8/3/2019 Geophysical Diffraction Tomography in Seismic Pal Aeon to Logy
http://slidepdf.com/reader/full/geophysical-diffraction-tomography-in-seismic-pal-aeon-to-logy 1/4
Geophysical diffraction tomography in seismic palaeontology
In 1979, two hikers discovered partially exposed bones from the tail of a hitherto unknown species
of dinosaur in the high desert of new mexico (witten et al. 1992) excavation began in 1985 morrison
formation, a 145 million years old (late jurassic) sandstone well known for its dinsaur remains
further north in the USA, but until then, unrecognised in new mexico. By 1986, it was realised that
the bones were from a relative of diplodocus with a projected lenght of at least 33,5 (110 ft). David
gillette,who first described the dinosaur, coined the informal name seismosaurus for the new
dinosaur, alluding to its considerable size making the earth shake when it moved. The geological
setting of the bones indicated that the body had suffered from regor mortis before burial and that
the animals carcass had come to rest on a bend in a local river on a point bar and had been burried
subsequently by fine sand. The sandstone surrounding the skeleton is massive but predominantly
homogeneous, thus providing an excellent medium for remote sensing
The 1985-1986 field excavation indicated that the skeleton axtended into a cliff face but the
orientation and extent of the bones could only be conjectured. The projected orientation of the
skeleton was a level of at least 2.5 m (8 ft) beneath the surface. Traditional excavation using shovel,
hammer and chisel would have been extremely slow and would have involved the removal of
hundreds of tonnes of material. In april 1988, and again in july 1989, the site was investigated using
geophysical diffraction tomography ( GDT ).
Geophysical diffraction tomography can take two forms: back projection or back propagation, the
concepts of which are illustrated schematically in figure 6.66. for both methods, it is assumed that a
series of receivers is located down or borehole and a series of sources is placed a long the ground
surface. In back-projection, it is assumed that the energy emanating from a sources travels through
the sub surface in straight lines or as rays from sources to a given receiver whose distance from the
source is known exactly. The measured travel time of the first arriving signal and its amplitude are
related to local variations in wave speed or wave attenuation. Reconstructing an image from
variations in measured parameters is achieved math-ematically by using data from many raypaths,
which intersect the same unit cells, to iterate towards a solution, which is displayed as a pixelated
image ( let each cell is assigned a value from the iteration which is displayed as one pixel in the final
image). Back projection has been used for imaging inhomogeneities such as karst features, imaging
the earths mantle, and in producing electrical image from arrays of electrodes. Back-projection
assumes straight raypaths and ignores any refraction effects.
A preferred alternative is back-propagation, which is reputed to provide sharper images and take
into account refraction effects. The field system is exactly the same as in back-projection but the
effect being sought here is the distortion of the wave front caused by inhomogeneities within the
ground being imaged. The distortion of the waveform in both time and space are measured at thereceivers. A benefit of the back-propagation methode is that it utilises information contained in the
received signals regarding the costructive and destructive interference associated with multiple
raypaths between source and receiver. The methods are described in more detail by witten and king
(1990).
The GDT survey undertaken in april 1988 produced one image displaying a feature that was believed
to be due to a dinosaur bone.in early july 1989 a dorsal vertebra and partial rib were exposed at the
location indicated by geophysical survey.
8/3/2019 Geophysical Diffraction Tomography in Seismic Pal Aeon to Logy
http://slidepdf.com/reader/full/geophysical-diffraction-tomography-in-seismic-pal-aeon-to-logy 2/4
The field acquisition layout is shown in figure 6.68. approximately 1 meter of overburden was
removed from a rectangular plot about 9 m x 12 m. Of which a flat L-shaped area was used in the
GDT survey. A series of four boreholes ( A-D in figure 6.68) were constructed. They were 6 m deep,
lined with PVC casing capped at the bottom, and the annulus around the outside of the casing within
the borehole was backfilled with sand. Each borehole was filled with water and a hydrophone
receiver array with active elements at 0.15 m intervals deployed down the borehole. Sourcepositions were difined along radial lines emanating from the boreholes, with the first source position
1.2 m from the borehole and successive positions at intervals of 0.6 m. The source consisted of a
commercially available seismic betsy gun. Further details of the data acquisition and processing have
been described by witten et al. (1992)
The result of a GDT survey are summarised in figure 6.69 dinosaur bones identified by image
reconstruction are shaded black, those found by direct excavation are shaded grey and the
postulated positions of undiscovered bones, based upon experience of the disposition of other
dinosaur skeleton that have been found with a rigor mortis posture, are unshaded. One of the
reasons why the method worked at this site is that the material surrounding the bones was found to
have a P- wave velocity of only450 m/s, in stark contrast to that of the bones which had a velocity of 4500 m/s.
The use of GDT as part of this palaeontological investigation has been beneficial in the location of
significant parts of the skeleton of this giant dinosaur. It has also demonstrared the usefulness of the
technique in being able to image object successfully.
