Prosessointihistoria:
Process step: |
Yleisimpiä merigeologisia tutkimusmenetelmiä ovat sedimenttikaikuluotaus, monikeilakaikuluotaus, viistokaikuluotaus ja seisminen reflektioluotaus, joilla kullakin on oma erityinen käyttötarkoituksensa.
Sedimenttikaikuluotain tarjoaa tietoa veden syvyydestä, merenpohjan topografiasta sekä pehmeiden (lieju ja savi) sedimenttikerrostumien paksuudesta ja sisäisistä rakenteista. Korkeataajuisen kaikuluotaimen pystysuuntainen erotuskyky voi olla muutamia senttimetrejä. Koviin pohjakerroksiin, kuten hiekkaan, soraan ja moreeniin, kaikuluotainsignaali ei tunkeudu. Kaikuluotainprofiilista saadaan kuitenkin näkyviin kovan ja pehmeän pohjan välinen raja sekä tietoa esimerkiksi pohjan kivisyydestä. Kaikuluotaimen anturi lähettää äänipulsseja merenpohjaan ja vastaanottaa heijastuneita signaaleja sekä pohjasta että sedimenttikerrosten rajoista. Veden syvyys ja sedimenttikerroksen paksuus lasketaan äänipulssin matka-ajoista. Signaalin tunkeutumiseen vaikuttaa sekä sen taajuus että pohjasedimentin rakenne; signaalit tunkeutuvat sedimenttiin sitä syvemmälle, mitä matalampi on signaalin taajuus ja mitä pehmeämpi pohja on. Korkeilla signaalin taajuuksilla on heikko äänen tunkeutumiskyky mutta hyvä erotuskyky. Käyttämällä samanaikaisesti sekä korkea- että matalajaksoista lähetintä saadaan hyvä erottelukyky ja kohtalainen tunkeutuminen pehmeissä sedimenteissä.
Monikeilakaikuluotauksen avulla on mahdollista kartoittaa laajoja alueita, sillä se tuottaa viuhkamaisen peiton merenpohjasta käyttämällä monia yksittäisiä kaikusäteitä. Monikeilainjärjestelmä mittaa ja tallentaa ajan, joka akustiselta signaalilta kuluu lähettimestä merenpohjaan ja takaisin, mitaten matkan merenpohjaan. Käyttämällä matkaa ja mittauskulmaa kaikuluotaimesta, pystytään päättelemään merenpohjan syvyys jokaiselle säteelle. Syvyysarvojen muodostaman tiheän pistepilven pohjalta suoritetaan pintamallin muodostus, jolloin merenpohjasta saadaan jatkuvapintainen 3D-malli, kuva merenpohjan maisemasta, jossa pohjan muodot näkyvät varjostettuna ja syvyyden mukaan väritettynä.
Monikeilakaikuluotaus paljastaa merenpohjan muodot, kuten merenpohjan laaksot, pienet merimontut ja kapeat kanjonit. Luotaustietojen perusteella pystytään arvioimaan esimerkiksi merenpohjan kivisyyttä ja karkeutta tai alueen luontotyyppejä. Monikeilakaikuluotauskuvissa näkyy, millaista jälkeä ruoppaus, ruoppausmassojen läjitys tai pohjatroolaus jättävät merenpohjaan. Kuvista erottuvat myös erilaiset rakenteet, kuten kaapelit ja vesi- ja viemäriputket. Monikeilauksen etuna on sen peittävyys ja lisääntynyt tieto merenpohjan yksityiskohdista, mutta massiivisen syvyyspisteaineiston jälkikäsittely on työlästä ja aikaa vievää.
Viistokaikuluotauksella saadaan akustinen varjokuva merenpohjan pinnasta, tutkimusaluksen molemmilta sivuilta. Pohjasta palaava signaali rekisteröityy vahvana, kun se heijastuu kovasta pinnasta, kuten kalliosta tai lohkareesta. Savi- ja liejupohjat heijastavat ääntä huonosti. Pohjan muodot vaikuttavat paluusignaalin kulkuun. Kuvasta voidaan tulkita eroosio- ja sedimentaatiorakenteita, aallonmerkkejä, kaasupitoisten sedimenttien rakenteita sekä ihmistoiminnan jälkiä (kaapelit, pohjatroolaus, ruoppaus, läjitys, merihiekan nosto yms.)
Viistokaikuluotauksella saadaan hyvin yksityiskohtainen ja tarkka kuva merenpohjan pintarakenteista ja pohjan koostumuksesta sekä pohjalla olevista esineistä. Menetelmää käytetäänkin paljon muun muassa hylkyjen paikantamiseen. Lohkareet ja kohteet kuten laivahylyt jättävät taakseen akustisen varjon. Varjon pituudesta voidaan laskea rakenteiden korkeus merenpohjasta. Lopputuloksena syntyy kuva, joka muistuttaa paljolti ilmakuvaa.
Reflektioseismisellä luotauksella saadaan tietoa karkeiden sedimenttiyksiköiden (hiekka, sora, moreeni) paksuudesta ja sisäisistä rakenteista. Se tarjoaa myös tietoa kallioperän topografiasta. Reflektioseisminen luotaus soveltuu merenpohjan pinnan alla olevan kallion sijainnin tutkimisen lisäksi myös peruskallion tektonisten elementtien, kuten siirrosten ja ruhjevyöhykkeiden havaitsemiseen. Luotauksessa käytetään matalataajuisia lähettimiä/äänilähteitä ja erillistä vastaanotinta. Seismiset aallot heijastuvat rajapintoihin, kuten merenpohjaan, stratigrafisiin tai litologisiin ja geoteknisiin rajoihin, kerrosten tiheyden ja nopeuden (akustisen impedanssin) muutosten mukaisesti. Geologiseen tutkimukseen reflektioseisminen luotaus soveltuu hyvin, ja menetelmä on ollut käytössä 1960-luvulta lähtien.
