ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| RADAR GEOMORPHOLOGY | GEO/04 | LEZIONI | 54 |
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Lo studente che completa il corso avrà una conoscenza dei principi di base teorici Ground Penetrating Radar (GPR), del processing dei dati, e delle applicazioni del GPR allo stdio dei principali contesti geomorfologici. Lo studente avrà acquisito le capacità di pianificare un rilevamento GPR, elaborare i dati e fornire interpretazioni coerenti con i contesti geomorfologici studiati.
The student who successfully completes the course will have the knowledge of the principles of Ground Penetrating Radar (GPR) theory, of the data processing techniques, and of the GPR applications in the main geomorphological settings. The student will have the ability to plan a GPR survey, process GPR data and supply interpretations consistent with the geomorphological contexts.
Lo studente dovrà dimostrare la capacità di discutere i principali argomenti del corso (teoria del GPR, progettazione di un indagine ed applicazione a contesti geomorfologici) usando una terminologia appropriata. Lo studente dovrà dimostrare la capacità di elaborare ed interpretare i dati GPR discutendo un report basato su attività di campagna/laboratorio.
Metodi di verifica:
The student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss the main course contents (GPR theory, survey planning and applications to geomorphology issues) using the appropriate terminology. The student must demonstrate the ability in the GPR data processing and interpretation discussing a report based on the field/laboratory activities.
Methods:
Gli skill appresi permetteranno allo studente di entrare nel mondo del lavoro guidando attivitò progettuali di acquisizione, elaborazione ed interpretazione di dati GPR con lo scopo di ricostruire le condizioni prossime alla superficie nell'ambito di problemi di natura geomorfologica, geologica, ambientale e di ingegneria civile
The skills learnt allow the student to enter the labour market leadering projects of GPR data capture, processing and interpetation aimed at reconstructing the near surface condtion in geomorphological, geological, environmental and civil engineering issues.
Conoscenze di base di Geomorfologia sarebbero necessarie. Eventuale lacune in questo senso saranno colmate da specifiche lezioni riassuntive.
Basic geomorphological knowledges would be reccomended. The lack of these knowledges will be filled by specific lessons
Erogazione della didattica: lezioni frontali
Attività di apprendimento:
Frequenza: consigliata
Metodi di insegnamento:
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Propagazione e attenuazione dei segnali elettromagnetici (EMI nel mezzi geologici. Coefficiente di riflessione. Risoluzione verticale ed orizzontale.
Antenne GPT e polarizzazione dei segnali. Metodi di survey 2d e psuedo-3D.
Pianificazione di un'indagine GPR.
Visualizzazione di radargrammi 2D e 3D (time slice).
Processamento di dati GPR. Move-start time, de-trending, filtri spaziali e temporali, stime di velocità, modelli di velocità, cenni di migrazione dei dati. Correzione topografica (statica). Costruzione di time-slice.
Cause delle riflessioni GPR in sedimenti clastici. Misure dirette di permittività elettrica (riflettometria TDR) e di permeabilità magnetica. Confronto fra dati GPR reali e modelli sintetici di impedenza. Ricostruzione della struttura interna di depositi clastici. Facies radar, superfici radar e loro significato stratigrafico. Errori nell'interpretazione di profili GPR.
GPR e glaciologia. Alcuni concetti base di glaciologia, trasporto e deposizione glaciale. Obiettivi delle applicazioni GPR nella glaciologia: spessore e struttura interna di ghiacciai, lenti di acqua, orizzonti detritici e stratificazione glaciale.
GPR ed ambiente periglaciale. Proprietà termiche dei materiali geologici e regime termico del suolo. Profilo termico nei terreni interessati da permafrost. Determinazione GPR dello strato attivo del permafrost, riflessioni interne e da zone a diverso contenuto in ghiaccio.
GPR ed ambiente fluviale. alcuni concetti di idrologia fluviale, trasporto e deposizione. Forme fluviali. Applicazioni GPR per definire la struttura interna di depositi fluviali.
Ambiente eolico. Formazione di dune. Rilevazione GPR di orizzonti stratigrafici e discontinuità stratigrafiche all'intendo di depositi di dune.