The GDT method has also been applied to imaging artificial burried objects such as metal drums,
pipes and tunnels ( e.g. king et al. 1989: witten and king 1990a.b). one such example is illustrated in
figure 6.70. A field test was conducted under controlled conditions by burying waste-simulating
targets at known locations and then imaged using back-propagation imaging. The targets were 55-
gallon metal drums with a diameter of 0.61 m and 1 m tall, either empty or water-filled, and plastic
bags containing styrofoam packing pellets.the positions of the targets relative to a borehole are
shown in figure 6.70A. an array of 29 uniformly spaced hydophones spanning a depth interval of
0.61 m to 4.9 m was located in a cased monitoring well. Source positions were established along two
lines, one of which is shown figure 6.70. the sources were located over a distance of 1.8-14.6 m from
the well. The resulting image is shown in figure 6.70B in which the water-filled drum is evident as
afaster-velocity anomaly, and the empty drum and the styrofoam are associated.weakly, with low-
velocity zones. Note that in the image, there is a velocitiy anomaly which smears oliquely across the
image from the location of the drum toward the base of the well. This is an artefact of the GDT
method and such elongation of features occurs in the predominant direction of incident wave
propagation. In this case, the sources were at the surface and the waves travelled down towards the
well.
8/3/2019 Geophysical Diffraction Tomography in Seismic Pal Aeon to Logy
http://slidepdf.com/reader/full/geophysical-diffraction-tomography-in-seismic-pal-aeon-to-logy 3/4
Tomografi difraksi geofisika dalam paleontologi seismik
Pada tahun 1979, dua pendaki menemukan sebagian tulang dari ekor, spesies dinosaurus yangtidak diketahui di gurun tinggi baru meksiko (Witten et al. 1992) penggalian dimulai pada
tahun 1985 formasi Morrison, 145 juta tahun (jurassic akhir) batupasir terkenal karena
dinsaur itu tetap lebih ke utara di Amerika Serikat, tapi sampai saat itu, tidak diakui di New
Mexico. Pada 1986, disadari bahwa tulang-tulang itu dari relatif Diplodocus dengan panjangdiproyeksikan minimal 33,5 (110 ft). David Gillette, yang pertama kali menggambarkan
dinosaurus, menciptakan nama informal "seismosaurus" untuk dinosaurus yang baru,
mengacu pada ukuran yang cukup itu membuat bumi goyang saat bergerak. Pengaturan
geologi dari tulang menunjukkan bahwa tubuh menderita regor mortis sebelum penguburan
dan bahwa bangkai binatang datang untuk beristirahat di sebuah tikungan di sebuah sungai
lokal pada titik bar dan telah ditanam kemudian oleh pasir halus. Batu pasir sekitar kerangka
adalah besar, tetapi sebagian besar homogen, sehingga memberikan media yang sangat baik
untuk penginderaan jauh
Bidang penggalian 1985-1986 menunjukkan bahwa kerangka axtended menjadi wajah tebing
namun orientasi dan luasnya tulang hanya bisa menduga. Orientasi diproyeksikan kerangkaadalah tingkat minimal 2,5 m (8 kaki) di bawah permukaan. Penggalian tradisional dengan
menggunakan sekop, palu dan pahat akan menjadi sangat lambat dan akan melibatkan penghapusan ratusan ton bahan. Pada bulan April 1988, dan sekali lagi pada Juli 1989, situs
itu menggunakan tomografi difraksi diselidiki geofisika (GDT).Tomografi difraksi geofisika dapat mengambil dua bentuk: proyeksi kembali atau kembali -
propagasi, konsep yang digambarkan secara skematis pada Gambar 6.66. untuk keduametode, diasumsikan bahwa rangkaian penerima terletak di bawah atau lubang bor dan
serangkaian sumber ditempatkan permukaan tanah lama. Di bagian belakang-proyeksi,
diasumsikan bahwa energi berasal dari sumber bergerak melalui permukaan sub garis lurus
atau sinar dari sumber ke penerima yang diberikan jarak dari sumber yang diketahui secara
pasti. Waktu tempuh diukur dari sinyal yang datang pertama dan amplitudo itu berkaitan
dengan variasi lokal dalam kecepatan gelombang atau atenuasi gelombang. Merekonstruksi
gambar dari variasi dalam parameter yang diukur dicapai matematika-ematically dengan
menggunakan data dari raypaths banyak, yang berpotongan sel unit yang sama, untuk beralih
menuju solusi, yang ditampilkan sebagai gambar pixelated (biarkan setiap sel diberi nilai dari
iterasi yang ditampilkan sebagai satu pixel dalam gambar akhir). Kembali - proyeksi telah
digunakan untuk pencitraan inhomogeneities seperti fitur Karst, mantel pencitraan bumi, dan
dalam memproduksi citra listrik dari array dari elektroda. Kembali proyeksi mengasumsikan
raypaths lurus dan mengabaikan efek pembiasan.
