The resistivity method has been used to image the electrical properties of the subsurface. Especially, this method has become suitable for monitoring since data could be rapidly and automatically acquired. In this study, we developed a time-lapse inversion algorithm for the interpretation of resistivity monitoring data. The developed inversion algorithm imposes a big penalty on the model parameter with small change, while a minimal penalty on the model parameter with large change compared to the reference model. Through the numerical experiments, we can ensure that the time-lapse inversion result shows more accurate and focused image where model parameters have changed. Also, applying the timelapse inversion method to the leakage detection of an embankment dam, we can confirm that there are three major leakage zones, but they have not changed over time.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.4
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pp.361-371
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2009
Resistivity tomography is very effective geophysical method to find out the resistivity distribution and its change in time around a tunnel. Thus, the resistivity tomogram can provide helpful information which is necessary for the effective maintenance of the tunnel. However, an air filled tunnel severely distorts tomography data, especially when the current or potential electrode is placed near the tunnel. Moreover, the distortion can often lead to misinterpretation of tomography monitoring data. To solve these problem, we developed a resistivity modeling and time-lapse inversion program which include a tunnel. In this study, using the developed program we assured that the inversion including a tunnel gives much more accurate image around a tunnel, compared with the conventional tomogram where the tunnel is not included. We also confirmed that the time-lapse inversion of resistivity monitoring data defines well resistivity changed areas around a tunnel in time.
Electric resistivity monitoring was applied to evaluate the soft ground in reclaimed land in order to figure out the applicability of physical prospecting. For this, electrical resistivity monitoring data were acquired for total three months and analyzed those data with independent inversion, time-lapse inversion, and 4D inversion methods. The result was compared for various inversion methods so as to figure out what showed the soft soil most properly. Moreover, drilling and CPT(Cone Penetration Test) data were also used in order to find out if each of those inversion methods could distinguish either bed rock or the soft soil clearly. And according to the result, time-lapse inversion showed less inversion artifacts than independent inversion, so it could indicate the soft soil better. If data gained for a longer period than three months are used, 4D inversion has been found to be a more efficient analysis method than the time-lapse inversion method. Electrical resistivity monitoring on the soft soil has been found to be a useful method that can analyze the spatio-temporal electric state of the ground serially.
Kim, Yeon-Jung;Cho, In-Ky;Yong, Hwan-Ho;Song, Sung-Ho
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.16
no.4
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pp.217-224
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2013
We developed a time-lapse inversion using new cross-model constraints based on change ratio and resolution of model parameters. The cross-model constraint based on change ratio imposes the same penalty on the model parameters with equal change ratio. This constraint can emphasize the model parameters with significant change regardless of their increase or decrease. The resolution cross-model constraint imposes a small penalty on the model parameters with poor resolution, but a large penalty on the model parameters with good resolution. Thus, the model parameter with poor resolution can be effectively identified in the inversion result if they are significantly changed with time. Through the numerical tests for 3D resistivity monitoring data sets, the performance of these two cross-model constraints was confirmed. Finally, for the safety estimation of a sea dyke, we applied the developed time-lapse inversion to the 3D resistivity monitoring data that were acquired at a sea dike located in western coastal area of Korea. The result of time-lapse inversion suggested that there were no significant changes at the sea dike during the monitoring period.
Land surface temperature (LST) is a key environmental variable in a wide range of applications, such as weather, climate, hydrology, and ecology. However, LST is one of the most difficult surface variables to observe regularly due to the strong spatio-temporal variations. So, we have developed the LST retrieval algorithm from COMS (Communication, Ocean and Meteorological Satellite) data through the radiative transfer simulations under various atmospheric profiles (TIGR data), satellite zenith angle (SZA), spectral emissivity, and surface lapse rate conditions using MODTRAN 4. However, the LST retrieval algorithm has a tendency to overestimate and underestimate the LST for surface inversion and superadiabatic conditions, respectively. To minimize the overestimation and underestimation of LST, we also developed day/night LST algorithms separately based on the surface lapse rate (local time) and recalculated the final LST by using the weighted sum of day/night LST. The analysis results showed that the quality of weighted LST of day/night algorithms is greatly improved compared to that of LST estimated by original algorithm regardless of the surface lapse rate, spectral emissivity difference (${\Delta}{\varepsilon}$) SZA, and atmospheric conditions. In general, the improvements are greatest when the surface lapse rate and ${\Delta}{\varepsilon}$ are negatively large (strong inversion conditions and less vegetated surface).
