GPR

Yeraltı Radarı ya da genel adıyla GPR (Ground Penetrating Radar), yeraltının sığ tabakalarının (ilk 0-40 metre) araştırılmasında kullanılan jeofizik bilimi tabanlı bir ölçüm cihazıdır.

Son otuz yıl içerisinde elektronik endüstrisinde yaşanılan olağanüstü gelişmeler, bir zamanlar zahmetli ve pahalı bir iş olan ışık hızı ölçümlerini son derece ucuz, kolay ve duyarlı bir şekle dönüştürmüştür. 1970’lı yıllarda milisaniye (10−3 s) duyarlıkla yapılan zaman ölçümleri, 1980’li yıllarda mikro saniye (10−6 s), 1990’lı yıllarda ise nano saniyeye (10−9 s) duyarlığa kadar inmiştir. Elektronikteki bu gelişmelere paralel olarak, yeraltında ışık hızına yakın bir süratle hareket eden elektromanyetik dalgaların yolculuk sürelerinin nano saniye mertebesinde ölçülebilmesi, sığ jeofizik görüntüleme yöntemlerine önemli katkılarda bulunmuştur. Yer radarı yukarıda söz edilen bu gelişmelerin somut bir sonucudur.

Yeryüzü ve galerilerde maden Araştırmaları: Yüzeye yakın (40 metreye kadar) madenlerin aranması ve rezerv geliştirme, galeri sürülerek yapılan maden (kömür) araştırmaları, göçük ve maden kazalarında ilk yardım amaçlı çalışmalar.

Düşük frekanslarda elektromanyetik enerjinin elektrik iletkenliğe dönüşmesi soğurulmanın başlıca nedenidir. 300 MHz den yüksek frekanslarda ise madde içerisindeki kutuplanabilir unsurlar asıl yerlerini terk etmete fırsat bulamayacaklarından elektrik iletkenliğin neden olduğu soğurulmadan etkilenmeyeceklerdir. Bununla beraber yüksek frekanslarda bir etki-tepki gecikmesi sorunu yaşanacak, bunun sonucu artan frekansla birlikte bağıl permittivitede frekans bağımlı bir azalma söz konusu olacaktır. Öte yandan frekans arttıkça düşey çözünürlükte bir iyileşme olurken, bu kez nüfuz derinliği azalmaktadır. Yüksek frekanslar yer radarı kesitlerinde fazla sayıda saçılma hiperbolünün de ortaya çıkmasına neden olmaktadır.

Yukarıda yapılan tartışmalardan anlaşılacağı üzere, yeraltı ne kadar dirençli (az iletken) ise, yer radarı görüntüleri o kadar kaliteli olmaktadır. Nüfuz derinliğinin önemli olduğu durumlarda, ortamın mümkün olduğunca kuru (rutubetsiz) olması gerekmektedir. Elektromanyetik dalgalar yeraltı su seviyesine ulaştıklarında göreceli olarak daha iletken bir ortama girmektedirler. Bu söz konusu ıslak seviyede, hem önemli bir bağıl permittivite farklılaşması (kontrastı) oluşmakta, hem de elektrik iletkenliğin bu seviyedeki ani artışı nedeniyle, yansıyarak yeryüzüne gelen elektromanyetik imin genliğinde ve yüksek frekans içeriğinde soğrulmaya bağlı olarak önemli azalmalar görülmektedir. Bunun sonucu olarak yer radarı kesitlerinde, yeraltı su seviyesinden itibaren derinlere doğru inildikçe, soğrulmaya bağlı olarak genlik ve yüksek frekanslar azalmakta, kesitte yeraltı su seviyesinin altındaki bölümlerde enerji ‘süpürülmüş’ bir görünüm sunmaktadır.

CU yardımıyla kullanılan frekans, ölçümün yapılacağı zaman pencereleri (windows) yığma yapılacak iz sayısı vb. koşullar ayarlanır. Ölçümlerde kullanılan frekans değerleri 25 ile 3000 MHz arasındadır.

Kayıt pencereleri 32-2448 ns arasında olabilir ve 2049 ize kadar yığma yapılabilir. CRU olarak uygun bir PC ya da diz üstü bilgisayar kullanılmaktadır. Böylece birçok veri-işlem aşaması arazi koşullarında da yapılabilmektedir. Antenler ayrı ayrı olabildiği gibi tek bir parça içinde de yer alabilirler.

Anten aralıklarının sabit tutulma koşuluna rağmen antenler arası mesafe kullanılan frekans, çevre koşulları ve anten boyutlarına bağlı olarak seçilmelidir. Tek parça anten sistemleri ise sürekli kayıt (continious profiling ) olanağı sağladığından bazı koşullarda daha yararlı olabilir. Fiziksel olarak antenler kullanıldıkları frekansa bağlı olarak değişik ölçülerde yapılırlar.

Antenlerde yayınım silindirik bakışımlı ve anten ekseninde sıfır şiddetindedir. Bu basit şekil arazi koşullarında değişebilmektedir. Ortamdaki özdirenç ve dielektrik sabitine bağlı olarak enerjinin tepe değerleri yüzeye belli bir açı ile oluşabilmektedir.

GPR verisi sayısal olarak kayıt edilir ve çok fazla veri- işlem gerektirir. Yüksek tekrarlanma oranı yardımı ile istenilen sayıda im elde edilip yığma yapılabilir. Yığma sayısına arazi koşullarında karar verilir. Yığma işleminden sonra alçak geçişli süzgeçler yardımı ile uyartım (inductive) etkiler, yüksek geçişli süzgeçler ile de gürültüler veriden ayıklanır. İm genliğinde zamana bağlı gelişen sönümlenme zaman – değişkenli (time –variant) veri-işlem yapılarak giderilir. Birçok veri-işlem aşaması arazi koşullarında yapılabildiği halde veriler genelde ham olarak saklanır. Veri işleme arazi çalışmalarının sonrasında yapılır.

Günümüzde sismik yorumda kullanılan birçok veri işlem yöntemi hemen hemen hiç değişmeden GPR sonuçlarının yorumunda da kullanılmaktadır. GPR izi eş aralıklı sayısal değerler olarak kayıt edilir. GPR kesitleri, her bir izin yan yana çizilmesi ile elde edilir. Bu durumda yatay eksen uzaklık, düşey eksen ise gidiş geliş zamanıdır. Düşeyde kullanılan birim nano saniyedir. Bu da kesitin sismikte kullanılan ses dalgasından değil de radar tarafından üretildiğini gösterir.

Elde edilen radar verileri sismik yönteme benzer olarak kesitler olarak sunulur. Eğer birbirine paralel ölçüm hatları varsa zaman seviye haritaları yapılabilir. Belli bir zaman değeri için bütün ölçümlerden genlik değerleri çıkartılır ve harita üzerindeki ölçüm noktalarına işlenir.