Τηλεπισκόπηση στο Θαλάσσιο Περιβάλλον Ενότητα 4: Τομογράφος Υποδομής Πυθμένα – Εισαγωγή Γιώργος Παπαθεοδώρου Σχολή Θετικών Επιστημών Tμήμα Γεωλογίας

2 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα CC BY-NC-ND 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Σύμφωνα με αυτήν την άδεια ο δικαιούχος σας δίνει το δικαίωμα να: Μοιραστείτε — αντιγράψετε και αναδιανέμετε το υλικό Υπό τους ακόλουθους όρους: Αναφορά Δημιουργού — Θα πρέπει να καταχωρίσετε αναφορά στο δημιουργό, με σύνδεσμο της άδειας Μη εμπορική χρήση — Δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το υλικό για εμπορικούς σκοπούς Μη παράγωγα έργα — Μπορείτε να αναδιανείμετε το υλικό ως έχει, χωρίς να προβείτε σε αλλαγές (ανάμιξη, τροποποίηση)

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

ΣΚΟΠΟΙ ΕΝΟΤΗΤΑΣ Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του Τομογράφου Υποδομής Πυθμένα. Παρουσίαση των βασικών αρχών λειτουργίας του. Παρουσίαση των τομογράφων όλων των διαφορετικών συχνοτήτων. 4

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑΣ Τι είναι ο Τομογράφος Υποδομής Πυθμένα (ΤΥΠ) Βασικές αρχές λειτουργίας του Τομογράφου Υποδομής Πυθμένα Είδη Τομογράφου Υποδομής Πυθμένα 5 ΤΥΠ chirp

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΕΝΑΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΣ ΥΠΟΔΟΜΗΣ ΠΥΘΜΕΝΑ ? Μεγαλόπολη, 16/10/2014 άσκηση υπαίθρου 4 ου έτους Τομογραφία Πατραϊκού Kόλπου

Χαμηλότερες συχνότητες από αυτές του απλού βυθομέτρου Φωτό Β. Μεντόγιαννης

ΣΤΟΙΧΕΙΟΘΕΤΗΣΗ ΤΗΣ ΗΧΗΤΙΚΗΣ Ή ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑΣ Πυθμένας Επιφάνεια ανάκλασης 1 Επιφάνεια ανάκλασης 2 ΠομπόςΔέκτης Π Κάθε επιφάνεια η οποία έχει διαφορετική πυκνότητα από το προηγούμενο μέσο διάδοσης ανακλά και ένα διαφορετικό ακουστικό σινιάλο.

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ SNELL Υδάτινη στήλη Πυθμένας 9 C1C1 C2C2 απαπ α α π = α α αδαδ sin α π sin α δ C1C1 C2C2 = Είναι μια μαθηματική σχέση που περιγράφει την σχέση της γωνίας πρόσπτωσης με την γωνία διάθλασης του φωτός σε μια διαχωριστική επιφάνεια δύο οπτικών μέσων (π.χ. από αέρα-κενό σε νερό)

Z1Z1 Z2Z2 Z = ακουστική αγωγιμότητα Z=pc p = πυκνότητα μέσου (kgr/m 3 ) c = ταχύτητα ηχητικού κύματος (m/s) Συντελεστής ανάκλασης R = (E ανακλ /Ε προσπτ ) 1/2 =(Z 2 -Z 1 ) / (Z 2 +Z 1 ) Συντελεστής ανάκλασης 1 Συντελεστής ανάκλασης 2 ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ (Z)

ΜέσοΑκουστική αγωγιμότητα Αέρας425 Θαλάσσια Υδάτινη Στήλη1.54 x 10 6 Άργιλος5.3 x 10 6 Άμμος5.5 x 10 6 Ψαμμίτης7.7 x 10 6 Γρανίτης16 x 10 6 Αέρας, c, p, Z Υδάτινη στήλη c 0, p 0, Z 0 R= ( x10 6 ) / ( x10 6 ) ≈ 1.0 Η επιφάνεια της θάλασσας: η απόλυτη ανακλαστική επιφάνεια Υδάτινη στήλη c 0, p 0, Z 0 Πυθμένας (άμμος) c, p, Z Η επιφάνεια του πυθμένα: Ισχυρή ανακλαστική επιφάνεια R= (5.5x x10 6 ) / (5.5x x10 6 )=0.56 ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ (Z) 2

