• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Les tècniques DInSAR en el camp de la geologia
 

Les tècniques DInSAR en el camp de la geologia

on

  • 350 views

Presentació realitzada a la jornada sobre l'estudi de subsidències mitjançant tècniques DInSAR (25/04/2013)

Presentació realitzada a la jornada sobre l'estudi de subsidències mitjançant tècniques DInSAR (25/04/2013)

Statistics

Views

Total Views
350
Views on SlideShare
350
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
0
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Les tècniques DInSAR en el camp de la geologia Les tècniques DInSAR en el camp de la geologia Presentation Transcript

    • Les tècniquesDInSAR en el campJordi Marturiàpde la geologia
    • Les tècniques DInSAR en eld l l icamp de la geologiaLa geologia és la ciència que té per objecte l’estudi de la composició, l’estructura, lamorfologia i l’edat de la Terra particularment de les seves parts accessibles omorfologia i l edat de la Terra, particularment de les seves parts accessibles opròximament accessibles a l’observació, i que elabora les hipòtesis que permeten dereconstruir-ne la història i l’evolució (IEC).La interferometria SAR es una tècnica deteledetecció emprada per a la monitoritzacióde deformacions del terreny.(DEM)MOVIMENTS DEL TERRENYRISCOS GEÒLOGICS
    • Moviments del terrenyMoviments del terrenyFont  http://www.terrafirma.eu.com/about_ground_motion.htm
    • 4Origen antròpicMoviments del terrenyConstrucció dinfraestructures  subterràniesOrigen antròpicMoviments del terrenyCo st ucc ó d aest uctu es subte à esExtracció de fluids o sòlidsInjecció de fluidsRebliments ...
    • Origen antròpicMoviments del terrenyConstrucció dinfraestructures  subterràniesOrigen antròpicMoviments del terrenyCo st ucc ó d aest uctu es subte à esExtracció de fluids o sòlidsInjecció de fluids ...Rebliments
    • Origen antròpicMoviments del terrenyConstrucció dinfraestructures  subterràniesOrigen antròpicMoviments del terrenyCo st ucc ó d aest uctu es subte à esExtracció de fluids o sòlidsInjecció de fluidsRebliments ...Krechba gas field at In Salah, Algeria. Thefigure highlights position of the productionand injection wells; (b)and injection wells; (b)InSAR data of range change evaluated byTeleRivelamento Europa (TRE); (c–e)three independent InSAR analyses ofKB502 double-lobe uplift: TRE, JGI, andMDA/Pinnacle respectivelyMDA/Pinnacle, respectivelyFont:  Antonio P. Rinaldi, ,Jonny RutqvistModeling of deep fracture zone opening and transient ground surface uplift at KB‐502 CO2 injection well, In Salah, AlgeriaInternational Journal of Greenhouse Gas Control Volume 12, January 2013, Pages 155–167
    • 7Origen naturalMoviments del terrenyGeodinàmica interna: deformacions de l’escorça associades a terratrèmols i vulcanismeOrigen naturalMoviments del terrenyGeodinàmica interna:  deformacions de l escorça associades a terratrèmols i vulcanismeGeodinàmica externa:
    • 8Despreniments i bolcadesDesprenimentDespreniments i bolcadesUn despreniment és la caiguda d’una roca o sòl, principalment per efecte de la gravetat, a favor de determinades discontinuïtats. Aquests fenòmens es consideren tant en vessants naturals com en talussos d’origen antròpic. ZONA DE SORTIDAZONA DE TRAJECTE I ARRIBADADescomposició de la massa rocosa inicialBolcadaDespreniment de la Clua, full de Vilanova de MeiàFragmentació dels blocsExtret de Copons, 2009Bolcada, full de Vilanova de Meià
    • 9Esllavissadesll i d é i i d òlEsllavissadesUna esllavissada és un moviment massiu de sòl ode roques, en un vessant o en un desmunt, perl’acció de la gravetat. Sovint s’utilitza com a termegenèric per a referir‐se a una varietat deEsllavissada de Puigcercós, full de Vilamitjana g pmecanismes com ara els despreniments, lesbolcades, els lliscaments, els fluxos o colades i elsmoviments complexos.g jEsllavissada de Puigcercós, full de Vilamitjana