Luotausaineiston prosessointi:
Luotausaineiston tulkinta tapahtui aluksi luotauslaitteistojen piirturitulosteilta, joiden pohjalta geologiset rajapinnat tulkittiin ja digitoitiin tiedostoiksi. Digitaalinen tiedonkeruujärjestelmä otettiin käyttöön 1995. Luotausdatan jälkikäsittely ja tulkinta on toteutettu 2000-luvulta alkaen Meridatan MDPS-jälkikäsittelyohjelmiston avulla. MDPS on datan prosessointi- ja tulkintaohjelmisto, jolla voidaan tulkita useista eri laitteista saatua dataa ja tarkastella eri taajuuksilla mitattuja arvoja samanaikaisesti. Luotauslaitteista saatava aineisto on sidottu paikkatietoon ja tallennettu samanaikaisesti Meridatan MDCS-tiedonkeruuohjelmistolla, joka integroi mittalaitteistosta yhtenäisen kokonaisuuden. Tämä helpottaa aineistojen vertailua ja tulkintaa. Tulkinnan apuna on käytetty näytteenotolla varmistettuja tietoja merenpohjan maalajeista.
/
The most common marine geological survey methods are sediment echo sounding, multibeam sonar, side-scan sonar and seismic reflection profiling, each with their specific purpose.
Sediment echo-sounder provides information on water depth, seafloor topography, and on the thickness and internal structures of soft (mud and clay) sediment units. Depth resolution of the high-frequency echo-sounder can be up/down to a few centimeters. By contrast, the sonar signal does not penetrate harder bottom deposits, such as sand, gravel and till. Nevertheless, the sediment echo sounding image shows the boundary between the hard and soft deposits, including information about how stony the sediments are. Sonar sensor transmits sound pulses directionally to the sea bottom and receive reflected signals both from the bottom and from sediment layer/unit boundaries. Water depth and sediment layer thickness is calculated from sound pulse travel times. Signal penetration is affected by both the frequency of the signal, as well as the type of bottom sediment; the best penetration occurs with low frequencies and soft sediments. High signal frequencies have poor sound penetration but good resolution. Using both high and low frequency transducers simultaneously provide good resolution and moderate penetration in soft sediments.
Multibeam echo sounding makes it possible to map large areas, as it produces a fan-like cover of the seabed using many individual echoes. The multibeam system measures and records the time it takes for an acoustic signal to travel from the transmitter to the seabed and back, measuring the distance to the seabed. Using the distance and measurement angle from the sonar, it is possible to deduce the depth of the seabed for each beam. Based on the dense point cloud by the depth data, the surface model is formed, giving a continuous 3D model of the seabed, an image of the seabed landscape, where the seabed shapes are shaded and colored according to the depth.
Multibeam echo sounding reveals seafloor features, such as submarine valleys, sea holes and narrow canyons. Based on such echo sounding data, it is possible to estimate, for example, the stoniness and roughness of the seabed or the natural habitats of an area. Multibeam sounding images show the traces of dredging, disposal areas or bottom trawling on the seabed. Various structures, such as cables and water and sewer pipes, also stand out from the images. The advantage of multibeam sounding is its coverage and increased knowledge of the details of the seabed, but the post-processing of massive depth-point data is heavy and time-consuming.
A side-scan echo sounder provides an acoustic silhouette of the seabed surface. The signal returning from the bottom registers strongly when reflected from a hard surface, such as rock or boulder. Clay and mud bases reflect sound poorly. The path of the returning sonar signal is also affected by seafloor morphology. Erosion and sedimentation structures, ripple marks, gaseous sediments and human activity (cables, demersal trawling, dredged areas, sea disposal, sand and gravel extraction from the seabed, etc.) can be interpreted from the image.
The side-scan sonar provides a very detailed and accurate view of the surface structure and composition of the seabed, as well as any objects upon it. This method is widely used, for example, for locating wrecks. Boulders, objects such as shipwrecks leave an acoustic shadow behind. The height of the structures above the seabed can be calculated from the length of the shadow. The result is an image that is very similar to an aerial image.
Seismic reflection survey can provide information on the thickness and internal structures of coarse sediment (sand, gravel, till) units. It also provides information on bedrock topography. Seismic reflection profiling is suitable not only for studying the location of the bedrock below seabed, but also for detecting tectonic elements of the bedrock, such as fault lines and thrust zones. Seismic reflection uses low-frequency transmitters/sound sources and separated receiver. Seismic waves are reflected at interfaces, such as the seafloor and stratigraphic or lithologic and geotechnical boundaries, due to changes in the density and velocity (acoustic impedance) of the layers. Reflective seismic profiling is well suited for geological survey, and the method has been in use since the 1960s.
Post-processing of the sounding data:
The sounding data were initially interpreted from plotter prints of sounding equipment, from which the geological interfaces were interpreted and digitized into files. The digital data collection system was introduced in 1995. The post-processing and interpretation of the sounding data has been implemented since the 21st century using Meridata's MDPS post-processing software. MDPS is data processing and interpretation software that can interpret data from many different devices and view values measured at different frequencies simultaneously. The data from sounding devices are combined with spatial data and stored simultaneously using Meridata's MDCS data collection software, which integrates a coherent ensemble of the measurement devices. This facilitates the comparison and interpretation of the datasets. Data on seabed substrates verified by sampling have been used as to assist in interpretation. |
