Advances in time–domain induced polarisation tomography: Data acquisition, processing and modelling

Vad står vi på – hur tar man reda på det? Kanske man kan titta på en geologisk karta, borra ett hål eller gräva en grop? Det kan gå bra, men ibland finns det inte tillräckligt detaljerade kartor och att gräva upp allt man är intresserad av är ingen lysande idé. Tänk om man kunde forska fram en metod som gör att man kan se rakt igenom marken, som röntgenundersökningar på sjukhus! På sätt och vis kan man redan det, man kan skicka ner ström i marken som berättar om hur där ser ut när den kommer tillbaka. Ström ser inte marken som vi gör – ingen jord, sten, vatten eller berg men den kan berätta för oss om dess bild av marken. Bilden är i termer av motstånd och uppladdning och kan vara svår att förstå om den inte översätts. Översättningen görs genom att jämföra den elektriska bilden med till exempel geologiska kartor och information från borrhål. Med denna metod får vi totalt sett en säkrare och mer detaljerad modell av marken. De elektriska undersökningarna kan också hjälpa oss att avgöra var vi behöver mer information och var det kan vara som mest intressant att borra eller gräva.

När vi ska planera och bygga konstruktioner ovan eller under mark, hitta lämpliga platser för brunnar eller sanera förorenade områden behöver vi ha bra och säker information om vad marken består av. Felaktig eller ofullständig information om marken kan skapa oväntade problem. Dessa kan i sin tur leda till förseningar och minskad hållbarhet i genomförandet. Ett exempel är tågtunneln genom Hallandsåsen i Skåne som tog 23 år att färdigställa och blev cirka tio gånger dyrare att bygga än vad som först beräknats med en slutnota på över tio miljarder kronor.

Denna avhandling handlar om hur vi kan utveckla och förbättra användningen av ström för att undersöka marken. Metoden har använts och utvecklats sedan förra sekelskiftet men det finns fortfarande flaskhalsar som begränsar dess användning. Ett exempel är i städer där elinstallationer och en rörig miljö i marken förvirrar strömmen. Vi behöver då filtrera dess bild av marken för att kunna utnyttja mätresultaten. Användningen av metoden kan också begränsas av brist på resurser för att utföra undersökningarna eller för göra ordentliga tolkningar av informationen. Genom att förfina och effektivisera metoden kan den alltså vara till större nytta på fler platser och användas för att få information om marken med mer begränsade resurser.

I avhandlingen beskrivs hur man kan filtrera signaler från elektriska markundersökningar och hantera störningar från andra elinstallationer, ungefär som att sätta på den ett par brusreducerande hörlurar. Filtreringen gör att vi kan få ut mer information om marken och ett mer pålitligt mätresultat. En annan förbättring som har utvecklats är att förändra formen på strömmen som skickas ner i marken. Formändringen gör att tiden som krävs för en undersökning halveras samtidigt som man får dubbelt så stark signal, som att lyssna igenom en podcast på halva tiden med bättre ljudkvalitet.

Ett annat sätt att förbättra undersökningarna är att öka vår förståelse för vad strömmen berättar om marken. Avhandlingen beskriver hur mätresultat som tidigare betraktats som felaktiga kan uppkomma och att dessa faktiskt är fysiskt möjliga. Genom att inte förkasta dessa resultat kan vi få ut mer information från mätningarna och säkrare modeller av marken samtidigt som översättningen av mätresultat kan bli enklare. Dessutom beskrivs hur vi kan kompensera för effekter av hur länge strömmen sänds ner i marken. Om effekterna inte hanteras får man olika elektriska bilder av samma mark beroende på om man skickar ström någon sekund längre eller kortare.

Avhandlingens förbättringar och effektiviseringar visas bland annat med resultat från en större undersökning som kartlägger geologi i termer av motstånd och uppladdning ned till 200 meter under markytan. Sådan information är viktig och kan underlätta att ta bättre beslut, till exempel i samband med infrastrukturprojekt, för en mer hållbar framtid. Förhoppningsvis kan avhandlingen öka användandet av elektriska markundersökningar så att vi kan ta mer informerade beslut i framtiden.