Desarrollo de aplicaciones de georadar y cálculo de atributos de los datos para la mejora de resultados

• Autores: Zabala Medina, Peter
• Año de publicación: 2023
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Bonomo, Néstor Eduardo
• Materia: GPR; TOMOGRAFIA DE RESISTIVIDAD ELECTRICA; ONDAS SISMICAS SUPERFICIALES; ATRIBUTO; INTERACCION FLUVIO-EOLICA; ARQUITECTURA DEPOSICIONAL; LLANURA COSTERA DEL RIO DE LA PLATA; CORDONES DE PLAYA; MUROS DE BARRO; ADOBE; TAPIA; GPR; ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY; SURFACE SEISMIC WAVES; DATA ATTRIBUTE; FLUVIAL-AEOLIAN INTERACTION; DEPOSITIONAL ARCHITECTURE; RIO DE LA PLATA COASTAL PLAIN; BEACH RIDGES; MUD WALLS; ADOBE; TAPIA
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En este trabajo de tesis, en primer lugar, se llevan a cabo nuevas aplicaciones del método geofísico de georadar (GPR, por Ground Penetrating Radar) en temas de investigación interdisciplinaria. Estos temas son el estudio de ambientes sedimentarios de interacción fluvio-eólica ubicados en el NOA, ambientes sedimentarios de la llanura costera sur del Río de la Plata, y sitios arqueológicos del NOA, en los cuales colaboran físicos, geólogos y arqueólogos. En segundo lugar, a partir de estos datos, se investigan técnicas de procesamiento alternativas a las convencionales, para mejorar la detectabilidad, calidad del mapeo y nivel de detalles de las capas naturales y estructuras culturales del suelo. Específicamente, se evalúa el cálculo de atributos de los datos de GPR para mejorar la interpretación del suelo en situaciones complejas o problemáticas, debidas a patrones de reflexión poco contrastantes, discontinuos, con geometrías intrincadas y/o con variaciones de amplitud y forma significativas en la mediana y larga escalas espaciales. En el primer estudio realizado, el método GPR es utilizado para caracterizar e interpretar un campo sedimentario de interacción fluvio-eólica ubicado en el Valle de Guandacol, provincia de La Rioja. Se evalúan diferentes configuraciones de emisión con el objetivo de optimizar las respuestas electromagnéticas de los reflectores del suelo. Se define un conjunto de líneas de prospección sobre dunas, interdunas, mesoformas eólicas y canales fluviales. Los complejos patrones de reflexión de las distintas unidades sedimentarias son posprocesados utilizando diferentes atributos de los datos, como la inclinación, curvatura, paralelismo y frecuencia RMS. La información que se obtiene del análisis conjunto de los datos y sus atributos es utilizada para definir tipos de paquetes de reflectores, y proponer un modelo conceptual que relaciona los principales paquetes con la evolución temporal del campo de interacción fluvio-eólica del Valle de Guandacol. En el segundo estudio llevado a cabo, se utiliza una metodología conjunta de GPR, tomografía de resistividad eléctrica y ondas sísmicas superficiales para obtener información sobre la distribución, geometría, estructura, extensión y variaciones de facies de las secuencias estratigráficas superiores en la llanura costera sur del Río de la Plata. Los resultados geofísicos son interpretados conjuntamente, y complementados con la información de perforaciones, con los objetivos principales de determinar la extensión de las secuencias sedimentarias del Holoceno, y la distribución espacial y características geométricas de los sistemas de cordones de playa y depósitos de mareas intercordones asociados. El cálculo de atributos de los datos de GPR es utilizado para determinar con precisión dichas características en los sectores con patrones de reflexión con bajo contraste y alta variabilidad lateral, relacionados con los cordones de playa y depósitos intercordones. Se evalúan atributos tales como inclinación, curvatura, varianza y frecuencia media, así como combinaciones de ellos para optimizar los resultados. El tercer estudio de aplicación se relaciona con la investigación con GPR del sitio arqueológico Palo Blanco, provincia de Catamarca, caracterizado por construcciones realizadas con muros de barro. Los objetivos principales de este estudio son obtener información sobre la existencia de estas estructuras, su distribución espacial y otras características espaciales de tamaño menor. En este contexto, se evalúa un conjunto amplio de atributos de los datos de GPR, que incluye atributos instantáneos, de reflexión, texturales, y de intervalo, con la finalidad de mejorar distintos aspectos de las imágenes convencionales de los muros. Se analizan las ventajas y debilidades de cada uno de ellos. Los atributos analizados son clasificados en tres categorías: 1) atributos que producen imágenes con calidad inferior a la estándar, 2) atributos que mejoran características específicas de las imágenes, con desempeño comparable o ligeramente superior al estándar y, 3) atributos que mejoran la mayoría de las características relevantes de las imágenes. Los trabajos que se describen en esta tesis demuestran la utilidad de los métodos geofísicos considerados, particularmente GPR, para estudiar los tipos de ambientes sedimentarios y blancos arqueológicos descriptos. Los resultados obtenidos en los ambientes y subambientes sedimentarios investigados contribuyen a la comprensión de la evolución geológica de las regiones a las cuales pertenecen, la previsión del uso sustentable de recursos y la preservación de esos ambientes, mientras que los resultados que se obtienen respecto de las estructuras arqueológicas de barro proporcionan información relevante para su conocimiento y conservación. Por su lado, los ejemplos de cálculo de atributos que se incluyen en este trabajo muestran su utilidad para facilitar y mejorar la interpretación del suelo en casos con patrones de reflexión complejos y con baja visibilidad, al incrementar la precisión, nivel de detalles y confiabilidad de los resultados. Esto es importante no solo respecto de las aplicaciones consideradas, sino también de otras aplicaciones que incluyen objetos de estudio con patrones de reflexión que muchas veces resultan similares a los descriptos, tal como acuíferos, vertidos de líquidos, depósitos de residuos, rellenos y cavidades.