Dc resistivity monitoring has been increasingly used in order to understand the changes of subsurface conditions in terms of conductivity. The commonly adopted interpretation approach which separately inverts time-lapse data may generate inversion artifacts due to measurement error. Eventually the contaminated error amplifies the artifacts when reconstructing the difference images to quantitatively estimate the change of ground condition. In order to alleviate the problems, we defined the subsurface structure as four dimensional (4-D) space-time model and developed 4-D inversion algorithm which can calculate the reasonable subsurface structure continuously changing in time even when the material properties change during data measurements. In this paper, we discussed two case histories of resistivity monitoring to study the ground condition change when the properties of the subsurface material were artificially altered by injecting conductive materials into the ground: (1) dye tracer experiment to study the applicability of electrical resistivity tomography to monitoring of water movement in soil profile and (2) the evaluation of cement grouting performed to reinforce the ground. Through these two case histories, we demonstrated that the 4-D resistivity imaging technique is very powerful to precisely delineate the change of ground condition. Particularly owing to the 4-D inversion algorithm, we were able to reconstruct the history of the change of subsurface material property.
Time-lapse crosswell seismic data, recorded before and after the cavity filling, showed that the filling increased the velocity at a known cavity zone in an old mine site in Inchon area. The seismic response depicted on the tomogram and in conjunction with the geologic data from drillings imply that the size of the cavity may be either small or filled by debris. In this study, I attempted to evaluate the filling effect by analyzing velocity measured from the time-lapse tomograms. The data acquired by a downhole airgun and 24-channel hydrophone system revealed that there exists measurable amounts of source statics. I presented a methodology to estimate the source statics. The procedure for this method is: 1) examine the source firing-time for each source, and remove the effect of irregular firing time, and 2) estimate the residual statics caused by inaccurate source positioning. This proposed multi-step inversion may reduce high frequency numerical noise and enhance the resolution at the zone of interest. The multi-step inversion with different starting models successfully shows the subtle velocity changes at the small cavity zone. The inversion procedure is: 1) conduct an inversion using regular sized cells, and generate an image of gross velocity structure by applying a 2-D median filter on the resulting tomogram, and 2) construct the starting velocity model by modifying the final velocity model from the first phase. The model was modified so that the zone of interest consists of small-sized grids. The final velocity model developed from the baseline survey was as a starting velocity model on the monitor inversion. Since we expected a velocity change only in the cavity zone, in the monitor inversion, we can significantly reduce the number of model parameters by fixing the model out-side the cavity zone equal to the baseline model.
The resistivity monitoring is a practical method to resolve changes in resistivity of underground structures over time. With the advance of sophisticated automatic data acquisition system and rapid data communication technology, resistivity monitoring has been widely applied to understand spatio-temporal changes of subsurface. In this study, a new 4D inversion algorithm is developed, which can effectively emphasize significant changes of underground resistivity with time. To overcome the overly smoothing problem in 4D inversion, the Lagrangian multipliers in the space-domain and time-domain are determined automatically so that the proportion of the model constraints to the misfit roughness remains constant throughout entire inversion process. Furthermore, a focusing model constraint is added to emphasize significant spatio-temporal changes. The performance of the developed algorithm is demonstrated by the numerical experiments using the synthetic data set for a time-lapse model.
This work describes the installation and preliminary measurements of an electrical resistivity tomography (ERT) system to monitor the injection of recycled water into a confined aquifer in the area of Sindos (Thessaloniki N. Greece). The aim is to provide, through time-lapse ERT measurements and processing, geoelectrical images of rather increased volumetric sampling around and between the holes and to obtain improved understanding of the flow and transport of the injected water. The details about the general setting, the construction and installation of the ERT cables into the boreholes are explained in full. Preliminary measurements involving single and cross-hole ERT measurements were obtained and processed with a 2D inversion algorithm to produce images of the subsurface. Results depict a very good correlation between ERT images and the lithology and resistivity logs; an indication of the reliability of the approach.
Gravity method could be one of the most effective tool for evaluating the soundness of basement which is directly correlated with density and its variations. Moreover, Gravimeter is easy to handle and strong to electromagnetic noises. But, gravity anomaly due to the target structures in engineering and environmemtal applications are too small to detect, comparing to the external changes, such as, elevation, topography, and regional geological variations. Gravity method targeting these kinds of small anomaly sources with high precision usually called microgravity. Microgravimetry with precision and accuracy of few ${\mu}Gal$, can be achieved by the recent high-resolution gravimeter, careful field acquisition, and sophisticated processing, analysis, and interpretation routines. This paper describes the application of the microgravity, such as, density structure of a rock fill dam, detection of abandoned mine-shaft, detection and mapping of karstic cavities in limestone terrains, and time-lapse gravity for grout monitoring. The case studies show how the gravity anomalies detect the location of the targets and reveal the geologic structure by mapping density distributions and their variations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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