliggende lag kortlægges.

De første SkyTEM-data er indsamlet i 2003. De tidligste data findes i processeret form i TEM-datastrukturen, da det tog et par år at få udviklet datastrukturen for SkyTEM.

Datastruktur

Et SkyTEM-datasæt består af sonderinger fra et kortlægningsområde og kan indeholde en lang række flyvelinjer. Alle måleopsætnings- og optageparametre indberettes sammen med såvel rådata som processerede data.

Datastrukturen for SkyTEM-data er skitseret i Figur Sk1 samt relateret til feltsituationen og data. Oplysninger, som er generelle for datasættet, indberettes i Dataset-tabellen, mens generelle oplysninger specifikt for et SkyTEM-datasæt indberettes i SkyHea-tabellen. Overordnet set findes relateret til SkyHea-tabellen, SkySEG-tabellen og underliggende tabeller med oplysninger om måleopsætning, SkyLine-tabellen med flyvelinjeinformation, SkyDevType-tabellen og underliggende tabeller med oplysninger om navigationsinstrumenter og SkySeq-tabellen og underliggende tabeller med både rådata og processerede data for såvel måledata som navigationsdata.

Herunder følger en mere detaljeret beskrivelse af tabelstrukturen. Oplysninger om segmentets (momentets) repetitionsfrekvens, senderspolens og modtagerspolens konfigurationer samt parametre relateret til slukkeforløbet og støjniveau indberettes i SkySeg-tabellen, hvortil relateres der senderstrømsbølgeform, systemfiltre, tidsvinduer (gates) og senderspolens nøjagtige geometri i henholdsvis SkySegWave-tabellen, SkySegFilt-tabellen, SkySegTimes-tabellen og SkySegLoop-tabellen.

Oplysninger om flyvelinjenummer og type indberettes i SkyLine-tabellen og flyvelinjens position i SkyLinePos-tabellen.

Oplysninger om anvendte navigationsinstrumenter indberettes i SkyDevType, og deres position på rammen indberettes i SkyDev-tabellen.

Oplysninger om processeringssekvenser af måledata og navigationsdata indberettes i SkySeq-tabellen, herunder indberettes oplysninger om TEM-segment (moment) i SkyDatSeg-tabellen, hvorunder der indberettes segmentets processeringsindstillinger i SkyDatList-tabellen og oplysninger om laterale sektioner af data i SkyDat-tabellen. De specifikke måledata pr. gate indberettes i SkyDatVal-tabellen i en talstreng i et 'blobfelt' enten som rå, processerede eller midlede data sammen med oplysninger om, hvordan tekststrengen læses. Ligeledes under SkySeq-tabellen indberettes oplysninger om Navigationsinstrument i SkyNavDev-tabellen, herunder oplysninger om processeringsindstillinger i SkyNavList og laterale sektioner af navigationsdata i SkyNav, og herunder igen indberettes de specifikke navigationsdata i SkyNavVal-tabellen i en tekststreng i et 'blobfelt' sammen med oplysninger om, hvordan tekststrengen læses.

Oplysninger om de processerede datas position, sender- og modtagespoles højde over terrænoverfladen samt senderstrømstyrke indberettes i SkyProcSeg-tabellen, og dataene kan indberettes i SkyProcDat-tabellen. Det er i stor grad undladt at læse data ind i SkyProcDat-tabellen, da dataene også kan findes den tabel, som lagrer forwardresponser fra inversionsresultatet af dataene.

I dokumentationen for PC GERDA-formatet er alle tabeller og felter beskrevet.

SkyTEM-tabellen-strukturen kan også rumme data indsamlet med andre typer af luftbårne transient elektromagnetiske målesystemer.

Borehulslogs

Borehulslogging er en geofysisk metode, der foregår ved nedsænkning af sonder/måleinstrumenter i et borehul. Herved måles forskellige fysiske parametre, som ved en fortolkning kan karakterisere de forskellige, gennemborede jordlag og deres typiske egenskaber.

I forbindelse med grundvandsundersøgelser benyttes en lang række forskellige sondetyper. En af de mest anvendte logtyper er naturlig gamma, som måler jordens naturlige radioaktive stråling, og som især anvendes til lithologisk tolkning. Også en række forskellige typer af elektriske og elektromagnetiske logs anvendes meget ofte. Fælles er, at de måler jordens resistivitet (eller elektriske ledningsevne), som efterfølgende kan omsættes til en geologisk tolkning. Herudover anvendes forskellige andre logtyper i større eller mindre omfang. Borehullets diameter måles med en mekanisk kaliper-sonde, borehulsvæskens temperatur og ledningsevne måles med en ledningsevne-sonde, og strømning i borehullet måles med en flowsonde. Aktive radioaktive logs benyttes til måling af porøsitet og densitet (ved udsendelse af henholdsvis neutron- og gammastråling), og jordens lydhastighed kan bestemmes med en sonic sonde eller udførelse af et vertikalt seismisk profil (VSP). Endelig findes der nogle mere visuelle logtyper som borehulsvideo, optisk og akustisk televiewer, hvor de to sidstnævnte genererer et henholdsvis optisk og akustisk 360-graders billede af borehulsvæggen ned gennem boringen.

