© Author(s) 2019. CC Atribution 4.0 License GEOLOGIJA 62/2, 279-300, Ljubljana 2019 https://doi.org/10.5474/geologija.2019.014 Pregled uporabe georadarja na krasu Application of ground penetrating radar in karst environments: An overview Teja CERU1 & Andrej GOSAR2,3 1Geološki zavod Slovenije, Dimiceva ul. 14, SI-1000 Ljubljana, Slovenija; e-mail: teja.ceru@geo-zs.si 2Agencija RS za okolje, Urad za seizmologijo, Vojkova cesta 1b, SI-1000 Ljubljana, Slovenija 3Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehniška fakulteta, Aškerceva 12, SI-1000 Ljubljana, Slovenija Prejeto / Received 4. 11. 2019; Sprejeto / Accepted 17. 12. 2019; Objavljeno na spletu / Published online 24. 12. 2019 Kljucne besede: georadar, kras, jama, pogrezanje, epikras, kraški vodonosnik, kamnolom, brezstropa jama, jamski sedimenti Key words: ground penetrating radar (GPR), karst, cave, subsidence, epikarst, karst aquifer, quarry, unroofed cave, cave sediments Izvlecek Kras kot kompleksen in heterogen sistem predstavlja za georadar velik izziv. Kljub vsemu pa lahko z dobro nacrtovanimi georadarskimi raziskavami pridobimo dodatne informacije o plitvem podpovršju, kjer se odvija vecina kraških procesov. Zaradi specificnosti kraškega površja so v uvodnem delu predstavljene nekatere ovire in prilagoditveni pristopi pri raziskavah na krasu. Analiza pregleda objavljene literature je pokazala, da se georadar v kraških okoljih najpogosteje uporablja za zaznavanje jam in obmocij pogrezanj ter pri preprecevanju nenadnih porušitev tako v urbanih obmocjih kot tudi pri gradbenih posegih v prostor. Georadar se uporablja tudi pri raziskavah kraških vodonosnikov, epikrasa in raziskavah v kamnolomih. Poleg uveljavljenih aplikacij so predstavljene nekatere še neuveljavljene aplikacije, kot je uporaba georadarja pri raziskavah brezstropih jam in jamskih sedimentov. Glavni namen clanka je prikazati in ovrednotiti možnosti uporabe georadarja v razlicnih kraških okoljih in spodbuditi njegovo uporabo za nekatere nove aplikacije in opozoriti na nujnost interdisciplinarnega pristopa v takšnih študijah. Abstract Karst as an extremely complex and heterogeneous system, that presents a great challenge for the ground penetrating radar (GPR). However, properly planed GPR surveys can provide additional information about the shallow subsurface, where most karst processes take place. Due to the specific nature of the karst terrain, the introductory part presents some obstacles and adaptive approaches to karst research. An analysis of the published literature revealed that the GPR is most commonly used for detecting caves and subsidence areas and for preventing collapses in urban areas and for construction interventions. This is followed by exploration of karst aquifers, epikarst and quarry research. Some non-established applications are also presented, such as the use of a georadar in exploration of unroofed caves and cave sediments. The main purpose of this article is to demonstrate and evaluate the possibilities of using a georadar in different karst environments, to encourage its use in some new applications, and to emphasize the necessity of an interdisciplinary approach in such studies. Uvod Kraški sistem sodi med najkompleksnejša geo­loška okolja pri hidrogeoloških, geotehnicno-in­ženirskih in okoljskih raziskavah. Zaradi hete­rogenosti in nepredvidljivosti predstavlja kraški sisitem za georadarske raziskave velik izziv, a z leti se njegova uporaba kljub vsemu veca. Z vidi­ka zašcite podzemne vode na kraških obmocjih, ter zaradi ostalih nevarnosti, ki so posledica zakrasevanja (npr. nestabilnost tal), je vse vecje zavedanje pomembnosti razumevanja kraških procesov vodilo v hiter porast raziskav v zadnjih dveh desetletjih (Gutiérrez et al., 2014). Kljuc­na prednost georadarja v primerjavi s seizmic­no refrakcijo/refleksijo in elektricno upornostno tomografijo (ERT) je visoka locljivost, ki omogo­ca natancen vpogled v strukturo podpovršja ter relativno hitre in enostavne meritve (Schrott & Sass, 2008). Medtem ko z geološkimi, hidrogeolo­škimi in geomorfološkimi metodami raziskujemo le površje krasa oz. pridobimo le tockovne infor­macije iz globine (vrtine), nudijo geofizikalne me­tode zvezen niz podatkov. Kras pokriva 12 % vsega površja Zemlje in je zaradi svoje raznolikosti in posebnosti predmet številnih študij v okviru temeljnih ali aplikativ­nih raziskav na razlicnih znanstvenih podrocjih (Andreo et al., 2010). Dejstvo, da karbonatne in evaporitne kamnine pokrivajo 20 % površja in da je cetrtina prebivalstva odvisna od oskrbe pitne vode v kraških vodonosnikih (Gutiérrez et al., 2014), je vodilo v vse vecji interes za raziskovanje tega sistema. Zaradi obcutljivosti kraškega siste­ma so v takšnih okoljih potrebne posebne metode raziskav za zašcito pred okoljsko-inženirskimi problemi kot so onesnaževanje kraških vodonos­nikov, pogrezanje tal, nastanek udornic in jam. V zadnjem casu je bilo objavljene veliko pregledne literature, ki združuje in povezuje temeljno vede­nje z aplikativnimi študijami na kraškem površju (Andreo et al., 2010; 2015; Waltham et al., 2005). Še pomembnejše so raziskave krasa na urbanih obmocjih in pri inženirsko-geotehnicnih posegih v prostor (kamnolomi, gradnja cest in predorov) za zmanjševanje geološko pogojenih nevarnosti (geohazard). V zadnjih 30 letih se je uporaba georadar­ja uveljavila na številnih podrocjih, cemur so v zadnjih 10 letih sledile objave preglednih clan­kov za razlicne aplikacije. Eden izmed prvih ce­lovitih preglednih clankov na podrocju uporabe v geologiji obravnava uporabo georadarja v sedi­mentologiji (Neal, 2004). Pregled uporabe geofizi­kalnih metod pri geomorfoloških raziskavah sta podala Schrott & Sass (2008) in poudarila pomen integracije razlicnih metod ter opisala njihove prednosti in omejitve. V zadnjih nekaj letih so bili objavljeni tudi pregledni clanki na podrocju gradbeništva (Wai-Lok Lai et al., 2018). Zajícová & Chuman (2019) sta podala pregled uporabe ge­oradarja v študijah tal, kjer obravnavata doloce­vanje vsebnosti vode, stratigrafije tal, vsebnosti soli in strukture tal, zaznavanje drevesnih ko­renin in koreninske biomase. Pregled raziskav z razlicnimi geofizikalnimi metodami na krasu so povzeli Chalikakis et al. (2011), ki so obravnavali prednosti in omejitve za nekatere najpogostejše aplikacije. Podrobnejši pregled, ki bi obravnaval razlicne aplikacije georadarja na krasu, še ni bil objavljen. Ta prispevek predstavlja krajši povzetek teo­rije in raziskav, ki so bile narejene v okviru dok­torskega dela (Ceru, 2019). V uvodnem delu so podane osnove, ki so pomembne za razumevanje delovanja georadarja ter njegove uporabe na kra­su. Sledi analiza pregleda objavljene literature v bazah Web of Science (WoS) in Scopus. Jedro clanka predstavlja pregled raziskav po razlicnih aplikacijah s primeri radargramov. Predstavljene so nekatere najbolj uveljavljene uporabe ter tudi nekatere nove možnosti, ki so bile raziskane v okviru doktorata, kot je zaznavanje brezstropih jam in jamskih sedimentov z georadarjem. Osnove delovanja georadarja Georadar oddaja kratke pulze elektromagne­tnega (EM) valovanja v podpovršje, kjer se del vpadnega valovanja odbije (refleksija) zaradi kontrasta dielektricnih lastnosti na meji razlic­nih snovi (Blindow et al., 2007). Globinski doseg georadarja je poleg elektricnih lastnosti materia­la v najvecji meri odvisen od frekvence oddajnih anten, zato se v praksi glede na ciljno problema­tiko uporabljajo georadarski sistemi razlicnih frekvenc. Za uporabo na krasu so najprimer­nejši nizkofrekvencni georadarski sistemi (25–250 MHz), ki omogocajo vecji globinski doseg ob še sprejemljivi locljivosti. Pri plitvejših raziska­vah pa je zaželeno, da se meritve dopolnjujejo tudi z višjefrekvencnimi antenami (. 250 MHz). Metoda georadarja je po principu delovanja podobna refleksijski seizmiki in tehnikam so­narjev (Davis & Annan, 1989). Metoda temelji na penetraciji EM valov, ki jih v kratkih impulzih pošiljamo z oddajno anteno v tla (Davis & Annan, 1989). Del vpadnega valovanja se na meji razlic­nega materiala odbije zaradi razlicnih elektric­nih lastnosti (Blindow et al., 2007), kjer ga na površju zazna sprejemna antena (sl. 1). Pri tem se meri dvojni cas potovanja valov (ang. two-way travel time) od oddajne antene do mejnih ploskev (reflektorji) in nazaj do sprejemne antene. Sl. 1. Shematski prikaz delovanja georadarja. Fig. 1. Schematic principle of GPR measurement. Najpomembnejši lastnosti, ki vplivata na od­bojnost na meji razlicnih plasti in na globinski doseg valovanja, sta dielektricnost (e) in elektric­na prevodnost (s) snovi (Blindow, 2006). Na elek­tricne lastnosti nevezanega sedimenta v najvecji meri vpliva prostorninski delež vode, na spre­membe elektricnih lastnosti kamnin pa vrsta ka­mnine in delež razpok zapolnjenih z vodo in/ali zrakom. Razlike v elektricnih lastnostih materi­alov vplivajo na hitrost in dušenje ter delež odbi­tega EM valovanja. Le dovolj velik kontrast di­elektricnih lastnosti med razlicnimi snovmi in s tem sprememba v hitrosti EM valovanja povzro­ci, da pride do odboja na meji, kar omogoca raz­likovanje med razlicnimi objekti v podpovršju (Reynolds, 2011). Locljivost metode ter izguba energije in dušenje signala Ker se EM valovanje od oddajne antene širi v obliki konusnega stožca, se amplituda zaradi sfe­ricnega razširjanja valovanja z oddaljevanjem od antene zmanjšuje (Reynolds, 2011). Zato se loclji­vost in posledicno velikost objekta, ki ga lahko zaznamo, z globino spreminja. Vertikalna loclji­vost georadarskega sistema je funkcija predvsem frekvence in teoreticno velja, da je vertikalna