Processing and modeling of induced polarization data

Περίληψη

This thesis studies the Induced Polarization method and focuses on developing schemes for Time Domain Induced Polarization modeling, inversion and data interpretation. For DC-TDIP 3D modeling an existing 3D FEM based DC forward solver was modified in order to incorporate the 3D modeling of the TDIP data, producing 3D TD spectral IP data for complex geometry bodies given their resistivity, chargeability and the so-called Cole-Cole parameters for every (user defined) time window. The Spectral IP Inversion of the data was performed using a special version of the DC2D PRO software which applies a smoothness-constrained inversion by introducing inverse model regularizations not only for the space domain but also for the channel domain by inverting up to a maximum of 20 IP windows simultaneously.  The spectral inversion model is then used for the calculation of the Cole-Cole parameters by fitting a Cole-Cole model using a Matlab code which developed within this project, based on the Particle Swarm Optimization algorithm. The above modeling-inversion sequence was tested extensively with synthetic data and the 3D effects associated to the 2D RES-TDIP inversion were evaluated using various synthetic models. As the proposed approach is designed to accommodate real data it is acknowledged that prior to its application it is important that the quality of the DC-TDIP data is evaluated. For this purpose, an additional tool was developed (matlab code with GUI) to perform pre-processing of the DC TDIP data. The results of the synthetic, experimental and real data applications suggests that the presented approach is efficient and relatively robust given the complexity of the SIP data processing. Future work involves extending the present tools in a fully 3D and 4D (time lapse) mode.

Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής μελετάται η μέθοδος της Επαγόμενης Πόλωσης, επικεντρώνοντας στην ανάπτυξη τεχνικών για την μοντελοποίηση, αντιστροφή και ερμηνεία δεδομένων Χρονο-Μεταβαλλόμενης Επαγόμενης Πόλωσης (TDIP). Για την μοντελοποίηση των TDIP δεδομένων ένα προϋπάρχον πρόγραμμα, που βασίζεται στην μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων τροποποιήθηκε για να ενσωματώσει την λειτουργία της μοντελοποίησης των TDIP δεδομένων, παράγοντας πραγματικά δεδομένα τριών διαστάσεων, με βάση το μοντέλο Cole-Cole, για κάθε χρονικό παράθυρο που ορίζει ο χρήστης. Η αντιστροφή των δεδομένων έγινε με την χρήση μίας ειδικής έκδοσης του λογισμικού DC2D PRO, όπου χρησιμοποιεί την μέθοδο της εξομαλυμένης αντιστροφής εισάγοντας ομαλότητα όχι μόνο στο πεδίο του χώρου αλλά και στο πεδίο των παραθύρων, δίνοντας την δυνατότητα για ταυτόχρονη αντιστροφή έως και 20 παραθύρων. Το μοντέλο που προκύπτει από την αντιστροφή χρησιμοποιείται για την εξαγωγή των εσωτερικών τιμών (για κάθε κελί) των παραμέτρων του μοντέλου Cole-Cole, χρησιμοποιώντας των αλγόριθμο Particle Swarm Optimization που αναπτύχθηκε στην matlab στα πλαίσια αυτής της διατριβής. Τα παραπάνω βήματα δοκιμάστηκαν εκτενέστερα σε συνθετικά δεδομένα και μελετήθηκε το φαινόμενο της τρισδιάστατης επιρροής στις 2D αντιστροφές TDIP δεδομένων. Με δεδομένο ότι η προτεινόμενη σειρά επεξεργασίας θα χρησιμοποιηθεί και σε πραγματικά δεδομένα, αναπτύχθηκε ένα λογισμικό σε γλώσσα matlab (με GUI) για την εκτίμηση της ποιότητας των δεδομένων πριν το στάδιο της αντιστροφής. Τα αποτελέσματα από τα συνθετικά, τα πειραματικά και τα πραγματικά δεδομένα δείχνουν ότι η παρούσα αντιμετώπιση είναι αρκετά αποδοτική δεδομένης της πολυπλοκότητας των TDIP δεδομένων. Η μελλοντική δουλειά περιλαμβάνει την επέκταση των εργαλείων σε 3 και 4 (time lapse) διαστάσεις.