    • 10EsfondramentsEsfondramentsL’esfondrament és el moviment vertical d’una massa rocosa de dimensions variables que baixamassa rocosa, de dimensions variables, que baixa respecte el seu nivell anterior o al de les masses circumdants. Els esfondraments van sovint lligats a l’existència o formació de cavitats subterrànies. Subsidència quan la velocitat del fenomen es lenta.Col∙lapse quan la velocitat del fenomen es ràpidaBòfia, Súria Col lapse quan la velocitat del fenomen es ràpida
    • Origen naturalMoviments del terrenyGeodinàmica interna:Origen naturalMoviments del terreny
    • Moviments del terrenyMoviments del terrenyCumulative (a) vertical and (b) east–west deformation maps retrieved by applying the SBAS‐InSAR technique to an ERS‐Envisat Synthetic Aperture Radar (SAR) dataset relevant to the 1992‐2006 time interval, with superimposed main fault systems (black lines) and the anticline structure (A) at the base of Mt Etna; the results are spatially referenced to the highlighted pixel located in the town of Catania (black box in the lower right corner ofFont:  http://gdsc.nlr.nl/gdsc/en/news/years_satellite_data_over_mt_etnabase of Mt. Etna; the results are spatially referenced to the highlighted pixel located in the town of Catania (black box in the lower right corner of Figure (a)). 
    • Aplicabilitat Factors condicionantsAplicabilitatCaracterístiques a considerar aplicabilitat de la tècnicaFactors condicionantsFont: Tomas et al. (2013) Radar interferometry techniques for the study of ground subsidence phenomena: a review of practical issues through cases in Spain. Environmental Earth Sciences. bé d l ió l’ l d’i idè iTambé considerar: la extensió i l’angle d’incidència
    • AplicabilitatLús dimatges satèl·lits SAR permet monitoritzar gairebé qualsevol regió del món, però no permet el controldel temps adquisicions.AplicabilitatAlternativa:- Sensor Aerotransportat.. Aquest sol ser més car, però ofereix la avantatges de proporcionar una majorresolució espacial i la capacitat per controlar el temps de les dades adquisicionsp p p p q- GB- SAR Terrestre: monitorització de fenòmens locals a alta resolució
    • LimitacionsAplicabilitatDecorrelació temporalLimitacionsAplicabilitatÉs el factor limitant més important per laplicació de InSAR . Es produeix per canvis en la reflectivitat delterreny entre les adquisicions de les imatges. Depèn de la banda utilitzada i dels temps de revisió:Els canvis són generalment a causa de :Modificació de la morfologia del terreny.La presencia de cobertura vegetal: la penetració depèn de la banda utilitzada ( banda L millor C)MOVIMENTS QUE ALTERIN SUBSTANCIALMENT EL TERRENYLa variació en la humitat de la vegetació / sol .MAJOR DENSITAT DE VEGETACIO MAJOR PERDUACLIMATOLOGIA HUMIDA/VARIADA DIFICULTA LA CORRELACIO TEMPORALALTERNATIVESIdentificació de blancs estables en el temps com afloraments rocosos, edificacions,infraestructures o reflectors artificials.
    • Limitacions en moviments deAplicabilitatLús dInSAR per mesurar moviments de vessants no és tan comú com amb d’altres aplicacions (deformacióde lescorça, esfondraments ...).Hi ha limitacions que saccentuen al aplicar-ho a moviments de vessants pervessantAplicabilitatç ) q p pqüestió de la orientació del sensor.SAR direcció dobservació per orbites polars: direcció dobservació és generalment Est/Oest.‐ SAR sensibles a moviments en  vessants orientats a lest o a loest.‐ Insensible als moviments en  direcció nord o sud‐ Insensible al moviments si direcció dobservació SAR es contrapendent. Aquest efecte empitjora quan la inclinació del pendent és igual a langle dincidència SAR. ‐ En general zones amb gran relleus presenten problemes de ombrejat, layover i foreshooting (afecten a la resolució )