Sebuah alternatif yang lebih disukai adalah kembali-propagasi, yang terkenal untuk memberikan gambar yang lebih tajam dan mempertimbangkan efek refraksi rekening. Sistem
lapangan adalah persis sama seperti di belakang-proyeksi tetapi efek sedang dicari di siniadalah distorsi dari depan gelombang yang disebabkan oleh inhomogeneities dalam tanah
yang dicitrakan. Distorsi bentuk gelombang di kedua ruang dan waktu diukur pada penerima.
Keuntungan dari methode back-propagasi adalah bahwa ia memanfaatkan informasi yangterkandung dalam sinyal yang diterima mengenai interferensi costructive dan merusak dikaitkan dengan beberapa raypaths antara sumber dan penerima. Metode yang dijelaskan
secara lebih rinci oleh Witten dan raja (1990).
Survei GDT dilakukan pada bulan April 1988 menghasilkan satu gambar menampilkan fitur
yang diyakini karena bone.in dinosaurus awal Juli 1989 vertebra dorsal dan rusuk parsial
terkena di lokasi yang ditunjukkan oleh survei geofisika.
Tata letak akuisisi lapangan ditunjukkan pada Gambar 6.68. sekitar 1 meter overburden telah
dihapus dari plot persegi panjang sekitar 9 mx 12 m. Dari yang area berbentuk L datar
8/3/2019 Geophysical Diffraction Tomography in Seismic Pal Aeon to Logy
http://slidepdf.com/reader/full/geophysical-diffraction-tomography-in-seismic-pal-aeon-to-logy 4/4
digunakan dalam survei GDT. Serangkaian empat lubang bor (AD dalam gambar 6.68)dibangun. Mereka 6 m dalam, dilapisi dengan PVC casing dibatasi di bagian bawah, dan
anulus sekitar bagian luar casing dalam sumur itu ditimbun dengan pasir. Setiap lubang diisidengan air dan array penerima hidrofon dengan unsur-unsur aktif pada interval 0,15 m
ditempatkan di lubang bor. Posisi sumber yang difined sepanjang garis radial yang berasal
dari lubang bor, dengan sumber posisi pertama 1,2 m dari posisi lubang bor dan berurutan
pada interval 0,6 m. Sumber terdiri dari pistol Betsy tersedia secara komersial seismik.Rincian lebih lanjut dari akuisisi dan pengolahan data telah digambarkan oleh Witten et al.
(1992)
Hasil survei GDT dirangkum dalam gambar tulang dinosaurus 6,69 diidentifikasi oleh
rekonstruksi gambar yang berbayang hitam, yang ditemukan oleh penggalian langsung
berbayang abu-abu dan posisi dipostulasikan tulang yang belum ditemukan, berdasarkan
pengalaman dari disposisi dari kerangka dinosaurus lain yang telah ditemukan dengan postur
rigor mortis, yang unshaded. Salah satu alasan mengapa metode ini bekerja di situs ini adalah
materi yang mengelilingi tulang ditemukan memiliki kecepatan P-gelombang only450 m / s,
kontras dengan tulang yang memiliki kecepatan 4500 m / s .
Penggunaan GDT sebagai bagian dari penyelidikan ini paleontologis telah bermanfaat dalamlokasi bagian-bagian penting dari kerangka dinosaurus raksasa ini. Hal ini juga demonstrared
kegunaan teknik untuk dapat berhasil objek gambar.Metode GDT juga telah diterapkan pada objek pencitraan ditanam buatan seperti drum
logam, pipa dan terowongan (misalnya raja et al, 1989:. Witten dan raja 1990a.b). salah satucontoh tersebut diilustrasikan pada Gambar 6.70. Sebuah uji lapangan dilakukan di bawah
kondisi yang dikontrol dengan cara mengubur sampah-simulasi target di lokasi yang dikenaldan kemudian dicitrakan menggunakan kembali-propagasi pencitraan. Sasaran adalah 55-
galon drum logam dengan diameter 0,61 m dan 1 m, kosong atau diisi air, dan kantong
plastik berisi kemasan styrofoam posisi pellets.the dari target relatif terhadap lubang bor yang
ditunjukkan pada gambar 6.70A. sebuah array dari 29 hydophones seragam spasi mencakup
interval kedalaman 0,61 m sampai 4,9 m terletak di casing pemantauan baik. Posisi sumber
berdiri di sepanjang dua baris, salah satunya ditunjukkan Gambar 6.70. sumber-sumber yang
terletak lebih dari jarak 1,8-14,6 m dari sumur. Gambar yang dihasilkan ditampilkan dalam
gambar 6.70B di mana drum berisi air terbukti sebagai afaster-kecepatan anomali, dan drum
kosong dan styrofoam yang associated.weakly, dengan kecepatan rendah zona. Perhatikan
bahwa dalam gambar, ada anomali velocitiy yang Pap oliquely di gambar dari lokasi drum ke
dasar sumur. Ini adalah artefak dari metode GDT dan perpanjangan seperti fitur terjadi dalam
arah dominan propagasi gelombang insiden. Dalam hal ini, sumber-sumber berada di
permukaan dan gelombang perjalanan turun menuju sumur.