As a first objective of this work, new applications of the GPR method are carried out. These applications are: the study of sedimentary fluvial-aeolian interaction enviroments located in NW, Argentina, sedimentary environments of the southern coastal plain of the Río de la Plata, and archaeological sites located in the NW Andean region of Argentina, in which physicists, geologists and archaeologists collaborate. Secondly, based on these data, alternative processing techniques to the standard ones are investigated to improve detectability, mapping quality and details of the natural layers and cultural structures of the soil. Specifically, the calculation of attributes of the GPR data is evaluated to improve the interpretation of the soil in complex or problematic situations in which the reflection patterns are low contrasting, discontinuous, intricate and/or present significantly variable amplitude and shape in the intermediate and large spatial scales. In the first study carried out, the GPR method is used to characterize and interpret a sedimentary fluvial-aeolian interaction field located in the Guandacol Valley, La Rioja Province. Different GPR emission configurations are evaluated, in order to optimize the electromagetic responses of the reflectors in the soil. A set of prospecting lines is defined through dunes, inter-dunes, aeolian mesoforms and fluvial channels. The complex reflection patterns of the sedimentary units are post-processed using different attributes of the data, such as dip, curvature, parallelism, and RMS frequency. The information obtained from the joint analysis of the data and their attributes is used to different types of reflector packages, and propose a conceptual model that relates the main packages with the temporal evolution of the fluvial-aeolian interaction field of the Guandacol Valley. In the second study carried out, a joint methodology of GPR, electrical resistivity tomography and seismic surface waves is used to obtain information on the distribution, geometry, structure, extent and facies variations of the upper stratigraphic sequences in the southern coastal plain of the Río de la Plata. The geophysical results are jointly interpreted, and complemented with drilling information, with the main objectives of determining the extent of the Holocene sedimentary sequences, and the spatial distribution and geometric characteristics of the beach ridge systems and related inter-ridge tidal deposits. The calculation of attributes of the GPR data is used to precisely determine these characteristics in sectors with reflection patterns with low contrast and large lateral variability, related to beach ridges and inter-ridge deposits. Attributes such as dip, curvature, variance and average frequency are evaluated, as well as combinations of them to optimize the results. The third study is related to the investigation with GPR of the Palo Blanco archaeological site, Catamarca Province, characterized by constructions made with mud walls. The main objectives of this study are to obtain information on the existence of this type of structure, its spatial distribution, and other smaller-size spatial characteristics. In this context, a broad set of attributes of the GPR data is evaluated, including instantaneous, reflection, textural, and interval attributes, in order to improve various aspects of the conventional images of the walls. The strenghts and weaknesses of each of them are analyzed. The attributes are classified into three categories: 1) attributes that produce images with quality below the standard, 2) attributes that improve specific characteristics of the images, with performance comparable or slightly better than the standard, and 3) attributes that improve most of the relevant characteristics of the images. The constents of this work demonstrate the utility of the geophysical methods considered in it, particularly GPR, to study the types of sedimentary environments and archaeological targets previously described. The results obtained in the investigated sedimentary environments and sub-environments contribute to the knowledge of the geological evolution of the regions to which they belong, to the planning of sustainable use of resources and the preservation of these environments, while the results obtained in the archaeological sites provide relevant information for their knowledge and conservation. On the other hand, the examples of attribute calculation included in this work show their usefulness to facilitate and improve the interpretation of the soil in cases with complex reflection patterns and low visibility of them, by increasing the precision, degree of details and reliability of the results. This is important not only with respect to the applications considered in this work, but also to other applications that include studied objects with reflection patterns that are many times similar to those described here, such as aquifers, liquid spills, garbage deposits, landfills and cavities.
Fil: Zabala Medina, Peter. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.