GPR e ambiente carsico. Processi e forme dell'ambiente carsico. formazione di sinkhole. Il ruolo del GPR nella rilevazione di sinkhole ed altre figure carsiche sepolte.
GPR e vuoti sottosuperficiali. Signature GPR di cavità/vuoti. Riflessioni multiple, riverberazione e fenomeno della guida d'onda. Relazione fra altezza/sviluppo laterale di cavità e footprint/risoluzione radar. effetto della curvatura del tetto di cavità nelle riflessioni GPR.
Geophysical methods employed in the geomorphology and near-surface geology research. Advantages and disadvantages.
Basic concepts of Ground Penetrating Radar method. Electric and magnetic properties of rocks, minerals, soils and fluids. Electric permittivity, magnetic permeability and electric conducibility.
Propagation and attenuation of electro-magnetic (EM) signals in geological media. Reflection coefficient. Vertical and horizontal resolution.
GPR antennas and signals polarization. 2D and (pseudo)3D survey methods.
Planning a GPR acquisition: instrumental choices and device setting.
Visualization of 2D (radargram) and 3D (time slice) data.
GPR data processing. Move start time, de-trending, drift, temporal and spatial filters, gain functions. EM wave velocity estimation, velocity models, data migration. Topographic (static) correction. Time (depth) slice building
Causes of GPR reflections in clastic sediments. Direct measurements of electric permittivity (time-domain reflectometry) and magnetic permeability. Comparison between real GPR profiles and synthetic impedance models
Reconstruction of the internal structure of clastic deposits. Radar facies, radar surface, radar package and their stratigraphical significance. Pitfalls in stratigraphic interpretation of GPR profiles.
GPR and Glaciology. Short notes on Glaciology, glacial mechanics, glacial transport and deposition. Goals of GPR applications in Glaciology: thickness and internal structure of glacier, presence of water lens, debris layers and ice stratification.
GPR and Periglacial environment. Thermal properties of geological materials and soil thermal regime. Thermal profile in permafrost-affected terrains. GPR detection of active layer depth (permafrost top). GPR reflections from rock glacier active layer, internal layers and zones with different content in ice.
GPR and fluvial environment. Short notes on fluvial hydrology, fluvial transport and deposition. Fluvial landforms. GPR applications to define internal structure of fluvial deposits.
Aeolian dunes formation. Detecting stratigraphical beddings and unconformities of dunes by GPR profiling.
GPR and Geoarchaeology. Principal targets of GPR surveys in Geoarchaeology. Case studies from different settings, potential artifacts and use of synthetic simulations of buried walls, cavities and tombs.
GPR and karst environment. Processes and landforms of the karst environment. Formation of sinkholes. The role of GPR in detecting sinkhole and other covered karts features.
GPR vs subsurface voids. GPR signature of cavities/voids presence. Multiple reflections, reverberation and waveguide phenomena. Relations between height/lateral size of a cavity and radar footprint/resolution. Effects of curved roof of a cavity on GPR reflections.
Jol H.M. (2009): Ground Penetrating Radar theory and applications. Elsevier Science, 544 pp.
Ulteriori letture raccomandate sono estratte da:
Bristow C.S., Jol H.M. (2003): Ground Penetrating Radar in Sediments. Geological Society London, pp. 330.
Summerfield M.A (1991): Global_Geomorphology. Wiley, pp. 537.
Oltre al materiale fornito dal docente, ulteriore bibliografia sarà indicata (e fornita) durante il corso
Jol H.M. (2009): Ground Penetrating Radar theory and applications. Elsevier Science, 544 pp.
Recommended reading includes the following works:
Bristow C.S., Jol H.M. (2003): Ground Penetrating Radar in Sediments. Geological Society London, pp. 330.
Summerfield M.A (1991): Global_Geomorphology. Wiley, pp. 537.
Beside the material supplied by the teacher, further bibliography will be indicated during the course to integrate each lesson.
Le slides del corso sono tutte disponibili sul sito e-learnig:
https://polo3.elearning.unipi.it/course/view.php?id=2695§ion=0#section-2
I libri consigliati per gli approfondimenti sono disponibili in bliblioteca studenti
The slides of the course are available at:
https://polo3.elearning.unipi.it/course/view.php?id=2695§ion=0#section-2
Reccomended books to insights some topics are availble in the student library