lo­cljivosti enaka Ľ valovne dolžine (./4). V praksi je manjša od teoreticne, saj nanjo vplivajo še šte­vilni drugi dejavniki. Horizontalna locljivost pa je odvisna od frekvence in dielektricnih lastnosti snovi. V tabeli 1 so podane vrednosti za vertikal­no in horizontalno locljivost za dva razlicna ma­teriala in dve frekvenci, ki se najpogosteje upo­rabljata pri raziskavah na krasu. Vidimo, da se horizontalna locljivost z globino hitro manjša. Na izgubo energije in dušenje EM valovanja vpliva veliko dejavnikov. V prvi vrsti na zmanj­šanje amplitude vpliva sama oblika oz. geometrija georadarskega signala. Ko potuje od antene v tla, se ustvari t.i. talni spoj (ang. ground coupling), kjer pride do prvih izgub EM valovanja. Izguba je odvisna tudi od znacilnosti in kakovosti georadar­skega sistema ter frekvence, saj so višje frekvence podvržene vecjemu dušenju. Poleg tega pa na du­šenje vplivajo predvsem dielektricne, elektricne in magnetne lastnosti kamnin. Na te pa vplivajo poroznost, zrnavost, mineralna sestava, prisotnost vode, prisotnost soli in ostale znacilnosti materia­la, zato je težko vnaprej predvideti vse dejavnike, ki imajo vpliv na razširjanje EM valovanja. V praksi se na kraškem terenu izkaže, da ima na dušenje signala velik vpliv heterogenost siste­ma. Praznine, neraven in nezvezen kontakt ma­ticne podlage s tlemi z vmesnimi globokimi žepi in nehomogenosti znotraj karbonatnih kamnin povzrocajo sipanje energije in vplivajo na zmanj­šanje energije signala. Veliko omejitev na krasu predstavljajo tudi drobnozrnati sedimenti, ki za­polnjujejo depresije, jame in kraške žepe, saj zara­di svojih lastnosti pomembno vplivajo na izgubo signala. Sedimenti in tla na krasu vsebujejo pre­cejšen delež glinenih mineralov, ki bistveno vpli­vajo na dušenje signala, še posebej ob vecji pri­sotnosti vode. Kljub temu, da tla na karbonatnih tleh navadno niso debela, se je izkazalo, da je glo­binski doseg 50 MHz antene bistveno manjši (med 5–20 m, v povprecju pa med 8–15 m) v primerjavi z meritvami v kamnolomih, kjer je teren raven in na površju ni sedimentov (globinski doseg do 30 m). Na razgibanem površju prihaja do izgub energije tudi zaradi slabega stika med anteno in tlemi. Izvajanje meritev na kraškem terenu Kraški teren je vecinoma neraven in težko prehoden, kar za georadarske meritve predsta­vlja precejšen omejitveni dejavnik. Pred zacet­kom meritev zato traso profilov ocistimo, kolikor je to mogoce, da omogocimo cim boljši stik ante­ne s tlemi. Ce je teren dovolj raven, se uporabljajo toge šcitene antene, s katerimi pa je premikanje po terenu polnem kamenja in škrapelj nemogoce ali pa je stik antene s tlemi preslab. Za vecino raziskav v okviru doktorata je bila zato upora­bljena georadarska oprema Mala ProEx (Šved­ska) z 50 MHz RTA (»Rough Terrain Antenna«) nešciteno (ang. unshielded) anteno. Ta se je za ge­ološke aplikacije izkazala kot zelo uspešna tako zaradi globinskega dosega kot zaradi samega sis­tema, ki omogoca meritve tudi na bolj razgiba­nih in porašcenih obmocjih. Meritve smo glede na namen in terenske pogoje dopolnjevali tudi s šciteno (ang. shielded) 250 MHz anteno. Glavna prednost RTA sistema je upogljivost cevi, ki vkljucuje oddajno in sprejemno ante­no. Takšna konfiguracija omogoca meritve na škrapljastem terenu (sl. 2a). Po drugi strani pa takšen sistem onemogoca šcitenje sevanja anten, kar pomeni, da oddajna antena EM valovanje od­daja v vse smeri in dobimo tudi nadpovršinske odboje, ki v neugodnih pogojih lahko zakrivajo reflektorje v podpovršju. Ce je mogoce, zato me­ritve nacrtujemo v mesecih, ko na drevesih ni listja in bujne podrasti ter tako zmanjšamo vpliv nadpovršinskih odbojev. Poleg tega je takrat te­ren tudi bolj prehoden in posledicno stik antene s tlemi boljši. Izogibamo se tudi daljnovodom, og­rajam in ostalim objektom na površju, ki lahko predstavljajo izvor nadpovršinskih motenj. Za plitvejše raziskave smo meritve dopolnje­vali tudi s šciteno 250 MHz anteno (sl. 2b). Od­dajna in sprejemna antena sta šciteni v skupnem ohišju, zato antena oddaja signal samo v smeri tal. S tem je omogoceno selektivno izboljšati žele­ne signale in zmanjšati motnje. Poleg prednosti pa se možnost pojava veckratnega odbijanja signala (ang. ringing) zaradi sistema znatno poveca. Šci­tenje antene nikoli ni popolno, zato vcasih tudi pri šcitenih antenah dobimo nadpovršinske odbo­je (Annan, 2009), ki se jih lahko napacno interpre­tira. Zato je uporaba nešcitenih anten vcasih bolj­ša izbira, ce nam pogoji na terenu to omogocajo. Izbira antene in primerjava radargramov razlicnih frekvenc Ustrezna izbira frekvence antene georadar­skega sistema je kljucnega pomena pri nacrto­vanju meritev, saj frekvenca vpliva na globinski doseg in locljivost metode. Glede na kontrast fi­zikalnih lastnosti ciljne strukture (jama, vrtaca, cevi, prelom, geološka bariera…) v primerjavi z okolno kamnino, ciljno globino in velikostjo pro­ucevane strukture, se odlocimo za ustrezno fre­kvenco. Pred izbiro ustrezne antene je potrebno vedeti v kakšnih pogojih se kraške oblike pojav­ljajo, približno kakšnih dimenzij so, ter na kateri globini pricakujemo pojav, ki ga želimo zaznati. Ce pa je le mogoce in smiselno, meritve izvedemo z vec razlicnimi frekvencami. Za primerjavo radargramov razlicnih fre­kvenc sem izbrala dva primera, izmerjena v raz­licnih terenskih pogojih. Prvi profil (sl. 3) prika­zuje obmocja povezav med segmenti brezstrope jame na otoku Krk v karbonatih (Ceru et al., 2018a). Zaradi velikega kontrasta v dielektricni konstanti med sedimenti brezstropega jamske­ga sistema in okoliškim kraškim terenom se ta obmocja jasno odražajo tako na radargramih 50 MHz kot tudi 250 MHz antene. Obmocja anomalij (A in B) se jasneje vidijo na radargramu 50 MHz antene, kjer je dušenje signala na obmocjih vec­je debeline sedimentov izrazitejše v primerjavi z 250 MHz anteno. Na radargramu 250 MHz an­tene se zaradi boljše locljivosti antene lepo vidi skledasto obliko povezav (povecan detajl slike 3). Drugi primer (sl. 4) prikazuje georadarski profil preko vrtace v pleistocenskem konglome­ratu na Kranjskem polju (Ceru et al., 2017), kjer so lepo vidne razlike med 50 MHz nešciteno in 250 MHz šciteno anteno. Pri 250 MHz anteni ne dobimo nadpovršinskih odbojev od dreves. Za­radi velike debeline tal je globinski doseg obeh anten manjši kot v primeru brezstropih jam v apnencih. Ce primerjamo radargrama obeh fre­kvenc, 250 MHz antena poda bistveno manj in­formacij kot 50 MHz antena. Pedološki horizont Bt je na profilu 50 MHz antene zvezen, medtem ko pri 250 MHz anteni ni v celoti sledljiv. Prav tako niso jasni in izraziti odboji od praznin v dnu vrtace, kot je to vidno pri 50 MHz anteni. Iz obeh predstavljenih primerov vidimo, da je potrebno vsak teren obravnavati loceno, prav tako je zaželena uporaba vec frekvenc. Testne meritve pri umerjanju metode so pomembne, saj nam pokažejo, katera frekvenca je primernejša za dane terenske pogoje in cilj raziskav. Obdelava podatkov Striktna navodila za obdelavo georadarskih podatkov ne obstajajo, razen za nekatere osnovne postopke kot je odstranitev zamika signala in do­locitev nicelnega casa, ki so nujni. Izbira drugih postopkov in njihovega zaporedja pa je prilagoje­na konkretnim podatkom. Pri izbiri postopkov je zelo pomembno dobro poznavanje lastnosti pre­ucevanega obmocja. Nekateri napredni postopki obdelave lahko podajo boljše informacije, ce je ciljna struktura dobro definirana, in kjer vnap­rej poznamo velikost, obliko objekta in lastnosti podpovršja, da so postopki sploh smiselni, kar pa je pri raziskavah na krasu pogosto nemogo­ce. Zaradi slabšega globinskega dosega pri vecini raziskav, sem nekoliko vec casa namenila oja­cenju amplitude. Vsak radargram sem obdelala z razlicnimi funkcijami in nastavitvami, da sem pridobila najboljši rezultat. Vsako obmocje zahteva specificno obdelavo, a pri vecini radargramov sem uporabila zaporedje postopkov, ki so prikazani v tabeli 3. Postopki so prikazani na primeru radargrama obdelanem v programu ReflexW (sl. 5). Anomalija kaže na povezavo med dvema vecjima depresija­ma (okvir na sl. 5). Obmocje vecje debeline sedi­mentov dokazuje povezavo teh oblik v brezstrop jamski sistem. Nekateri naprednejši postopki kot je migracija in dekonvolucija so bili uporabljeni za posebne namene. Z vzporedno mrežo profilov lah­ko pridobimo 3D model podpovršja, kjer dobimo predstavo o razširjanju iskanih objektov v prosto­ru. Programska okolja poleg 3D modelov omogo­cajo tudi prikaz prerezov po globini in dolžini. Uporaba georadarja na krasu Georadar se je v zacetku uporabljal za reše­vanje razlicnih geoloških problemov, predvsem pri inženirskih in okoljskih raziskavah ter na podrocju glaciologije. Šele kasneje se je metoda uveljavila na številnih drugih podrocjih, med drugim tudi za raziskave na krasu. Za pregled uporabe georadarja na krasu sem uporabila objavljeno literaturo v podatkovnih bazah Scopus in Web of Science (WoS). Z iskal­nim vnosom (title-abs-key (gpr) or title-abs-key (ground and penetrating and radar) and title-ab­s-key (karst*)) dobimo v bazi Scopus 297 zadetkov in v bazi WoS z iskalnim vnosom, ki je ekviva­lenten iskanju v Scopus bazi (topic (title, abstra­ct, author keywors, keywords Plus): (ground penetrating radar or gpr) and topic: (karst*)), 244 zadetkov. Glavna razlika med zadetki v obeh bazah je delež prispevkov s konferenc. V bazi Scopus je zavedenih vec prispevkov s konferenc, nabor clankov pa je podoben. Po pregledu vsebin clankov in prispevkov je ocitno, da je vecina pri­spevkov na konferencah s podrocja gradbeništva in geotehnike, medtem ko so vsebine clankov bolj raznolike in obravnavajo