Resistivity and Surface Wave Seismic Surveys in Geotechnical Site Investigations

Abstract: Popular Abstract in Swedish Anpassningen av geofysiska metoder till infrastrukturtillämpningar är en viktig del i utvecklingen av geoteknisk förundersökningsmetodik. Det som här benämns geotekniska förundersökningar hänvisar till alla undersökningar som görs före eller under konstruktion, alltså sådana som syftar till att stödja och förbättra en konceptuell geologisk modell så väl som sådana som syftar till att ta fram en modell av geotekniska designparametrar. I varje steg i förundersökningsprocessen tillhandahåller geofysiska metoder information som underlättar vid interpolering av geologiska, geotekniska och hydrogeologiska strukturer mellan punkter där detaljerade sonderingsundersökningar har utförts. Geofysiska metoder har potential att beskriva sektioner, ytor eller volymer. Detta är information som inte är lätt tillgänglig från någon annan undersökningsmetod. Gemensamt för nästan alla geofysiska metoder är behovet av inversmodellering av observerade data. Resultaten från inversmodellering kan tolkas direkt med avseende på de fysikaliska egenskaper de beskriver. DC-resistivitet och ytvågsseismik är två metoder som fungerar väl i geotekniska förundersökningar. Denna avhandling fokuserar på användandet av dessa två metoder och olika tillvägagångssätt för geofysisk inversmodellering samt diskuterar och belyser värdet av att tillämpa dessa tekniker, bl.a. genom fältstudier. - Den vanligast använda tekniken för inversion av profilerande resistivitetsdata, 2D-inversion med en cellindelad modell, är robust även för komplicerade geologiska miljöer. Denna teknik är dock oförmögen att skapa modeller med skarpa lagergränser vilket ibland gör resultaten svårtolkade. - 3D-inversion med cellindelad modell ger bättre resultat i geologiska miljöer med framträdande 3D strukturer. - En nyligen utvecklad metod för lateralt bunden inversion använder lagerindelade modeller. Utöver en slutlig modell över markens resistivitetsfördelning erhålls från inversionen också en uppskattning av modellparametrarnas osäkerheter. Detta förbättrar möjligheterna till tolkning av resultaten. - Lateralt bunden inversion av dispersionskurvor från profilerande ytvågsseismiska data resulterar i en skjuvvågshastighetsmodell. Metoden utvecklades inom ramarna för detta avhandlingsarbete. Denna metod stabiliserar inversionen av yvågsseismiska data vilket ger upphov till en förbättring av inversionsresultatet jämfört med separat inversion av enskilda dispersionskurvor. - Gemensamt kopplad inversion av olika datatyper är ett nytt koncept som här tillämpas för första gången för samtidig inversion av resistivitets- och ytvågsseismiska data. Metoden ger en förbättring av de resulterande modellerna jämfört med separat inversion av de två datatyperna och tillåter geogeometriska skillnader mellan resistivitets- och skjuvvågshastighetsmodellerna. - Genom att styra modellgeometrin med a priori-information mildras effekterna av problem med dolda eller undertryckta lager, icke-unika lösningar eller ekvivalens vid inversion av geofysiska data. Lateralt bunden inversion tillåter denna typ av a priori information i inversionen vilket leder till en förbättring av den slutliga geofysiska modellen. Dessa metoder är kostnadseffektiva, snabba och robusta verktyg för att beskriva geologiska enheter. Om de används som komplement till de traditionella geotekniska undersökningsmetoderna kan en förbättrad materialmodell erhållas vilket i sin tur leder till säkrare design och slutligen sannolikt till en reducerad konstruktionskostnad.