Borehulslogging anvendes i grundvandskortlægningen primært til lithologisk tolkning, stratigrafisk korrelation, præcis placering af filtre og afpropninger, bestemmelse af vandkvalitet, kortlægning af porøsitet, sprækker og indstrømningsmønstre og korrelation med seismiske data. Andre anvendelser i forbindelse med f.eks. indvindings- eller undersøgelsesboringer kan blandt andet være verifikation af boringsopbygning og forureningsudbredelse.

Datastruktur

Et log-datasæt er en samling logs skrevet ind i én LAS-fil. Logs i den samme fil skal være målt inden for samme logging-kampagne i løbet af højst nogle få dage. Logs, der indberettes til GERDA, skal være udført i et borehul, der har et DGU-nr. Hvis logningen er udført i mere end én stamme i borehullet, skal de respektive logdata indberettes som separate log-datasæt. Hvis der sker udvikling af boringen i løbet af logging-kampagnen, skal logs fra hvert stadie indberettes som individuelle log-datasæt, da boringsoplysningerne i modsat fald ikke ville være dækkende for alle logs i datasættet. Et log-datasæt indeholder enten dybde- eller tidsrelaterede kurver. Hvis kurverne er tidsrelaterede, skal alle data i datasættet være målt i samme dybde. Hvis data er målt i forskellige dybder, skal data fra hver dybde indberettes som individuelle datasæt. Borehullets placering (dvs. utm-koordinater og kote) er registreret i Jupiter og skal derfor ikke indberettes sammen med log-datasættet.

Datastrukturen for log-data er skitseret i Figur L1 samt relateret til feltsituationen og data. Oplysninger, som er generelle for datasættet, indberettes i Dataset-tabellen, mens generelle oplysninger specifikt for et log-datasæt indberettes i LogHea-tabellen. Oplysninger om hver enkelt logkurve og de enkelte datapunkter indberettes henholdsvis i LogCurve-tabellen og LogDat-tabellen.

I dokumentationen for PC GERDA-formatet er alle tabeller og felter beskrevet.

Refleksionsseismik

Refleksionsseismik er en metode, hvormed man kortlægger geologiske laggrænser i undergrunden. Metoden giver således detaljeret information om de enkelte lags geometri og struktur. Måleproceduren består i frembringelse af lydbølger på, eller umiddelbart under, jordoverfladen og efterfølgende registrering af de signaler, som først transmitteres ned gennem jorden og siden reflekteres og transmitteres tilbage til jordoverfladen. Refleksionerne genereres ved grænserne mellem lag med forskelle i lydhastighed og/eller densitet. Styrken af en refleksion fra en grænse mellem to lag bestemmes af refleksionskoefficienten for laggrænsen (R), som er en funktion af lydhastigheden (V) og densiteten (ρ) i de to lag (1) og (2):

R = (V2ρ2 – V1ρ1) / (V2ρ2 + V1ρ1)

Det er ikke udelukkende lithologiske ændringer, som giver anledning til reflekterende laggrænser. Ændringer i aflejringsforholdene kan betyde variationer i lydhastighed og densitet, hvilket giver anledning til refleksioner fra laggrænser mellem lag med samme lithologi. Typisk siger man, at refleksionsseismik afbilder stratigrafiske flader snarere end lithologiske grænser, forstået på den måde, at det er ophold i sedimentation og ændring af aflejringsforhold, der giver anledning til de variationer i hastighed og densitet, som medfører refleksioner. Man kan også sige, at laggrænserne repræsenterer hiati af større eller mindre tidslig udstrækning.

Styrken og tidsforsinkelsen af de reflekterede lydbølger registreres ved jordoverfladen med bevægelsesfølsomme geofoner, som placeres på en lang række. Lydbølgerne kan frembringes ved hjælp af f.eks. en sprængladning, en faldhammer eller en vibrator. Ved at foretage gentagne lydfrembringelser langs rækken af geofoner og registrere de reflekterede signaler kan man ved hjælp af databehandling synliggøre laggrænserne, så de fremstår tydeligt på det endelige seismiske profil. Længdeaksen på et seismisk profil er i meter, mens dybdeaksen er i tovejs rejsetid.

Refleksionsseismik anvendes i stor udstrækning til kortlægning i forbindelse med grundvandsundersøgelser. Metoden er særlig velegnet i forbindelse med problemstillinger, hvor der kræves en god strukturel opløsning, og anvendes blandt andet til kortlægning af udbredelsen af dybe tertiære grundvandsmagasiner i form af afgrænsede deltaaflejringer, begravede kvartære dale og forkastninger. En fordel ved metoden frem for mange andre geofysiske undersøgelsesmetoder er stor indtrængningsdybde kombineret med høj opløselighed. Således kan enheder helt ned til 10-20 meters tykkelse skelnes selv i flere hundrede meters dybde.

Datastruktur

Et seismik-datasæt svarer til mindst én processeret version af de seismiske data (en SEG-Y-fil) og en dertil hørende præsentationsfil i jpg-format (foretrukket) eller pdf-format. Som minimum skal der indberettes dén efterprocesserede stack, som vurderes at være optimal til kortlægningen – denne benævnes final stack. Der anmodes om, at der leveres en migreret stack (migrated stack), som er baseret på den indberettede final stack.