tudi nekoliko bolj te­meljne krasoslovne tematike. Najvecji porast objav sledimo po letu 2009, od takrat dalje je letno število prispevkov s konfe­renc in clankov bolj ali manj konstantno (sl. 6). Graf slike 7 prikazuje število objav po drža­vah, za katere pa so znacilni razlicni interesni cilji raziskav. V ZDA prevladujejo raziskave ob­mocij pogrezanja (ang. subsidence) oz. nenadnih udorov (ang. hazardous sinkhole) in raziskave hidrogeoloških znacilnosti v kraških vodonosni­kih. Na Kitajskem je uporaba georadarja pove­zana predvsem z gradbeno-inženirskimi posegi v prostor. Vecina raziskav v Španiji je osredotoce­na na preucevanje procesov zakrasevanja v eva­poritnih kamninah, kjer se georadar aplicira za zaznavanje in dolocevanje obsega obmocij pogre­zanja v sadri in anhidritu. V Italiji prevladujejo arheološke raziskave v zakraselih apnencih in študije zaznavanja plitvih jam in obmocij nesta­bilnosti. Tudi v Sloveniji je bilo do sedaj uspešno izvedenih že nekaj študij z nizkofrekvencnim ge­oradarjem za detekcijo kraških pojavov v apnen­cih. Za analizo uporabe georadarja na krasu sem v bazi Scopus posamicno pregledala in izbrala 227 relevantnih clankov in prispevkov z razlicnih konferenc. V nabor objavljenih del sem vkljucila vse raziskave, ki obravnavajo vsebine povezane s krasom, in jih uvrstila v kategorije glede na glavni Wcilj raziskave (sl. 8). Iz grafa je razvidno, da se je georadar sprva uporabljal predvsem za za­znavanje praznin in jam, strukturno tektonskih znacilnosti kamnin in pri raziskavah v kamnolo­mih ter za raziskave epikraške cone oz. za dolo­canje meje tla/podlaga. Precejšen delež raziskav je bil že v zacetku uporabe georadarja na krasu usmerjen na zaznavanje obmocij ugrezanj. Z leti je število aplikacij naraslo in pricele so se razi­skave kraških vodonosnikov in študije v okviru arheoloških raziskav, ki pa so najmanj povezane s kraškimi vsebinami. Po letu 2006 do danes pre­vladujejo georadarske raziskave pri inženirsko­geotehnicnih posegih v prostor, tovrstne študije vecinoma obsegajo zaznavanje praznin in struk­turno-tektonske znacilnosti kamnin. Poleg tega je vse vec raziskav, ki se ukvarjajo z analizo si­gnala in z modeliranjem EM valovanja. Pregled po razlicnih aplikacijah Vecina raziskav povezanih s kraškimi pojavi je aplikativnega znacaja. Georadar se uporablja za zaznavanje praznin, strukturnih znacilnosti kamnin v kamnolomih, kraških vodonosnikih, pri gradbenih posegih v prostor in tudi v arheo­logiji. Temeljne raziskave, ki bi obravnavale kra­ška vprašanja, ki niso povezana z oceno tveganj in napovedovanj nevarnosti (ang. risk assessment, hazard), so redka. Vecina študij posredno obrav­nava kraški sistem, kjer so glavni cilj raziskav posledice zakrasevanja kamnin, ki lahko povzro­cijo škodo oz. tveganje za nevarnost (pogrezanje, udiranje) oz. ranljivost kraškega sistema (kraški vodonosniki). V nadaljevanju so po razlicnih aplikacijah predstavljene objavljene ali lastne raziskave ter podane prednosti in omejitve georadarske metode. Jame in praznine Najbolj pogosta uporaba georadarja na kra­škem površju je zaznavanje jam in praznin v po­vezavi z inženirsko-geotehnicnimi posegi v pros­tor in na obmocjih posedanj in ugrezanj. Prazen jamski prostor se navadno dobro odraža na ra­dargramih zaradi velikega kontrasta v dielek­tricni konstanti med kamnino in zrakom. Seveda je treba upoštevati, da so lahko praznine delo­ma ali popolnoma zapolnjene s sedimentom, kar nakazuje hitrost razširjanja EM valovanja, ki jo dobimo s prileganjem hiperbole. Georadar je primeren za zaznavanje jam do globine 30 m, seveda v odvisnosti od izbrane fre­kvence in terenskih pogojev. Pomembno je, da poznamo oz. predvidevamo globinski doseg pri doloceni frekvenci v danih pogojih na terenu ter vertikalno in horizontalno locljivost metode (tabela 1). Pri tem je pomembna predvsem ho­rizontalna locljivost georadarja, ki se z globino manjša, kar pomeni, da na vecjih globinah lah­ko zaznamo le vecje jame. Martínez-Moreno et al. (2013, 2014) so podali pregled raziskav z raz­licnimi geofizikalnimi metodami ter približno globino, kjer so zaznali jame. Globina detekcije podpovršinskih praznin v študijah, ki so vklju­cevale metodo georadarja, je znašala med 4–28 metri. Za raziskave globljih jam (40–80 m) se je izkazalo, da je primernejša uporaba razlicnih elektricnih metod v kombinaciji z magnetnimi in/ali gravimetricnimi metodami (Martínez-Mo­reno et al., 2013). Metoda georadarja za zaznava­nje jam in manjših praznin je primerna vecinoma najvec do globine 30 m. Georadarske raziskave zaznavanja jam in manjših praznin ter doloca­nje geometrije in razširjanje praznih prostorov v podpovršju se najveckrat dopolnjujejo z ostalimi elektromagnetnimi in elektricnimi metodami (Brown et al., 2011; Carričre et al., 2013; El-Qady et al., 2005; Gómez-Ortiz & Martín-Crespo, 2012; Lazzari et al., 2010), redkeje z gravimetricnimi (Beres et al., 2001; Mochales et al., 2008; Leucci & De Giorgi, 2010) in seizmicnimi metodami (Car­darelli et al., 2010). V vecini naštetih raziskav je bil cilj zaznati jame in praznine, v nekaterih pa se je georadar uporabil tudi kot komplementarno metodo pri preucevanju nastanka jam in njihovih zapolnitev (Murphy et al., 2008). V arheoloških študijah so georadar uporabili tudi za zaznava­nje in lociranje jam v apnencih, znotraj katerih se lahko nahajajo sedimenti primerni za izkopava­nje (Chamberlain et al., 2000). V teoriji se jamski prostor na radargramih odraža kot hiperbolicni odboj. Takšen odboj do­bimo, ce je profil usmerjen precno na razširjanje jame in je ta v preseku polkrožne oblike. V pra­ksi se velikokrat izkaže, da so ti odboji komple­ksnejši, in zaradi nehomogenosti, kot so razlicne geološke plasti, strukturne znacilnosti (razpo­ke, prelomi), ne vedno tako ocitni. Na obliko in znacaj anomalije vpliva tudi velikost, oblika in globina jame, zapolnitev ter tudi terenski pogo­ji na površju. Poleg tega je potrebno upoštevati vse možne dejavnike, ki bi lahko na radargramih predstavljali motnjo oz. šum, npr. odboji od dre­ves, ograj in elektricnih napeljav. Lep primer anomalije nad jamo predstavlja radargram na sliki 9 posnet nad jamo Biserujko na otoku Krku. Vhodni del jame predstavlja veli­ka dvorana polkrožne oblike, kar se na radargra­mu jasno odraža z odbojem hiperbolicne oblike. V praksi je takšnih primerov malo, navadno so odboji od jam in praznin kompleksnejši. To pri­kazuje slika 10, kjer sta prikazana dva profila nad vhodno dvorano Najdene jame pri Lazah na Planinskem polju. Na profilu 1, kjer smo meritev izvajali precno nad vhodno dvorano, se ta odra­ža z eno vecjo hiperbolo na globini 10 m (sl. 10a). Povsem drugacen radargram kaže profil 2, kjer smo merili v vzdolžni smeri nad vhodno dvora­no (sl. 10b). Celotna dolžina profila se nahaja nad jamsko dvorano, ki se odraža z manjšimi difrak­cijskimi hiperbolami po celotni dolžini. Te se na­hajajo na razlicnih globinah med 5 in 14 metri (rdece pušcice). Vhodna dvorana je zelo razgiba­ne oblike z jamskim stropom na razlicnih globi­nah, zato dobimo tako kompleksen radargram. Kljub temu, da je zaznavanje jam najbolj razširjenja in relativno enostavna uporaba ge­oradarja, je dobljen radargram lahko zelo kom­pleksen. Izdelava sinteticnih modelov in modeli­ranje je zato bistvenega pomena pri interpretaciji in inverziji georadarskih podatkov (Beres et al., 2001; Leucci & De Giorgi, 2010). Obmocja udorov in pogrezanj Na krasu zaradi procesov zakrasevanja v podpovršju prihaja do nenadnih porušitev, kar je lahko nevarno, še posebej v urbanih okoljih. Procesi, ki vodijo do nastanka udorov in pogre­zanj, so razlicni. Obstajajo številne genetske kla­sifikacije, kar pa presega namen tega prispevka. Omenila bi samo, da se izraz »doline« za vrtaco uporablja bolj v evropski literaturi, medtem ko se v Severni Ameriki ter v inženirsko-okoljskih raziskavah pogosteje uporablja izraz »sinkhole«, ki se nesistematicno uporablja tako za vrtace kot tudi udornice, za udornice in obmocja pogrezanj pa tudi »collapse sinkhole« in redkeje »collapse doline« (Carbonel et al., 2015; Gutiérrez et al., 2014). Na obmocjih, ki so podvržena procesom udi­ranja (ang. collapse) ali pogrezanja (ang. subsi­dence), je pomembno raziskati, kaj se dogaja v podpovršju, saj na površju pogosto ni vidnih zna­kov zakrasevanja. Ko se poruši ravnotežje, lahko pride do nenadnih udorov, ki lahko povzrocijo ogromno škode. Vecje obmocje takšnih pojavov predstavlja Florida in druga obmocja v ZDA kot so Teksas, Alabama in Pensilvanija. Drugi, poca­snejši proces, pogrezanje oz. posedanje, pa prav tako povzroca nestabilnosti, ki vplivajo na infra­strukturo urbanih obmocij. Poleg kraških pojavov v karbonatnih kamni­nah se podobni procesi odvijajo v evaporitnih kamninah kot je sadra, halit in anhidrit. Procesi zakrasevanja v evaporitnih kamninah so bistveno hitrejši od tistih v karbonatnih, zato so obmocja udorov in pogrezanj predmet številnih geofizi­kalnih raziskav. Procesi v evaporitnih kamninah se v marsikaterem pogledu precej razlikujejo od procesov v karbonatnih kamninah. Poleg hitrej­šega raztapljanja so takšne kamnine tudi mehan­sko manj odporne in stabilne ter bolj duktilnega znacaja. Georadarsko metodo so uporabili v šte­vilnih raziskavah vzdolž Mrtvega morja (Frum­kin et al., 2011; Ezersky et al., 2017; Ronen et al., 2019). V zadnjih 30 letih je bilo evidentiranih na stotine udorov vzdolž Mrtvega morja tako v Izra­elu kot v Jordaniji, pri cemer je prišlo do vec ne­srec na urbanih obmocjih (Frumkin et al., 2011). Jame oz. praznine na tem obmocju se pojavljajo vecinoma na globini 20–70 m in pod nivojem sla­ne podzemne vode, kar predstavlja