Применение атрибутного анализа для интерпретации георадиолокационных данных

Атрибутный анализ – это определение динамических параметров волновой картины с целью получения дополнительной информации о строении разреза, интересующей интерпретатора. Использование атрибутного анализа волнового поля достаточно успешно позволяет решать комплекс задач в нефтегазовой отрасли, структурной и инженерной сейсморазведке.

Поскольку георадиолокация относится к волновым методам, то данный инструмент может применяться и для обработки георадарных данных. Свойства волновых полей в сейсморазведке и георадиолокации во многом сходны, однако в кинематике и динамике есть отдельные различия. Существенно разнятся и виды решаемых задач методами сейсморазведки и георадиолокации. Этими особенностями и объясняется выбор атрибутов, применяемых в георадиолокации.

В результате георадиолокационного обследования протяженных участков искусственных покрытий автодорог, железных дорог, взлетно-посадочных полос, а также монолитно-бетонных конструкций на предмет выделения дефектов, трещин, возможных пустот в твердом искусственном покрытии, выделение зон ослабления, участков повышенной влажности и просадок в насыпных подстилающих грунтах, возникает необходимость поиска программных средств обработки, позволяющих повысить эффективность интерпретации полученных данных. Применение атрибутного анализа при интерпретации георадарных данных, полученных при обследовании различных инженерных сооружений, позволяет существенно облегчить выделение аномальных участков повышенной влажности, областей разуплотнения, пустот под бетонными покрытиями.

В блок атрибутного анализа могут входить следующие виды атрибутов:

• максимальное абсолютное значение амплитуды Amax;
• время, на котором определяется максимальное значение амплитуды Tmax;
• энергия сигнала ∑A(t)²Δτ, где Δ -интервал дискретизации;
• спектр Фурье для каждой трассы;
• площадь нормированного спектра Sn;
• средневзвешенная частота f_cb =∑A_if_i /∑A_i   (A_I-спектральная амплитуда);
• Q-фактор. (Значение Q-фактора может быть определено как отношение ширины спектра отраженного сигнала, определенного по уровню 0.7 от максимума, к центральной частоте спектра: Q=Δf /fmax;
• отношение площади нормированного спектра к средневзвешенной частоте;
• коэффициент корреляции между ансамблями соседних трасс.

Перечисленные атрибуты определяются внутри заданного интервала Δt, который привязан к пропикированной отражающей границе (рис. 1 а), либо определяются в скользящем окне Δt (рис. 1 б).

Рис. 1. Обработка георадарного профиля через озеро с помощью атрибута средневзвешенной частоты в скользящем окне (а) и график максимальной амплитуды отраженного сигнала от выделенной границы дна (б)

Предлагаемые атрибуты позволяют вести анализ амплитудных, частотных параметров, а также параметров, обусловленных поглощением электромагнитного поля во временной и частотной области. При практическом применении производится поиск дополнительных атрибутов. Важным аспектом для достоверного выполнения атрибутного анализа является применение минимального количества процедур обработки к исходной полевой радарограмме, что позволяет максимально сохранить истинные значения амплитуд и частот.

Подробное рассмотрение работы каждого атрибута и рассмотрено в настоящей статье.

Возможности атрибутного анализа

С помощью атрибутного анализа в георадиолокации могут быть решены самые разнообразные задачи, в частности, с помощью атрибутов, связанных с амплитудой отраженного сигнала, могут быть выделены аномалии типа «hot spot», которые могут иметь самые различные приложения. Например, на рисунке 2 приведено изображение георадарного профиля, выполненного по армированной бетонной плите.

Рис. 2. Георадарный профиль по ж\б плите и его изображение в виде атрибута максимальной амплитуды в скользящем окне

Анализируя данное изображение, можно сделать вывод о разной степени коррозии арматуры.

Во многих случаях атрибуты могут быть использованы для более наглядной визуализации георадарного изображения (рис.3). Это находит применение при использовании георадарных технологий изыскателями, строителями, археологами и т.п. На рисунке 3 приведен пример определения геометрических размеров фундаментной плиты, на которой стоит несущая колонна сооружения. Полученное изображение более наглядно представляется строителям, чем исходный георадарный профиль.

Рис.3. Георадарный профиль -1; его изображение с помощью атрибута максимальной амплитуды-2

При обследовании твердых искусственных покрытий с целью выделения нарушений, аномальных зон на границе твердого покрытия и грунтов основания методом георадиолокации применяется преимущественно площадная методика съемки по системе параллельных профилей. Большой объем полученных геофизических данных требует достаточно быстрого способа интерпретации отснятого материала и представление наглядного результата о состоянии обследованного объекта.

Например, применение атрибутного анализа для обработки георадарных данных, полученных при обследовании железобетонной фундаментной плиты, позволяет определить ослабленные зоны, где возможны пустоты на контакте бетонной плиты с грунтовым основанием (рис. 4). Под ослабленным контактом в данном случае понимается повышение амплитуды отражённого сигнала от подошвы бетонной плиты, которое может свидетельствовать о разуплотнении в грунтах основания под плитой.

Рис.4. Карта амплитуд отраженного электромагнитного сигнала от подошвы бетонной плиты

Площадное представление амплитуды отраженного сигнала от подошвы бетонной плиты позволяет наглядно представить пространственное распространение ослабленных зон на контакте фундаментной плиты с грунтами основания, где возможны пустоты под плитой, тогда как анализ отдельных георадарных профилей не дает полного представления о состоянии контакта фундаментной плиты с грунтами основания.

Интерпретация материалов георадарного профилирования в большей мере основана на анализе кинематики электромагнитного поля, динамические особенности анализируются, в основном, визуально. Таким образом, применение атрибутного анализа позволяет провести количественную оценку динамических особенностей поля, что уменьшает действие субъективного фактора при обработке данных.

Атрибутный анализ повышает качество интерпретации георадиолокационных данных, облегчает выделение трещиноватых зон в искусственных конструкциях, позволяет выделить участки повышенной влажности, области разуплотнения и возможные пустоты под твердым покрытием протяженных инженерных сооружений, а также наглядно представить результаты интерпретации, понятные для заказчика.

Атрибутов существует довольно много и удачное сочетание определенной серии атрибутов применительно к конкретной задаче позволяет эффективно повышать точность физического моделирования и, тем самым, детальность исследований.

Список литературы

1. Капустин В.В., Денисов Р.Р. Обработка георадарных данных в автоматическом режиме. // Геофизика, №4, 2010, с.76 - 80.

2. Капустин В.В., Кувалдин А.В. Применение комплекса геофизических методов при исследовании фундаментных плит // Технологии сейсморазведки. – 2015. - №1. – с. 99-105.

3. Старовойтов А.В. Интерпретация георадиолокационных данных. – М.: Изд-во МГУ, 2008. – 192 с.

4. Фоменко Н.Е., Гапонов Д.А., Капустин В.В., Попов В.В., Фоменко Л.Н. Возможности георадарного метода при обследовании подпорных стен и ограждающих конструкций. // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т.328. №3. С. 37-45.