Af hensyn til kvalitetssikring samt eventuelle alternative fremstillinger af de stackede data leveres yderligere to stack-versioner, hvor nærmere specificerede processer er udeladt. Disse benævnes basal stack (basic stack) og ikke-efterprocesseret stack (full stack). Hvis der findes en dybdekonverteret stack (depth converted stack), bedes denne også leveret. Alle stackede seismiske data leveres som SEG-Y-filer med tilhørende præsentationsfiler i jpg-format eller i pdf-format. Et datasæt kan således bestå af op til 5 SEG-Y-filer svarende til 5 forskellige processeringer af de samme data. De stackede data skal leveres således, at CDP-positioner, terrænkoter, seismisk datum, overflademodellen for de statiske korrektioner samt eventuelle generelle tidsforskydninger er indlejret i de seismiske data.

De digitale stackede data ledsages af en beskrivende tekstfil, én StackInfo-fil. Denne indledes med en kopi af RawInfo-filen og efterfølges af en listning af væsentlige elementer i processeringen, samt oplysninger der er nødvendige for udnyttelsen af de digitale stack data. Herunder angives, hvilke informationer der er indlejret på angivne positioner i de seismiske SEG-Y-filer. Endelig skal StackInfo-filen indeholde oplysninger om projektion samt højdesystem. StackInfo-filen skal således indeholde alle faktuelle oplysninger, der er relevante for brugen af de digitale stackdata.

Hvis der findes lydhastighedsfil, bedes denne også leveret. Derudover er det muligt at indberette en processeringsrapport.

For yderligere specifikationer til levering af stackede seismiske data, se Vejledning til kravspecifikationerne for refleksionsseismiske data optaget i forbindelse med hydrologiske undersøgelser.

Et datasæt skal altid knyttes til en seismisk linje i GERDA. Et projekt kan indeholde mange seismiske linjer, hvilket skal forstås som de faktuelt opmålte linjer. En seismisk linje er kendetegnet ved at have et navn, en start- og en slutdato samt have tilknyttet nogle optageparametre og instrumenter (oprettes via indberetningssiden). Der kan godt knyttes flere SEG-Y-filer til samme linje, hvis disse repræsenterer forskellige processeringer eller forskellige segmenter af linjen. Det er p.t. ikke muligt at knytte SEG-Y-filer til flere seismiske linjer. I tilfælde, hvor dette måtte være aktuelt, anbefales det at knytte SEG-Y-filen til den første linje og så vha. notefeltet beskrive, hvilke andre linjer der har været anvendt ved processeringen.

Datastrukturen for seismiske data er skitseret i Figur Se1 samt relateret til feltsituationen og data. Oplysninger, som er generelle for datasættet, indberettes i Dataset-tabellen, mens generelle oplysninger specifikt for et seismisk profil inklusive oplysninger om final stack indberettes i SeiHea-tabellen. Oplysninger om de øvrige processeringer lagres i SeiStackFile-tabellen, og de enkelte CPD-punkter indberettes i  SeiCDPPosition-tabellen. Oplysninger om den seismiske linje indberettes i SeiLine-tabellen. Herunder indberettes instrumentoplysninger, optageparametre og rådatafiler i henholdsvis SeiLineInstrument-tabellen, SeiAcquiSet-tabellen og SeiRawdataFile-tabellen.

I dokumentationen for PC GERDA-formatet er alle tabeller og felter beskrevet.

1-dimensionelle tolkninger

Den én-dimensionale (1D) jordmodel anvendes til tolkning af geoelektriske sonderingsdata og TEM-sonderingsdata ved brug af invers modellering. Der antages, at jordlagene kan beskrives som horisontale planparallelle lag. En 'fålagsmodel' er normalt kendetegnet ved, at modellen består af få lag, hvor både lagresistivitet og lagtykkelse er frie parametre (Figur 1D1). En 'mangelagsmodel' består af mange lag med faste laggrænser, hvor det kun er lagresistiviteterne, der bestemmes; dog med begrænsninger for, hvor meget resistiviteten kan variere fra lag til lag. Inden for de senere år er det blevet almindeligt at tolke et profil af sonderingsdata (f.eks. PACES eller MEP) med 1D-modeller, hvor 1D-modellerne har bånd til nabomodellernes modelparametre, en såkaldt Lateral Constraint Inversion, LCI. Ligeledes tolkes SkyTEM-data enten med 1D-modellerne, har bånd til nabomodellernes modelparametre langs flyvelinjen (LCI) eller både langs flyvelinjen og naboflyvelinjer (SCI).

2-dimensionelle tolkninger

Den to-dimensionale jordmodel anvendes til tolkning af geoelektriske profildata, f.eks. MEP-data. Oftest anvendes tolkningsmetoder, hvor modellen opdeles i en række celler, og resistiviteten estimeres for hver celle, samtidig med at der stilles krav om, hvor meget resistiviteten må variere cellerne imellem (Figur 2D1).