    • Aplicabilitat IntegracióI t ió d l DI SAR l i ti ió lò iAplicabilitat IntegracióIntegració del DInSAR en la investigació geològica• Caracterització del fenomen:• ajuda a definir límits de làrea afectada• Mesurant la deformació superficial: magnitud, velocitat, variabilitat espacial itemporal• Integració amb d’altres tècniques de mesura: permet validar i contrastar resultats• Integració amb informació geològica, hidrogeologia i geotècnia: identificació de l’origen icomportament determinació dels mecanismes de desencadenament i evolutius.• Modelització: integració en models numèrics per establir l’evolució i perillositat delfenomen• Proposar e implementar mesures mitigadores si s’escau• Monitorització de les mesures establertes
    • Aplicabilitat IntegracióAplicabilitat Integració
    • Criteris selecció tècniques monitoratgeAplicabilitat Criteris selecció tècniques monitoratgeAplicabilitat1. el cost, en general el condicionat més rellevant2. la precisió i resolució requerida3 Distribució i freqüència de mesura (adquisicions)3. Distribució i freqüència de mesura (adquisicions)4. cobertura del sòl (afloraments rocosos, boscos, zones urbanes, etc), i condicionsmeteorològiques;5. la flexibilitat del mètode, en relació amb la possibilitat de la selecció de lhora i elll d l t d i i ió l di ibilit t d l d d (l f ilit t d élloc del mesurament adquisició, la disponibilitat de les dades (la facilitat daccés aladades), així com el temps dadquisició (el temps requerit per realitzar unacampanya de mesura).6. geometria i la cinemàtica del fenomen
    • Criteris selecció tècniques monitoratgeAplicabilitat Criteris selecció tècniques monitoratgeAplicabilitatTécnicas estudio movimientos del terrenoFont: Tomas et al. (2013) Radar interferometry techniques for the study of ground subsidence phenomena: a review of practical issues through cases in Spain. Environmental Earth Sciences. 
    • AplicabilitatAplicabilitatComparativa costos tècniquesTaula a. Freqüència de mesuraTaula b Punts per km2Comparativa costos tècniquesTaula b. Punts per km2Taula c. Cost anual per puntTaula d. Cost anual comparat respecte InSAR ERS-ENVISATTaula e. Cost anual per km2 respecte InSAR ERS-ENVISATTaula f. Cost anual per punt respecte InSAR ERS-ENVISATConsiderem TSX, ERS_ENVISAT, Anivellaciótopogràfica i campanyes GPStopogràfica i campanyes GPS.• TSX menor cost per punt• TSX mes densitat per km2• ERS-ENVISAT mes barat per Km2Font: Tomas et al. (2013) Radar interferometry techniques for the study of ground subsidence phenomena: a review of practical issues through cases in Spain. Environmental Earth Sciences. 
    • ConclusionsConclusionsTrets principals:• Alta precisió mesurant deformacions verticals• Període relativament curt de revisió• Gran extensió territorial per imatge• Operativitat dia/nit i condicions adversesOperativitat dia/nit i condicions adverses• Revisió de dades històriques des de l’any 1992• Pèrdua de coherència entre imatges per decorrelacio temporal (principalment per vegetaciói/o agricultura)• Artefactes atmosfèrics provoquen problemes en estimació deformacióArtefactes atmosfèrics provoquen problemes en estimació deformació• Limitacions en el mesurament de deformacions horitzontals• Integrable amb d’altres tècniquesAvantatges respecta d’altres tècniques per mesurar deformacions del terrenyAvantatges respecta d altres tècniques per mesurar deformacions del terreny1. Alta freqüència dadquisició de dades i gran cobertura espacial2. Baix cost anual per punt mesurat i per km23. Elevada resposta en zones urbanesp4. Revisió històrica
    • 25Deformacions del terreny per causessísmiquessísmiquesCas d’estudi: Terratrèmol de Lorca