Ακουστική αγωγιμότητα Υ.Σ Πυθμένας Υδάτινη στήλη - γρανίτηςR=0.7 Υδάτινη στήλη - ασβεστόλιθοςR=0.5 Υδάτινη στήλη - άμμοςR= Υδάτινη στήλη - πηλός/άργιλοςR= Υδάτινη στήλη - ιλύςR= Στρώματα πυθμένα Ιλύς – πηλός/άργιλοςR=0.1 Πηλός/άργιλος - άμμοςR=0.1 Άμμος - ασβεστόλιθοςR=0.2 Άργιλος - ασβεστόλιθοςR=0.3 Άμμος - γρανίτηςR= ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ (Z) 3

13 Στρώμα Εκπομπή ηχητικού παλμού Στρώμα ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ (Z) 4

ΚΑΤΟΠΤΡΙΚΗ ΑΝΑΚΛΑΣΗ Ή ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΔΙΑΧΥΣΗΣ (ΟΠΙΣΘΟΣΚΕΔΑΣΗ - BACKSCATTER) 14 Όταν η ηχητική δέσμη προσπίπτει σε μια επιφάνεια με ιδιαίτερη τραχύτητα ανακλάται διαχέοντας προς πολλαπλές διευθύνσεις.

Διακριτική ικανότητα είναι η ικανότητα του οργάνου να καταγράψει και να ξεχωρίσει 2 αντικείμενα ως μοναδικά και εξαρτάται από την ελάχιστη απόσταση μεταξύ των 15 ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ & ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ ΔΙΕΙΣΔΥΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ 15 Pinger Chirp Boomer- Sparker Airgun Υδρόφωνα Ικανότητα διείσδυσης είναι η δυνατότητα του ήχου να διεισδύει στα υποκείμενα στρώματα

ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ – ΚΡΙΤΗΡΙΟ RAYLEIGH Rv = λ/2 ή λ/4 16 Κριτήριο RAYLEIGH : Δύο παραστάσεις είναι διακριτές όταν το κέντρο της µίας είναι τουλάχιστον στην απόσταση του πρώτου ελαχίστου της άλλης.

ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ – ΖΩΝΗ FRESNEL (z + λ/4) 2 = z 2 + R 2 για z >> λ, (L=λ) R = (λz/2) 1/2 Επίσης z = Vt/2 και λ = V/f, και συνεπώς R = V/2(t/f) 1/2 17 Η ζώνη Fresnel είναι μια ελλειπτική περιοχή που περιβάλλει τη νοητή ευθεία της οπτικής επαφής του πομπού με το δέκτη. Η διάμετρος αυτής της περιοχής εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ πομπού & δέκτη.

ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ – ΔΙΕΙΣΔΥΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΧΑΜΗΛΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ ΥΨΗΛΕΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΕΣ Εικ.6 Διεισδυτική Ικανότητα & Συχνότητες

19 ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ – ΔΙΕΙΣΔΥΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ 10

Χαμηλή διακριτική – Μεγάλη διεισδυτική (Airgun – Κορινθιακός κόλπος) Υψηλή διακριτική – Περιορισμένη διεισδυτική 3.5 kHz Pinger, Κορινθιακός κόλπος 20

21

ΔΙΕΙΣΔΥΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ 22 Pinger Chirp Boomer- Sparker Airgun Υδρόφωνα ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ – ΔΙΕΙΣΔΥΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ 2

ΣΧΕΣΗ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ – ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ - ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ Stoker et al. (1997) Airguns R > 50m R =5-10m R=0.25-1m Συχνότητα (Hz) Βάθος Διείσδυσης (m) Pinger Boomer Chirp Sparker R =20-50m R =Διακριτική Ικανότητα