glavni omejit­veni dejavnik za georadarsko metodo, zato so bile za detekcijo globljih jam uporabljene tudi druge geofizikalne metode. Integracija geofizikalnih metod z ostalimi geološkimi metodami je bistve­no izboljšala zaznavanje praznin in potencialnih obmocij za nastanek udora. Georadar se je izka­zal za najboljšo izbiro pri zaznavanju praznin v plitvem podpovršju do globine 15 m. Na sliki 11 je predstavljen takšen primer georadarskih me­ritev, kjer so z meritvami dolocili mesta poten­cialnih udorov (Ronen et al., 2019). Samo nekaj mesecev po meritvah je prišlo do udora. Odboji od praznin so vecinoma zelo kompleksni. Procese zakrasevanja v neogenskih evaporitih intenzivno preucujejo tudi na obmocju Zaragoze v Španiji (Rodriguez et al., 2014; Carbonel et al., 2015; Sevil et al., 2017). V Španiji izdanki evapo­ritnih kamnin (sadra, anhidrit, halit) neogenske, paleogenske in triasne starosti predstavljajo oko­li 7 % površja (Gutiérrez et al., 2008). Zaradi hi­trega raztapljanja prihaja do hitrih sprememb na površju, ki so odraz vecinoma podzemnih pro­cesov zakrasevanja. Zaradi varnosti in visokih stroškov sanacij so ta obmocja v zadnjih 20 letih vkljucena v številne raziskave, da bi bolje razu­meli procese v evaporitnih kamninah, tok podze­mne vode in nenazadnje, da bi preprecili tovrstne nesrece. V okviru geoloških, sedimentoloških in geomorfoloških raziskav sta bila georadar in elektricna upornostna tomografija velikokrat aplicirana. Rodriguez et al. (2014) so raziskali možnosti uporabe georadarja za karakterizacijo dveh depresij na pokritem krasu, ki sta nastali z razlicnima procesoma. Rezultati georadarskih meritev so tako omogocili zanesljivo dolocitev mej depresij, znacilnosti njihove notranje geome­trije z deformacijskimi znacilnostmi. Na podlagi pridobljenih podpovršinskih podatkov so lah­ko sklepali na mehanizem pogrezanja in ocenili magnitudo le-tega. Metoda je imela tudi nekate­re pomanjkljivosti. Zaradi prisotnosti glinenih in meljastih sedimentov znotraj vrtac je bil glo­binski doseg omejen, ponekod pa so nadpovršin­ski odboji (elektricna napeljava, zidovi, drevesa) povzrocili motnje na radargramih. V raziskavi so uporabili nešciteni 100 MHz in 50 MHz anteni ter 180 MHz šciteno anteno. Bistveno boljše rezul­tate so pridobili z nešciteno anteno. Na podlagi rezultatov nešcitene antene so naredili celovito rekonstrukcijo obmocij pogrezanja in dolocili naklon plasti. Na radargramih šcitene antene so zaznali le meje depresij. V okviru interdiscipli­narnih raziskav rezultate geofizikalnih metod dopolnjujejo tudi z razkopi (Carbonel et al., 2014; 2015; Sevil et al., 2017). Integracija georadarja in elektricne upornostne tomografije (ERT) z razko­pi je prikazana na sliki 12. V zadnjih 15 letih so tovrstne raziskave poleg zaznavanja jam, ki so lahko povezane tudi z mes­ti udorov, najbolj razširjena uporaba georadarske metode. Študije, ki obravnavajo to problematiko so številne (Delle Rose & Leucci, 2010; Gómez-Or­tiz & Martín-Crespo, 2012; De Giorgi in Leucci, 2014; Bumpus in Kruse, 2014; Pueyo-Anchuela et al., 2015; Kaufmann et al., 2018), saj predvsem v urbanih obmocjih predstavljajo takšni pojavi eno od najpogostejših oblik nevarnosti na kraškem površju zaradi cesar so takšne raziskave veli­kokrat interdisciplinarne in jih dopolnjujejo ne­katere tudi dražje metode. S tega vidika tovrstne raziskave prinašajo informacije, ki so preverjene z razlicnimi metodami, kar prispeva k boljšemu poznavanju georadarja v razlicnih terenskih po­gojih, in imajo metodološki doprinos. Epikras in kontakt tla/maticna podlaga Georadar se pri raziskavah tal najveckrat uporablja za dolocevanje globine, lateralnega razširjanja in variabilnosti pedoloških hori­zontov, ki so znacilni za posamezne skupine tal (Doolittle, 1987; Puckett et al., 1990; Stroh et al., 2001). Georadar lahko zazna mejne horizonte, ki se dovolj razlikujejo v pedološko-mineraloških lastnostih, da meje na radargramih predstavljajo prepoznaven reflektor. Z georadarjem naceloma ne moremo zaznati majhnih sprememb v znacil­nostih tal, kot so barva, struktura in poroznost ter prehodnih pedoloških horizontov (AB, AC, BC) in zveznih sprememb znotraj posameznih horizontov (Doolittle & Butnor, 2009). Visoko amplitudne reflekse povzrocajo nena­dne spremembe na mejah med pedološkimi ho­rizonti, ki jih povzrocajo razlike v vsebnosti vla­ge, fizikalne razlike (spremembe v teksturi tal in gostoti) in/ali kemijske spremembe (prisotnost organskega materiala, kalcijevega karbonata in seskvioksidov). Eden izmed bolj znacilnih hori­zontov je argilicni horizont (Bt), ki vsebuje vecji delež glinenih mineralov in ima tudi vecjo gosto­to (Collins & Doolittle, 1987). Prav tako je jasna meja v spodicnih horizontih (Bh, Bfe) zaradi pri­sotnosti humusa in seskvioksidov, ki se kopicijo iz višje ležecih horizontov. Bt horizont smo zaznali na obmocju vrtac v konglomeratih, kjer so tla dobro razvita. Bt hori­zont je na obmocju pleistocenskih konglomeratov tudi precej debel. Na podlagi oblike Bt horizonta glede na današnjo morfologijo antropogeno spre­menjenih vrtac smo z georadarskimi meritvami pridobili informacije o obliki in globini vrtac preden so bile te obdelane (Ceru et al., 2017). Z georadarjem naceloma lahko zaznamo tudi mejo med sedimentom in maticno podlago, ce je meja nenadna in dovolj kontrastna. Navadno je ta meja prepoznavna kot visoko-amplitudni reflek­tor, ki je zvezen. Kljub vsemu pa velikokrat meja med nevezanim sedimentom in maticno podlago ni jasna in je z georadarjem ne moremo zaznati, ce prehod ni oster in raven, in ce je zanj znacil­no, da se na meji pojavljajo vecji kosi preperele maticne podlage (Doolittle & Butnor, 2009). To je znacilno za kraški sistem, kjer je meja med se­dimentom in maticno podlago neravna s pojavi kraških žepov in zveznim prehodom tal v prepe­relo maticno podlago. V takšnih okolišcinah se je izkazalo, da meje med sedimentom in karbonat­no podlago z georadarjem vecinoma ne moremo zaznati. V zacetkih uporabe georadarja na krasu je bilo objavljenih nekaj raziskav, kjer so doloceva­li mejo med tlemi in karbonatno podlago, med­tem ko se je v zadnjih 20 letih število tovrstnih raziskav bistveno zmanjšalo. Doolittle & Collins (1998) sta uporabila EM indukcijo in georadar na krasu na dveh razlicnih lokacijah, Floridi in Pensilvaniji. Ugotovila sta, da imata obe meto­di svoje pomanjkljivosti glede na lastnosti tal in specifike preucevanega terena. Interpretacija zaradi slabega globinskega dosega in locljivosti ter premajhnega kontrasta v elektricnih lastno­stih razlicnih materialov ni bila vedno jasna. Z uporabo 120 MHz antene so bile meritve na tleh v Pensilvaniji neuspešne, saj je bilo dušenje si­gnala zaradi prisotnosti argilicnega horizonta preveliko, da bi lahko zaznali mejo med tlemi in karbonatno podlago. Metoda EM indukcije pa je v primeru bolj prevodnih tal dala boljše rezulta­te. Georadar je bil uspešnejši pri dolocevanju mej med peskom in apnencem ter med peskom, glino in zakraselim apnencem (Collins et al., 1990). V Sloveniji karbonatne kamnine in depresi­je prekrivajo tla s precejšnjim deležem glinene komponente, zato je meja med tlemi in maticno podlago težje dolocljiva. Prav tako tudi debeline in kontakta med zapolnitvijo in maticno podlago v kraških depresijah na razlicnih obmocjih raz­iskav v Sloveniji vecinoma nismo zaznali. Debe­lina sedimentov je bila prevelika oz. so lastnosti sedimentov onemogocale vecji globinski doseg. V primeru raziskav vrtac v konglomeratih smo kontakt dolocili posredno. Takšen primer raziskav je predstavljajo obmocje vrtac v najmlajšem kon­glomeratnem zasipu (Podbrezje), kjer smo kontakt dolocili na podlagi pojavljanja hiperbol, ki naka­zujejo praznine oz. heterogenosti v konglomeratu. V dnu vrtace je na terenu vidna manjša poglobi­tev, kar se s pojavi veckratnih hiperbolicnih od­bojev (moder pravokotnik na sliki 13) odraža tudi na radargramu. Nekatere vrtace v konglomera­tih so nastale s sufozijskimi procesi, pri katerih se nesprijet material spira skozi razpoke v spodaj ležec zakrasel konglomerat, zato so na površju po­nekod vidni grezi ali manjše poglobitve. Poleg tipicnih kraških pojavov se je georadar izkazal kot primerna metoda tudi za karakte­rizacijo pokritega krasa in dolocitev meje med epikraško cono in kompaktnejšim apnencem pod njo (Tallini et al., 2006). V raziskavi so uporabili 40 MHz nešciteno in 100 MHz nešciteno anteno. Globinski doseg je v danih pogojih znašal 12 m (40 MHz) oz. 4 m (100 MHz), zato je bila vecina meritev izvedenih s 40 MHz anteno. Tovrstne študije so zelo redke. Kraški vodonosniki Zelo pomembne so tudi raziskave kraških vodonosnikov, ki pogosto predstavljajo zelo ranljiva obmocja zajetij pitne vode. Georadar predstavlja komplementarno metodo za bolj­še razumevanje hidrodinamicnega mehanizma strukturno heterogenega kraškega hidrosiste­ma, kjer na podlagi lociranja prelomov, kraških kanalov, votlin in ostalih kraških znacilnosti lahko lažje karakteriziramo in konceptualizira­mo strukturo vodonosnika. Pri raziskavah kra­ških vodonosnikov je navadno glavni cilj locirati razpoklinske cone in kanale, prelome in jame ter dolociti geometrijo vseh teh elementov v prosto­ru in podatke iz vrtin dopolniti z georadarski­mi rezultati (Al-Fares et al., 2002). Cunningham (2004) je na podlagi rezultatov študije ugotovil, da obstaja empiricna povezava med izmerjenimi parametri iz vrtin (poroznost, hidravlicna pre­vodnost) in poroznostjo pridobljeno iz slik karo­tažnih meritev v vrtinah ter amplitude signala georadarskih podatkov. Ugotovil je, da se ampli­tuda radarskega signala zmanjšuje z vecanjem poroznosti in hidravlicne