    • 26R d M i t R d CTerratrèmol de Lorca 11/05/2011GPSRed MeristemumLORCRed Cuateneo: ESPU, TERC, MELL, PURI, GANU, MONTFalla Alhama-MurciaMagnitud 5.11 km de profunditat9 morts + 300 ferits80 % edificacions afectats
    • 27DInSAR (ICC)TerraSAR-X25/07/2008-14/05/20111 cicle=1.55 cmMoviment sobre LOSEPICENTRE3 anys separació de las y pimatges en el temps (¿Quin percentatge Tot el moviment és cosísmic?
    • 28Model numéric (IGC)Orientació del plade ruptura i vectorde movimentStrike Dip Rakede moviment245 65 58Dimensions del plade rupturade rupturaSlip (cm) L (km) W (km)p ( ) ( ) ( )15 4 2Valors mitjans (Wells & Coppersmith, 1994)
    • 29DInSAR (2008‐2011)+Model numéricModel numéric (IGC)Desplaçament verticalDesplaçament verticalsuperficialEPICENTRETécnicaMáx. depl. vertical bloque N (mm)Máx. depl. vertical bloque S (mm)Tasa despl.vertical (mm / año)DInSAR(2008‐2011) (este estudio)+ 30 ‐180 ‐ 64.2Modelo numérico(este estudio)+ 40 ‐ 10 ‐* Mesures realitzades abans delterretremol de Lorca (11/05/2011)DInSAR (1992‐2011)(González y Fernández, 2011)‐ ‐ ‐ 100 *
    • 30ConclusionsConclusions-La tècnica DinSAR representa una eina d’us ràpid i cost baix que permet avaluar elsmoviments del terreny en grans extensionsmoviments del terreny en grans extensions-Lexistència de xarxes de monitoreig GPS permeten una caracterització detallada iprecisa dels moviments del terreny.-L’estudi multidisciplinar combina tècniques geodèsiques de monitoreig amb modelsnumèrics de ruptura que permeten avaluar i verificar els moviments cosísmics eidentificar i separar-los d’altres possibles fenòmens que generen moviments verticals delidentificar i separar los d altres possibles fenòmens que generen moviments verticals delterreny-En el caso de Lorca, es va poder separar la component de moviments cosísmics( bt t ) d l i t b idè i l bl d d l f ll ( t t i fi i t t(sobtats) dels ocasionats per subsidència en el bloc sud de la falla (constants i fins i totmes grans que els cosísmics)
    • Subsidència‐Extracció minera 31Deformació per cavitats mineresDeformació per cavitats mineres-càrstiquesen zones urbanesen zones urbanesCas d’estudi: Sallent, barri L’Estació
    • 32Subsidència‐Extracció mineraLes sals potàssiques han estat i son objete deLes sals potàssiques han estat i son objete deimportant actividad minera.LesLes extraccions s’han concentrat en l’entorn de lespoblacions de Sallent, Balsareny, Súria y Cardona.
    • Subsidència‐Extracció minera 33• Explotació “Mina Enrique” 1932 – 1974 (260 m. profunditat)• Avingudes d’aigua dins de la mina des de 1934.• Es localiza una gran cavitat (1954).• Continuen les aportacions d’aigua.• Es decideix tancament de la mina.• Rebliment de la mina (1976-1977).( )
    • ESTUDI SALLENTContempla :• Caracterització geològica del subsòl: geologia / geofísica•Auscultació: Mesura i control dels movimients•Caracterització geotècnica del subsòl• Modelització Geomecànica: moviment previsible del terreny
    • Subsidència‐Extracció minera 35AUSCULTACIÓ DEL TERRENYAUSCULTACIÓ DEL TERRENY Xarxes d’anivellació de precisióBarris de l’Estació i RampinyaSectors de Rucaus, ZonaEsportiva, riera de Cornet, lesGranges y Puigbò
    • Subsidència‐Extracció minera 36AUSCULTACIÓ DEL TERRENY ExtensometríaInstalació de 20 extensómetresa profunditats entre 40 m y 230 ma profunditats entre 40 m y 230 m
    • Subsidència‐Extracció minera 37AUSCULTACIÓ DEL TERRENY GB‐SAR i DInSAR
    • Subsidència‐Extracció minera 38ESTUDI GEOLÓGICCartografía geológica 1/5000Di t ib ió d lDistribució de lasUnitats y Estructures Geológiques
    • Subsidència‐Extracció minera 39
    • Subsidència‐Extracció minera 40