Τύπος Τομογράφου ΣυχνότηταΑκουστική πηγή – πομπός ΔέκτηςΔιακριτική ικανότητα Βάθος διείσδυσης Προσαρμογή στο σκάφος ΑirgunΠιστόνι αέραΥδρόφωνα Συρόμενο Sparker50Hz - 4 kHz Hλεκτρικοί σπινθήρες στο νερό Υδρόφωνα > 2 m500 mΣυρόμενο Chirp1-10kHz Πομποδέκτης εύρους συχνοτήτων (1-10kHz) Πομποδέκτης ~0.05 m< 100 mΣταθεράς έδρασης ή συρώμενο Boomer300 Hz έως 3 kHz Boomer plateΥδρόφωνα0.5 έως 2 m< 200 mΣυρώμενο Pinger Μεταξύ 2-12 kHz (κυρίως 3.5kHz) Πιεζο - πομποδέκτης 0.2 m mΣταθεράς έδρασης ή συρώμενο ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΥΠΩΝ ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΥ ΥΠΟΔΟΜΗΣ ΠΥΘΜΕΝΑ 24

3.5 kHz Pinger ΤΟΜΟΓΡΑΦΟΣ ΥΠΟΔΟΜΗΣ ΠΥΘΜΕΝΑ 25 Εικ. 7 ΤΥΠ 3.5 kHz Pinger & καταγραφική μονάδα

26 Τομογράφος Υποδομής Πυθμένα Καταγραφική μονάδα Τομογράφου Υποδομής Πυθμένα Φωτό Β. Μεντόγιαννης

3.5 kHz Τομογραφία Pinger Μεταξύ 2-12 kHz (κυρίως 3.5kHz) Πιεζο - πομποδέκτης Δ.Ι =0.2 mΔιείσδυση: m Σταθεράς έδρασης ή συρώμενο 27

3.5 kHz ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ Πυθμένας 28 Κρατήρας Διαφυγής Ρευστών Σεισμοκονιασμένη Ζώνη Θύλακας αερίων

SPARKER (SIG Sparker System 2000AB) Τομογράφος Υποδομής Πυθμένα Ηλεκτρόδια 29

SPARKER (SIG Sparker System 2000AB) Τομογράφος Υποδομής Πυθμένα Εικ. 8 Οι μονάδες παραγωγής ενέργειας SIG 2000A και 2000B. Tο ενεργειακό καλώδιο και η διάταξη ηλεκτροδίων, το καλώδιο με τη συστοιχία υδροφώνων.

Sparker Τομογραφία Sparker50Hz - 4 kHz Hλεκτρικοί σπινθήρες στο νερό ΥδρόφωναΔ.Ι> 2 mΔιείσδυση> 500 m Συρόμενο

Boomer Τομογράφος Υποδομής Πυθμένα

Boomer300 Hz έως 3 kHz Boomer plate ΥδρόφωναΔ.Ι= 0.5 έως 2 m Διείσδυση < 200 m Συρώμενο 33

Boomer300 Hz έως 3 kHz Boomer plateΥδρόφωνα0.5 έως 2 m< 200 mΣυρώμενο 34

Airgun Τομογράφος Υποδομής Πυθμένα 35

36 Εικ. 7 Τομογραφία Airgun

Chirp Τομογράφος Υποδομής Πυθμένα 37 Εικ. 9 ΤΥΠ chirp & μονάδα καταγραφής

Chirp1-10kHz Πομποδέκτης εύρους συχνοτήτων (1-10kHz) ΠομποδέκτηςΔ.Ι~0.05 mΔιείσδυση < 100 m Σταθεράς έδρασης ή συρώμενο 38

39 Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Γεωλογίας, Γιώργος Παπαθεοδώρου. «Τηλεπισκόπηση στο Θαλάσσιο Περιβάλλον». Έκδοση: 1.0. Πάτρα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

40 Αναφορές Τα σχήματα και οι πίνακες (χωρίς αναφορές) έχουν δημιουργηθεί από τους διδάσκοντες του μαθήματος, την ερευνητική ομάδα του Εργαστηρίου Θαλάσσιας Γεωλογίας και Φυσικής Ωκεανογραφίας, Τμ. Γεωλογίας, Παν. Πατρών και την Τμηματική Ομάδα Εργασίας και διατίθενται με την άδεια CC BYNC-ΝD 4.0. Όλες οι φωτογραφίες (χωρίς αναφορές) της παρουσίασης προέρχονται από προσωπικό αρχείο του διδάσκοντα και του Εργαστηρίου Θαλάσσιας Γεωλογίας και Φυσικής Ωκεανογραφίας, Τμ. Γεωλογίας, Παν. Πατρών και διατίθενται με την άδεια CC BY-NC-ΝD 4.0.