prevodnosti dolocene s podatki iz vrtin, kar omogoca kvalitativno oce­njevanje vertikalne in horizontalne porazdelitve poroznosti in hidravlicne prevodnosti. Carričre et al. (2013) so kombinirali georadar in ERT za karakterizacijo kraških kamnin in z namenom bolje razumeti prenos vode znotraj nezasicene cone vodonosnika in skladišcenja vode. Z in­tegracijo dopolnjujocih metod in poznavanjem geologije tega obmocja so uspeli podrobneje ka­rakterizirati kamnine preucevanega obmocja (sl. 14). Kombinacijo ERT metode in georadarja so uporabili tudi v raziskavi vodonosnika v Kanadi (Martel et al., 2018). Izvedena je bila multidisci­plinarna študija za boljše poznavanje podzemne dinamike toka in jamskih poti. Geofizikalne me­tode so dopolnilni s sledilnimi poskusi in vrti­nami ter radarsko interferometrijo (InSAR) za detekcijo premikov na stavbah na obmocjih za­polnjene depresije. Mount et al. (2014) so georadar uporabili za dolocitev porazdelitve poroznosti v vodonosni­ku in dolocitev lateralnega razširjanja kraških struktur. Na podlagi porazdelitve difrakcijskih hiperbol na radargramih so dolocili spremembe v hitrosti elektromagnetnega valovanja in iz tega je bila izracunana poroznost z uporabo petrofizi­kalnega modela CRIM (ang. complex refractive index model). Iz opisanih in prikazanih primerov je za na­men hidrogeoloških raziskav nujen multidisci­plinaren pristop, ki poleg geofizikalnih metod zajema tudi hidrogeološke in druge metode. Kamnolomi V kamnolomih karbonatnih in evaporitnih ka­mnin procesi zakrasevanja, ki vodijo do nastanka jam, kraških kanalov in udorov, povzrocajo šte­vilne težave pri eksploataciji mineralne surovine. Pogoji za georadarske meritve v odprtih površin­skih kamnolomih so pogosto dobri, saj je površina ravna, preperinskega sloja, ki bi oviral prodira­nje EM valovanja v globino ni. Poleg tega lahko rezultate georadarskih meritev vzporejamo z de­tajlnim geološko-strukturnim kartiranjem in ve­likokrat tudi s podatki iz vrtin. Georadarska me­toda se uporablja pri razlicnih fazah pridobivanja kamna. Lahko se uporablja v zacetnih fazah pri splošni oceni kvalitete kamnoloma oz. bodocega nahajališca mineralnih surovin ali pri podrob­nejših preiskavah, pri nacrtovanju eksploatacij­skega materiala, kjer je pomembno natancno do­lociti smeri prelomnih struktur, razpok in jam. Za karakterizacijo strukturno-geoloških in hidrogeoloških znacilnosti pri nacrtovanju ek­sploatacijskih dejavnosti v kamnolomih se je geo­radar izkazal za zelo uporabno metodo v številnih študijah. Grandjean & Gourry (1996) sta uporabi­la georadar za zaznavanje in kartiranje razpok ter drugih kraških struktur v kamnolomu marmorja. Z uporabo 300 in 900 MHz antene so pridobili in­formacije do globine 15 oz. 8 m in naredili model razpok. Grasmueck et al. (2013) so uporabili 100 in 200 MHz anteni za raziskavo sub-vertikalnih razpok in jam v zapušcenem kamnolomu kredne­ga apnenca. Z gosto mrežo vzporednih meritev in z ustreznimi naprednimi postopki obdelave (3D migracija podatkov) so naredili 3D model poteka vseh razpoklinskih con in dolocili glavne smeri prevladujocih razpok. V Sloveniji je bil georadar uporabljen v kamnolomu Rodež za zaznavanje kraških pojavov (Zajc et al., 2014). V kamnolomih se lahko uporablja tako šciten kot tudi nešciten sistem anten. Pri nešciteni an­teni lahko prihaja do odboja od stene kamnolo­ma, zato meritve izvajamo po sredini etaže. Pri podzemnem pridobivanju kamna lahko težave povzrocajo odboji od sten in stropa, seveda v od­visnosti od velikosti podzemnega pridobivalne­ga prostora. Meritve v Lipiškem kamnolomu so pokazale, da so nekateri radargrami zaradi nad­površinskih odbojev popolnoma neuporabni, pri cemer se izkaže, da so šcitene antene primernejše (sl. 15). Na obmocjih, kjer so bile stene kamnolo­ma dovolj oddaljene, dobimo na radargramih le horizontalen odboj od stropa. Brezstrope jame in jamski sedimenti Poleg omenjenih aplikacij, ki so bolj ali manj uveljavljene v georadarski stroki, v tem poglavju podajam novo uporabo georadarja. Ker so brez­strope jame oz. posamezni segmenti brezstropih jam pomemben del današnje morfologije terena, je pomembno njihovo prepoznavanje na površju. Dokazi za obstoj brezstropih jam (jamska siga, jamski sedimenti…) velikokrat niso prisotni oz. so nerazpoznavni, zato je pomembno, da lahko z geofizikalnimi metodami dokažemo speleogenet­ski nastanek kraških oblik. Obmocje obsežnejših študij brezstropih jam je bil otok Krk (Ceru et al., 2018a), jamskih sedi­mentov pa severni rob Planinskega polja (Ceru et al., 2018b). Obmocji sta bili izbrani zaradi za­nimivega geološkega in geomorfološkega razvoja ter zaradi raznovrstnosti kraških oblik. Rezul­tati obeh študij predstavljajo novo uspešno upo­rabo georadarja v temeljni krasoslovni znanosti. Georadar se je izkazal za zelo uporabno metodo pri karakterizaciji brezstropih jam in pri pro­storskih spremembah v znacilnostih tal v pri­meru zaznavanja jamskih sedimentov. Ceprav se brezstrope jame na obeh obmocjih površinsko odražajo zelo razlicno, smo z razlicnim interdi­sciplinarnim pristopom, kjer je georadar pred­stavljal kljucno metodo, uspeli pridobiti ustre­zne podatke za njihovo lažjo rekonstrukcijo. Na obmocju planote med Vrbnikom in Staro Baško smo z georadarskimi raziskavami dolocili mesta povezav med razlicnimi oblikami. Za ta je znacilna vecja debelina sedimentov, kar se na radargramih odraža z vecjim dušenjem signala. Poleg tega smo našli vec podzemnih nadaljevanj oz. podzemnih delov sicer vecinoma denudira­nega jamskega sistema. Definirali smo prehodno obmocje med površinskim in podpovršinskim delom brezstrope jame. Za ta obmocja so zna­cilne manjše praznine, zato smo jih opredelili kot porušne oz. prehodne cone. S pomocjo geo­radarskih meritev in terenskega ter geomorfolo­škega pregleda na podlagi podatkov daljinskega zaznavanja smo opredelili 4 km dolg brezstrop jamski sistem. Na obmocju severnega in vzhodnega obrob­ja Planinskega polja smo izvedli testne meritve za zaznavanje jamskih sedimentov. Želeli smo raziskati, kako zanesljivo lahko z georadarjem zaznamo jamske sedimente. Na obmocjih, kjer se jamski sedimenti pojavljajo skupaj z jamsko sigo, so meritve pokazale, da se ti jasno odraža­jo na radargramih z izrazitim dušenjem signala. Meritve smo nato izvedli tudi na širšem obmo­cju, kjer smo dolocili mesta jamskih sedimentov in njihovo razširjanje v prostoru (sl. 16). Da bi preverili zanesljivost metode in ugotovili, kateri dejavnik najbolj prispeva k dušenju signala, smo preucevali mineraloško-geokemicne znacilnosti jamskih sedimentov in tal. Raziskave so poka­zale, da jamski sedimenti vsebujejo vecji delež glinenih mineralov in Fe/Al oksidov in hidroksi­dov v primerjavi s tlemi na karbonatnih tleh. Na podlagi tega smo sklepali, da je poleg debeline sedimentov kljucni dejavnik za povecano duše­nje tudi drugacen delež posameznih mineralov. Poleg tega prisotnost Fe/Al oksidov in hidroksi­dov vpliva k vecjemu zadrževanju vode, kar razloži tudi dejstvo, da se na obmocjih jamskih sedimentov voda zadržuje tudi cez daljša sušna obdobja. Diskusija in zakljucki V prispevku smo podali pregled uporabe geo­radarja na krasu. Bistvena prednost georadarja je dobra locljivost, ki omogoca natancen vpogled v podpovršje, zato predstavlja najbolj ustrezno geofizikalno metodo pri raziskavah, kjer nas za­nimajo informacije do globine 30 m. Vecina ge­oradarskih raziskav krasa je osredotocenih na najbolj široko uveljavljene aplikacije kot je za­znavanje jam, raziskave kraških vodonosnikov in raziskave strukturnih lastnostih kamnin po­vezanih s procesi zakrasevanja. V zadnjih 20 le­tih so raziskave predvsem aplikativnega znacaja in metoda se v integraciji z ostalimi uporablja pri preprecevanju nevarnosti pogojenih z zakraseva­njem. Zelo redke so temeljne raziskave, ki bi pre­ucevale osnovna krasoslovna vprašanja. V clan­ku smo predstavili pestrost uporabe metode in naredili kratek pregled po razlicnih aplikacijah, med katerimi smo izpostavili tudi nove aplikaci­je kot je zaznavanje brezstropih jam in jamskih sedimentov. Kraško površje je vecinoma težko prehodno in razgibano, kar predstavlja mocno oviro za marsi­katero geofizikalno metodo, a uporabljen sistem s 50 MHz RTA anteno omogoca meritve tudi na takšnih terenih. Omenjena antena se je izkazala za najbolj primerno za vecino kraških aplikacij, pri cemer sta glavni prednosti primeren globin­ski doseg in lažje manevriranje z RTA anteno v primerjavi s šciteno 250 MHz anteno. Vecina objavljenih raziskav je interdiscipli­narnega znacaja, kjer se rezultati geofizikalnih metod dopolnjujejo z geološkimi, hidrogeološki­mi in geomorfološkimi metodami. Uporabnost metode je zelo odvisna od lastnosti terena in kra­škega sistema. Enoznacna navodila za izvajanje georadarskih meritev na krasu niso smiselna, saj je uspešnost uporabe metode odvisna od šte­vilnih dejavnikov. Na obmocjih, kjer so prisotni sedimenti z vecjih deležem glinenih mineralov, je dušenje signala mocno, zato je globinski do­seg lahko samo nekaj metrov ali manj. Po drugi strani, pa ravno ta lastnost metode omogoca, da je primerna recimo za zaznavanje jamskih sedi­mentov, saj se ti na radargramih jasno odražajo kot obmocja vecjega dušenja. Zaradi heteroge­nosti kraškega sistema so pogoji na terenu lahko zelo razlicni, zato v tabeli 4 podajam le nekatere usmeritve po aplikacijah. Podane so tudi neka­tere aplikacije, ki v svetu še niso široko uveljav­ljene. Tekom raziskav se je izkazalo, da je geora­dar za nekatere aplikacije bolj za nekatere manj uporaben, zato podajamo tudi nekatere omejitve, na katere smo naleteli pri razlicnih raziskavah. Z geofizikalnega