    • ConclusionsConclusions-La tècnica DinSAR ha permès delimitar la zona de deformació mes enllà de les xarxesde control clàssiquesde control clàssiques.-El catàleg imatges històriques ERS-ENVISAT (des del 1992 ) ha permès identificarlexistència de deformacions prèvias a la implementació de la xarxa de danivellació(1997).-S’ha pogut constatar una bona correlació entre les mesures obtingudes per lestècniques DInSAR i GBSAR i xarxes d’anivellació d’alta precisiótècniques DInSAR i GBSAR. i xarxes d anivellació d alta precisió-La combinació del coneixement geològic del subsòl i les mesures de deformació enmodels numèrics permeten avaluar possibles escenaris evolutius del fenomen quel i t ti l d l tgeneren els moviments verticals del terreny
    • Subsidència‐Extracció minera 42Deformació per extracció d’aiguaen zones urbanesen zones urbanesCas d’estudi: Sant Feliu del Llobregat
    • Subsidència‐Extracció d’aigua 44Correlació de perfilsERT amb sondejosERT amb sondejosgeotècnics i tallsgeològics a la zonade màximadeformació:TRAM I, Argiles illims;TRAM II: Sorres Igraves amb matriullimosa gravels;TRAM IIIMost intense subsidence(0.7-0.44 cm/any)Subsidence (0.44-0.27cm/any)TRAM III: gravescementades
    • 45CorrelaciódeformacióDInSAR ievolucióevoluciópiezometrica5.0014.00Comparació Deformació Punt ID10228 vs. Piezomètre Estrella 6Corbes isovalors piezomètrics del aqüífer1 002.003.004.006.008.0010.0012.00on(cm)head(msnm)Corbes isovalors piezomètrics del aqüífersuperior del Llobregat (msnm) a la zonade màxima subsidència-2.00-1.000.001.00-2.000.002.004.00DeformatiWaterCorrelació temporal entre valorspiezomètrics al piezometre Estrella 6 i elpunt de deformació DInSAR més proper-3.00-4.00DatesWater level Ground movement
    • Subsidència‐Extracció d’aigua 46Anàlisi 1D. Consolidació de la columna litològica .Aquest anàlisi considera 10 etapes de decrement del nivell piezomètric per a calcular los canvis diferencials deq p p pgruix de la capa d’argiles.La deformació en superfície considera els canvi en gruix i es comparada amb la deformació mesurada en elpunt més proper al piezòmetre considerat (piezòmetre Estrella 6).12,0014,0019,5419,55Comparison Deformation Point ID 10228 vs. Piezometer Estrella 6DinSARM d l6,008,0010,0019,5219,53tion (masl)ment (cm)ModelWater table2,004,006,0019,519,51Water table elevatVertical displacem‐2,000,0019,4819,49‐4,0019,4720/07/1995 01/12/1996 15/04/1998 28/08/1999 09/01/2001 24/05/2002 06/10/2003 17/02/2005 02/07/2006Date (dd/mm/yyyy)
    • Subsidència‐Extracció d’aigua 47Analisi 2D. Model acoplat flux d’aigua-deformació‐0.100.000 200 400 600 800 1000 1200coord X (m) (tall geologic simplificat per model numeric)punts DinSARLinconl KDDallant‐0.50‐0.40‐0.30‐0.20Subsidencia (cm/any)ENHERIpsen‐Pou ParkingParkingClarisSanchezG9h1= ‐5 m h = ‐8 m‐0.70‐0.60G9EndesaDist.NW SE1060 mClay 20 mSandy‐Silty gravel 30 m1 h1= ‐8 m
    • 48Linconl KD DallantENHER Ipsen‐Pou ParkingClarisSanchezG9EndesaDist.0.0300 200 400 600 800 1000punts DinSAR 6 days 15 days (turn off pumping) 1 month model‐0.09‐0.06‐0‐0.15‐0.126 dies15 dies (parada de bombament)30 d30 days.
    • 49Deformaciones co‐sísmicas: SAR/GPSConclusionsConclusions-La tècnica DinSAR ha permès identificar noves àrees amb deformacions del terreny enzones urbanes/industrials provocades per lextracció d’aiguazones urbanes/industrials provocades per l extracció d aigua.-La xarxa de control establerta ha permès validar els resultats obtinguts-Lanàlisi de levolució dels nivells piezomètrics ha permès corroborar la hipòtesis delextracció d’aigua com a causa principal de les deformacions del terreny.L li ió d’ d l 1D h è t bli l i d lid ió d l t-Laplicació d’un model 1D ha permès establir el mecanisme de consolidació del terrenyper extracció d’aigua .- Laplicació d’un model 2D acoblat geològic-hidrogeòogic ha permès modelar la zona dep g g g g pmàxima deformació estimant els cabals extrets.
    • Moltes gràcies !