vidika je kras s svojo he­terogenostjo zelo kompleksen sistem, ki ima za uporabo georadarja dolocene omejitve, ki jih moramo upoštevati pri nacrtovanju raziskav in interpretaciji podatkov. Zaradi heterogenosti sistema, v katerem se pojavljajo razlicne kraške oblike, kot so depresije in praznine, ki so lah­ko zapolnjene z zrakom ali/in sedimentom, lah­ko vcasih le z rezultati razlicnih geofizikalnih metod pridobimo glavne informacije o strukturi podpovršja. Interdisciplinarnost raziskav je kl­jucnega pomena, zato je za koncno interpretaci­jo georadarske meritve potrebno dopolnjevati z geološkimi, hidrogeološkimi in geomorfološkimi metodami. Uporaba le ene geofizikalne metode lahko vodi do napacnih interpretacij, sploh v bolj kompleksnih sistemih, kjer lahko geofizi­kalnim podatkom ustreza vec razlicnih modelov. Z razvojem tehnologije, boljšim poznavanjem teoreticnega ozadja metodologij in na podlagi prakticnih izkušenj raziskovalcev v zadnjih 15 letih, ima uporaba georadarja vse vecji poten­cial pri razlicnih vprašanjih na krasu. Zaenkrat je vecina georadarskih raziskav aplikativnega znacaja, ki pa so velikokrat zasnovana tako, da je cilj študije tudi razumevanje kraških proce­sov, ki vodijo do nastanka razlicnih kraških ob­lik. Na ta nacin imamo cedalje vec informacij in tudi znanja o kraškem podpovršju. Vse vec se geofizikalne metode dopolnjujejo tudi z metoda­mi daljinskega zaznavanja, kar kaže na to, da je prihodnost raziskav v interdisciplinarnem pris­topu zelo razlicnih metod. Zahvala Raziskave v okviru doktorske disertacije, na ka­terem temelji tudi ta prispevek, so bile izvedene s pod­poro raziskovalnega programa P1-0011 in sklada za mlade raziskovalce 1000-15-0510, financirana s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije. Literatura Al-fares, W., Bakalowicz, M., Guérin, R. & Dukhan, M. 2002: Analysis of the karst aquifer stru­cture of the Lamalou area (Hérault, France) with ground penetrating radar. Journal of Applied Geophysics, 51: 97–106. https://doi.org/10.1016/S0926-9851(02)00215-X Andreo, B., Carrasco, F., Duran, J.J. & Lamoreaux, J.W. 2010: Advances in Research in Karst Media. Springer, Berlin: 429–434. Andreo, B., Carrasco, F., Duran, J.J., Jimenez, P. & Lamoreaux, J.W. 2015: Hydrogeological and Environmental Investigations in Karst Systems. Springer, Berlin: 638 p. Annan, A.P. 2009. Electromagnetic Principles of Ground Penetrating Radar. In: Jol, H.M. (ed.): Ground Penetrating Radar: Theory and Applications. Elsevier Science, Amsterdam, Netherlands: 3–37. Beres, M., Luetscher, M. & Olivier, R. 2001: Integration of ground-penetrating radar and microgravimetric methods to map shal­low caves. Journal of Applied Geophysics, 46: 249–262. https://doi.org/10.1016/S0926-9851(01)00042-8 Blindow, N. 2006: Ground Penetrating Radar. In: Kirsch, R. (ed.): Groundwater Geophysics. A Tool for Hidrogeology. Springer, Berlin: 227–252. Blindow, N., Eisenburger, D., Illich, B., Petzold, H. & Richer, T. 2007: Ground Penetrating Radar. In: Knödel, K., Lange, G. & Voigt, H.J. (eds.): Environmental Geology. Handbook of Field Methods and Case Studies. Springer, Berlin: 283–335. Brown, W.A., Stafford, K.W., Shaw-Faulkner, M. & Grubbs, A. 2011: A comparative integra­ted geophysical study of Horseshoe Chimney Cave, Colorado Bend State Park, Texas. International Journal of Speleology, 40: 9–16. http://dx.doi.org/10.5038/1827-806X.40.1.2 Bumpus, P.B. & Kruse, S.E. 2014: Self-potential monitoring for hydrologic investigations in urban covered-karst terrain. Geophysics, 79/6: B231–B242. https://doi.org/10.1190/geo2013-0354.1 Carbonel, D., Rodríguez, V., Gutiérrez, F., Mccalpin, J. P., Linares, R., Roqué, C., Zarroca, M., Guerrero, J. & Sasowsky, I. 2014: Evaluation of trenching, ground penetrating radar (GPR) and electrical resistivity tomo­graphy (ERT) for sinkhole characterization. Earth Surface Processes and Landforms, 39: 214–227. https://doi.org/10.1002/esp.3440 Carbonel, D., Rodríguez-Tribaldos, V., Gutiérrez, F., Galve, J.P., Guerrero, J., Zarroca, M., Roqué, C., Linares, R., McCalpin, J.P. & Acosta, E. 2015: Investigating a dama­ging buried sinkhole cluster in an urban area (Zaragoza city, NE Spain) integrating mul­tiple techniques: Geomorphological surveys, DInSAR, DEMs, GPR, ERT, and trenching. Geomorphology, 229: 3–16. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2014.02.007 Cardarelli, E., Cercato, M., Cerreto, A. & Di Filippo, G. 2010: Electrical resistivity and seismic re­fraction tomography to detect buried cavities. Geophysical prospecting, 58: 685–695. https://doi.org/10.1111/j.1365-2478.2009.00854.x Carričre, S.D., Chalikakis, K., Sénéchal, G., Danquigny, C. & Emblanch, C. 2013: Combining Electrical Resistivity Tomography and Ground Penetrating Radar to study geolo­gical structuring of karst Unsaturated Zone. Journal of Applied Geophysics, 94: 31–41. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2013.03.014 Chalikakis, K., Plagnes, V., Guerin, R., Valois, R. & Bosch, F.P. 2011: Contribution of geophysical methods to karst-system exploration: An over­view. Hydrogeology Journal, 19: 1169–1180. https://doi.org/10.1007/s10040-011-0746-x Chamberlain, A.T., Sellers, W., Proctor, C. & Coard, R. 2000: Cave detection in limestone using ground penetrating radar. Journal of Archaeological Science, 27: 957–964. https://doi.org/10.1006/jasc.1999.0525 Collins, M.E. & Doolittle, J.A. 1987: Using gro­und-penetrating radar to study soil mi­crovariability. Soil Science Society of America Journal, 51/2: 491–493. https://doi.org/10.1016/0016-7061(94)90008-6 Collins, M.E., Puckett, W.E., Schellentrager, G.W. & Yust, N.A. 1990: Using gpr for mi­cro-analyses of soils and karst features on the chiefland limestone plain in flo­rida. Geoderma, 47: 159–170. https://doi.org/10.1016/0016-7061(90)90053-C Cunningham, K.J. 2004: Application of ground­-penetrating radar, digital optical borehole images, and cores for characterization of po­rosity hydraulic conductivity and paleokarst in the Biscayne aquifer, southeastern Florida, USA. Journal of Applied Geophysics, 55: 61–76. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2003.06.005 Ceru, T., Šegina, E. & Gosar, A. 2017: Geomorphological dating of Pleistocene conglomerates in central Slovenia based on spatial analyses of dolines using LiDAR and Ground Penetrating Radar. Remote Sensing, 9: 1213. https://doi.org/10.3390/rs9121213 Ceru, T., Šegina, E., Knez, M., Benac, C. & Gosar, A. 2018a: Detecting and characterizing unro­ofed caves by ground penetrating radar. Geomorphology, 303: 524–539. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2017.11.004 Ceru, T., Dolenec, M. & Gosar, A. 2018b: Application of Ground Penetrating Radar Supported by Mineralogical-Geochemical Methods for Mapping Unroofed Cave Sediments. Remote Sensing, 10: 639. https://doi.org/10.3390/rs10040639 Ceru, T. 2019: Geofizikalne raziskave površinskih in podpovršinskih kraških oblik z metodo nizkofrekvencnega georadarja s poudarkom na analizi jam in vrtac. Doktorska disertacija.Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehniška fakulteta, Ljubljana: 176 p. Davis, J.L. & Annan, A.P. 1989: Ground-Penetrating radar for high-resolution mapping of soil and rock stratigraphy. Geophysical Prospecting, 37: 531–551. https://doi.org/10.1111/j.1365-2478.1989.tb02221.x De Giorgi, L. & Leucci, G. 2014: Detection of Hazardous Cavities Below a Road Using Combined Geophysical Methods. Surveys in Geophysics, 35/4: 1003–1021. https://doi.org/10.1007/s10712-013-9277-4 Delle Rose, M. & Leucci, G. 2010: Towards an integrated approach for characterization of sinkhole hazards in urban environments: The unstable coastal site of Casalabate, Lecce, Italy. Journal of Geophysics and Engineering, 7: 143–154. https://doi.org/10.1088%2F1742-2132%2F7%2F2%2F004 Doolittle, J.A. 1987: Using ground-penetrating radar to increase the quality and efficiency of soil surveys. In: Reybold, W.U., Peterson, G.W. (eds.): Soil Survey Techniques. Madison, Wisconsin, USA, Soil Science Society of America, Special Publication, 20: 11–32. Doolittle, J.A. & Collins, M.E. 1998: A compari­son of EM induction and GPR methods in are­as of karst. Geoderma, 85: 83–102. https://doi.org/10.1016/S0016-7061(98)00012-3 Doolittle, J.A. & Butnor, J.R. 2009: Soils, Peatlands, and Biomonitoring. In: Jol, H.M. (ed.): Ground Penetrating Radar: Theory and Applications. Elsevier Science, Amsterdam, Netherlands: 179–192. El-Qady, G., Hafez, M., Abdalla, M.A. & Ushijima, K. 2005: Imaging subsurface ca­vities using geoelectric tomography and ground-penetrating radar. Journal of Cave and Karst Studies, 67: 174–181. Ezersky, M.G., Legchenko, A., Eppelbaum, L. & Al-Zoubi, A. 2017: Overview of the ge­ophysical studies in the dead sea coastal area related to evaporite karst and recent sinkhole development. International Journal of Speleology, 46: 277–302. https://doi.org/10.5038/1827-806X.46.2.2087 Frumkin, A., Ezersky, M., Al-Zoubi, A., Akkawi, E. & Abueladas, A.R. 2011: The Dead Sea sin­khole hazard: Geophysical assessment of salt dissolution and collapse. Geomorphology, 134: 102–117. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2011.04.023 Gómez-Ortiz, D. & Martín-Crespo, T. 2012: Assessing the risk of subsidence of a sin­khole collapse using ground penetrating ra­dar and electrical resistivity tomography. Engineering Geology, 149–150: 1–12. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2012.07.022 Grandjean, G. & Gourry, J.C. 1996: GPR data pro­cessing for 3D fracture mapping in a marble quarry (Thassos, Greece). Journal of Applied Geophysics, 36: 19–30. https://doi.org/10.1016/S0926-9851(96)00029-8 Grasmueck, M., Quintŕ, M.C., Pomar, K. & Eberli, G.P. 2013: Diffraction imaging of sub-vertical fractures and karst with full­-resolution 3D Ground-Penetrating Radar. Geophysical Prospecting, 61: 907–918. https://doi.org/10.1111/1365-2478.12004 Gutiérrez, F., Calaforra, J.M., Cardona, F., Ortí, F., Durán, J.J. & Garay, P. 2008: Geological and environmental implications of the evaporite karst in Spain. Environmental Geology, 53: 951–965. https://doi.org/10.1007/s00254-007-0721-y Gutiérrez, F., Parise, M., De Waele, J. & Jourde, H. 2014: A review on natural and human­-induced geohazards and impacts in karst. Earth-Science Reviews, 138: 61–88. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2014.08.002 Kaufmann, G., Romanov, D., Tippelt, T., Vienken, T., Werban, U., Dietrich, P., Mai, F., Börner, F. 2018: Mapping and modelling of collapse sinkholes in soluble rock: The Münsterdorf site, northern Germany. Journal of Applied Geophysics, 154: 64–80. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2018.04.021 Lazzari, M., Loperte, A. & Perrone, A. 2010: Near surface geophysics techniques and ge­omorphological approach to reconstruct the hazard cave map in historical and urban areas. Advances in Geoscience, 24: 35–44. https://doi.org/10.5194/adgeo-24-35-2010 Leucci, G. & De Giorgi, L. 2010: Microgravimetric and ground penetrating radar geophysi­cal methods to map the shallow karstic ca­vities network in a coastal area (Marina Di Capilungo, Lecce, Italy). Exploration Geophysics, 41: 178–188. https://doi.org/10.1071/EG09029 Martel, R., Castellazzi, P., Gloaguen, E., Trépanier, L. & Garfias, J. 2018: ERT, GPR, InSAR, and tracer tests to characterize karst aquifer systems under urban areas: The case of Quebec City. Geomorphology, 310: 45–56. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2018.03.003 Martínez-Moreno, F.J., Pedrera, A., Ruano, P., Galindo-Zaldívar, J., Martos-Rosillo, S., González-Castillo, L., Sánchez-Úbeda, J.P. & Marín-Lechado C. 2013: Combined micro­gravity, electrical resistivity tomography and induced polarization to detect deeply buri­ed caves: Algaidilla cave (Southern Spain). Engineering Geology, 162: 67–78. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2013.05.008 Martínez-Moreno, F.J., Galindo-Zaldívar, J., Pedrera, A., Teixido, T., Ruano, P., Peńa, J.A., González-Castillo, L., Ruiz-Constán, A., López-Chicano, M. & Martín-Rosales, W. 2014: Integrated geophysical methods for studying the karst system of Gruta de las Maravillas (Aracena, Southwest Spain). Journal of Applied Geophysics, 107: 149–162. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2014.05.021 Mochales, T., Casas, A.M., Pueyo, E.L., Pueyo, O., Román, M.T., Pocoví, A., Soriano, M.A. & Ansón, D. 2008: Detection of undergro­und cavities by combining gravity, magne­tic and ground penetrating radar surveys: a case study from Zaragoza area, NE Spain. Environmental Geology, 53/5: 1067–1077. https://doi.org/10.1007/s00254-007-0733-7 Mount, G.J., Comas, X. & Cunningham, K.J. 2014: Characterization of the porosity distribution in the upper part of the karst Biscayne aqu­ifer using common offset ground penetrating radar, Everglades National Park, Florida. Journal of Hydrology, 515: 223–236. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.04.048 Murphy, P., Westerman, A.R., Clark, R., Booth, A. & Parr, A. 2008: Enhancing understanding of breakdown and collapse in the Yorkshire Dales using ground penetrating radar on cave sediments. Engineering Geology, 99: 160–168. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2007.11.015 Neal, A. 2004: Ground-penetrating radar and its use in sedimentology: Principles, problems and progress. Earth-Science Reviews, 66: 261–330. Puckett, W.E., Collins, M.E. & Schellentrager, G.W. 1990: Design of soil map units on a karst area in west central Florida. Soil Science Society of America Journal, 54: 1068–1073. https://doi.org/10.2136/sssaj1990.03615995005400040023x Pueyo Anchuela, O., Casas Sainz, A.M., Pocoví Juan, A. & Gil Garbí, H. 2015: Assessing karst hazards in urbanized areas. Case study and methodological considerations in the man­tle karst from Zaragoza city (NE Spain). Engineering Geology, 184: 29–42. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2014.10.025 Reynolds, J.M. 2011: An introduction to Applied and Environmental Geophysics. Wiley, New York: 712 p. Rodriguez, V., Gutiérrez, F., Green, A.G., Carbonel, D., Horstmeyer, H. & Schmelzbach, C. 2014: Characterizing sagging and collapse sinkholes in a mantled karst by means of gro­und penetrating radar (GPR). Environmental and Engineering Geoscience, 20: 109–132. https://doi.org/10.2113/gseegeosci.20.2.109 Ronen, A., Ezersky, M., Beck, A., Gatenio, B., & Simhayov, R.B. 2019: Use of GPR method for prediction of sinkholes formation along the Dead Sea Shores, Israel. Geomorphology, 328: 28–43. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2018.11.030 Schrott, L. & Sass, O. 2008: Application of fi­eld geophysics in geomorphology: Advances and limitations exemplified by case studi­es. Geomorphology, 93: 55–73. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2006.12.024 Sevil, J., Gutiérrez, F., Zarroca, M., Desir, G., Carbonel, D., Guerrero, J., Linares, R., Roqué, C. & Fabregat, I. 2017: Sinkhole investigation in an urban area by trenching in combination with GPR, ERT and high-precision leveling. Mantled evaporite karst of Zaragoza city, NE Spain. Engineering Geology, 231: 9–20. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2017.10.009 Stroh, J.C., Archer, S., Doolittle, J.A. & Wilding, L. 2001: Detection of edaphic discontinuities with ground-penetrating radar and electromagne­tic induction. Landscape Ecology, 16/5: 377–390. https://doi.org/10.1023/A:1017556712316 Tallini, M., Gasbarri, D., Ranalli, D. & Scozzafava, M. 2006: Investigating epikarst using low-fre­quency GPR: example from the Gran Sasso range Central Italy. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 65/4: 435–443. https://doi.org/10.1007/s10064-005-0017-y Wai-Lok Lai, W., Dérobert, X. & Annan, P. 2018: A review of Ground Penetrating Radar appli­cation in civil engineering: A 30-year journey from Locating and Testing to Imaging and Diagnosis. NDT & E International, 96: 58–78. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2017.04.002 Waltham, T., Bell, F. & Culshaw, M. 2005: Sinkholes and Subsidence. Karst and Cavernous Rocks in Engineering and Construction. Springer, Berlin: 382 p. Zajícová, K. & Chuman, T. 2019: Application of ground penetrating radar methods in soil stu­dies: A review. Geoderma, 343: 116–129. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2019.02.024 Zajc, M., Pogacnik, Ž. & Gosar, A. 2014: Ground penetrating radar and structural geological mapping investigation of karst and tecto­nic features in flyschoid rocks as geologi­cal hazard for exploitation. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 67: 78–87. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2014.01.011 280 Teja CERU & Andrej GOSAR 281 Pregled uporabe georadarja na krasu Tabela 1. Teoreticna locljivost 50 in 250 MHz antene pri razlicnih vrednostih dielektricne konstante na doloceni globini. Table 1. Theoretical resolution of 50 and 250 MHz antenna with different dielectric constants at certain depth. Globina (m) Depth (m) Vertikalna locljivost (m) Vertical resolution (m) Horizontalna locljivost (m) Horizontal resolution (m) 50 MHz 250 MHz 50 MHz 250 MHz 50 MHz 250 MHz Apnenec Limestone .= 7 (v= 0,11 m/ns) 5 2 1,134 0,227 2,335 0,820 10 4 1,134 0,227 4,102 1,528 15 6 1,134 0,227 5,870 2,235 20 8 1,134 0,227 7,638 2,942 30 10 1,134 0,227 11,173 3,649 *Povprecna tla Average soil .= 16 (v= 0,075 m/ns) 5 2 0,750 0,15 1,588 0,560 10 4 0,750 0,15 2,800 1,045 15 6 0,750 0,15 4,013 1,530 20 8 0,750 0,15 5,226 2,015 30 10 0,750 0,15 7,651 2,500 *povprecna tla (average soil): Povprecna vrednost v razponu za razlicna tla (average value in the range for different soils). 282 Teja CERU & Andrej GOSAR V tabeli 2 so strjene glavne prednosti in nekatere omejitve georadarja na krasu. Tabela 2. Prednosti in pomanjkljivosti georadarske metode. Table 2. Advantages and limitations of the GPR method. PREDNOSTI (Advantages) OMEJITVE (Limitations) • Nedestruktivnost - še posebej pomembna v urbanih okoljih • Non-destructiveness - particularly important in urban en­vironments • Globinski doseg je majhen v visoko prevodnih okoljih (sedi­menti z vecjim deležem gline, prisotnost vode) • The depth of penetration is limited in highly conductive en­vironments (clayey sediments, presence of water) • Najvecja locljivost med vsemi geofizikalnimi metodami • The highest resolution out of all geophysical methods • Zaradi stika antene s tlemi mora biti teren raven in enako­meren, kar je na kraškem površju redkost • Because the antenna must be in contact with the ground, the terrain must be level and even, which is rare in karst • Z mrežo vzporednih in precnih profilov z nadaljnjo obdela­vo in modeliranjem dobimo 3D modele • A network of parallel and transverse profiles with further processing and modelling can create 3D models • Interpretacija radargramov je kompleksna, sploh v kraškem sistemu • The interpretation of radargrams is complex, especially in the karst system • Relativno hitre in enostavne meritve v primerjavi z nekate­rimi ostalimi geofizikalnimi metodami • The measurements are relatively quick and easy compared to other geophysical methods • Metoda ni primerna za materiale s podobnimi dielek­tricnimi lastnosti • The method has limitations if dielectric properties of mate­rials are similar • Zvezen niz podatkov v primerjavi z raziskovalnim vrtanjem • Continuous data information compared to drilling data • Uspešnost metode je odvisna od danih pogojev na terenu, pri cemer ima velik vpliv vsebnost vlage (padavine) • The success of the method depends on field conditions, where moisture content (precipitation) has a high influence • Prirocna metoda pri preliminarnih raziskavah zaradi rela­tivno enostavnih in hitrih meritev • A convenient method for preliminary research due to rela­tively simple and fast measurements • Pri nešcitenih antenah lahko odboji od nadpovršinskih ob­jektov onemogocijo interpretacijo radargramov • For unshielded antennas, reflections from surface objects may prevent the interpretation of the radargrams Sl. 2. Georadarski sistem Mala ProEx z a) nešciteno 50 MHz RTA (»Rough Terrain Antenna«) anteno; b) šciteno 250 MHz anteno. Fig. 2. GPR system Mala ProEx with a) an unshielded 50 MHz RTA (»Rough Terrain Antenna«); b) a shielded 250 MHz antenna. 283 Pregled uporabe georadarja na krasu Sl. 3. Primerjava radargramov 50 in 250 MHz antene, kjer anomaliji A in B predstavljata vecjo debelino sedimentov (povezava segmentov brezstrope jame). Radargram 250 MHz antene zaradi boljše locljivosti kaže skledasto obliko na sredini anomalije B. Fig. 3. Comparison of the 50 and 250 MHz radargrams, where interpreted anomalies A and B represent greater thickness of sediments (the connections between segments of an unroofed cave). The radargram of the 250 MHz antenna shows a bowl-sha­ped structure in the centre of anomaly B. 284 Teja CERU & Andrej GOSAR Sl. 4. Primerjava radargramov dveh frekvenc (50 in 250 MHz) na primeru profila cez vrtaco v konglomeratu (Ceru et al., 2017). Fig. 4. Comparison of radargrams of two frequencies (50 in 250 MHz) in the case of a profile over a doline in a conglomerate (Ceru et al., 2017). Tabela 3. Zaporedje postopkov obdelave radargramov. Table 3. Processing sequence of radargrams. POSTOPKI OBDELAVE (Processing steps) • odstranitev zamika signala (»subtract mean-dewow«) • dolocitev nicelnega casa pri prvem negativnem vrhu signala s postopkom korekcije maksimalne faze (»correct max. phase«) in prestavitvijo nicelnega casa (»move start time«) • odstranitev ozadja (»background removal«) • funkcija ojacenja amplitude (»amplitude correction«): – upadanje energije (»energy decay«) – avtomatsko ojacenje amplitude (»automatic gain control–AGC«) – rocno ojacenje amplitude (»manual gain (y)«) • pasovno prepustno filtriranje (»bandpass frequency filtering«) • 2D filtriranje (»median xy filter« in »subtracting average«) 285 Pregled uporabe georadarja na krasu Sl. 5. Zaporedje postopkov obdelave profila 50 MHz antene, ki je bil uporabljen pri vecini profilov: a) surov radargram; b) od­stranitev zamika signala; c) dolocitev nicelnega casa; d) odstranitev ozadja; e) rocno ojacenje amplitude; f) pasovno prepustno filtriranje. Vpliv postopka na izbrano sled (oznacena rdece) je prikazan desno ob profilu. Fig. 5. Sequence of processing steps for the 50 MHz antenna that was used for most profiles: a) raw radargram; b) subtract me­an-dewow; c) determination of time zero; d) background removal; e) manual amplification of amplitude; f) bandpass filtering. The impact of processing steps on the marked trace (red line) is shown to the right of the profile. Sl. 6. Prikaz števila objavl­jenih del po obdobjih v ba­zah Scopus in WoS. Fig. 6. Number of published items by period in Scopus and WoS databases. 286 Teja CERU & Andrej GOSAR Sl. 7. Število objavljenih del po državah v obdobju med 1987–2019. Fig. 7. The number of published items by countries in the period 1987–2019. Sl. 8. Pregled objavljenih del po obdobjih glede na glavni cilj oz. podrocje raziskave. Fig. 8. Review of published items by period according to the main objective of the research problem. 287 Pregled uporabe georadarja na krasu 288 Teja CERU & Andrej GOSAR Sl. 9. Primer radargrama nad jamo Biserujko na Krku. Dvorana je velika in polkrožne oblike, zato izmerjeni precni profil nad jamo povzroci jasno hiperbolicno anomalijo. Fig. 9. Example of a radargram above the Biserujka cave on Krk. The hall is large and of a semi-circular shape, so the mea­sured transverse profile above the cave causes a clear hyperbolic anomaly. Sl. 10. Primer meritev nad Najdeno jamo, kjer je radargramski znacaj na dveh profilih razlicen glede na obliko jame in smer profila. Zaradi kompleksne oblike jame se ta odraža zelo razlicno, kot nepopolna hiperbola (profil 1, pravokotno na smer raz­širjanja vhodne dvorane) in vec manjših odbojev (profil 2, v smeri daljšega razširjanja vhodne dvorane). Fig. 10. Example of measurements above Najdena cave, where the radargrams of two profiles are different depending on the cave shape and the direction of the profile. Due to the complex shape of the cave hall, it reflects very differently, for example as incomplete hyperbole (profile 1) and several smaller reflections (profile 2). 289 Pregled uporabe georadarja na krasu Sl. 11. Primer uporabe georadarja (šcitena 100 MHz antena) na obmocju udornic ob zahodni obali Mrtvega morja (iz Ronen et al., 2019 z dovoljenjem): a) zracni posnetek obmocja raziskav; b) shematski prikaz situacije trase profila 012; c) radargram linije 012, kjer obmocja mocnih refleksov (hiperbol) pripadajo jamam na globini med 9–13 m. Fig. 11. Example of the use of a georadar (shielded 100 MHz antenna) in the area of sinkholes along the western coast of the Dead Sea (from Ronen et al., 2019 with permission): a) an aerial view of the survey area; b) a schematic situation of the route of the profile 012; c) the radargram of line 012, where areas of strong reflections (hyperbola) belong to caves at depths between 9–13 m. 290 Teja CERU & Andrej GOSAR Sl. 12. Dopolnjevanje geofizikalnih metod z razkopi in geokronološkimi metodami (iz Sevil et al., 2017 z dovoljenjem): a) in b) depresija jasno vidna na radargramu slike 100 MHz antene. Profil iz leta 2013 je bistveno boljše kvalitete kot isti izmerjen leta 2017, kar je verjetno posledica vecje vsebnosti vode v casu meritev leta 2017; c) rezultati razkopa; d) rezultati ERT, kjer obmocje pogrezanja ni vidno, je pa viden stik z maticno podlago. Fig. 12: Integration of geophysical methods with excavations and geochronological methods (from Sevil et al., 2017 with permission): a) and b) the sinkhole is clearly visible on the radargram of the 100 MHz antenna image. The 2013 profile is of significantly better quality than the one measured in 2017, which is probably due to the higher water content at the time of the 2017 measurements; c) results of the excavation; d) ERT results where the subsidence area is not visible but contact with the bedrock is evident. 291 Pregled uporabe georadarja na krasu 292 Teja CERU & Andrej GOSAR Sl. 13. Na podlagi pojavljanja hiperbolicnih anomalij (modra barva) smo dolocili približno mejo med tlemi in konglomeratom (rdeca crtkana linija). Fig. 13. The contact between soil and conglomerate bedrock (red dashed line) was defined by occurrences of hyperbolic diffra­ctions (blue colour) related to the heterogeneities in conglomerate. 293 Pregled uporabe georadarja na krasu Sl. 14. Primer integracije rezultatov georadarja in elektricne upornostne tomografije (Carričre et al., 2013 z dovoljenjem). Podatki obeh metod so skladni, hkrati pa se dobro dopolnjujejo, pri cemer georadar poda podrobnejše informacije o strukturi plitvejšega podpovršja. Medtem ko je globinski doseg georadarja znašal do 12 m oz. na obmocjih, kjer je bil prisoten glinen material, celo samo dva metra, so rezultati ERT dopolnili podatke v globino. Fig. 14. Integration of georadar and ERT results (Carričre et al., 2013 with permission). The data of both methods are consis­tent, but at the same time they complement each other well, with the georadar providing more detailed information on the structure of the shallower subsoil. While the depth of the georadar measurements was up to 12 m, or even just 2 metres in areas where clayey material was present, the ERT results completed the georadar data in greater depths. 294 Teja CERU & Andrej GOSAR Sl. 15. Primer meritev v podzemnem pridobivalnem prostoru kamnoloma Lipica II. Pri 50 MHz nešciteni anteni nadpovršinski odboji od sten in stropa kamnoloma popolnoma prekrijejo odboje iz globine. Meritev s šciteno 250 MHz anteno razkrije manjše praznine in diskontinuitete znotraj apnenca. Fig. 15. Example of measurements in the underground Lipica II quarry. Surface reflections from the quarry walls and roof completely cover the GPR information with a 50 MHz unshielded antenna. Measurement with a 250 MHz shielded antenna reveals smaller voids and discontinuities within the limestone. 295 Pregled uporabe georadarja na krasu Sl. 16. Meritve jamskih sedimentov na obmocju severnega roba Planinskega polja z 50 in 250 MHz anteno (Ceru et al., 2018b): a) smer pravokotnih profilov 2a in 2b na obmocju jamskih sedimentov; b) na podlagi georadarskih rezultatov je bil dolocen obseg jamskih sedimentov tudi tam, kjer ti niso vidni na površju; c) obmocje jamskih sedimentov na radargramih sovpada z obmocjem na površju. Fig. 16. Measurements of cave sediments in the northern part of Planinsko Polje with 50 and 250 MHz antennas (Ceru et al., 2018b): a) direction of perpendicular Profiles 2a and 2b in the area of the cave sediments outcrop; b) the extent of cave sedi­ments was determined in Profile 2a even where they are not visible on the surface; c) boundaries of cave sediments detected by GPR are limited to the area of the outcrop visible on the surface. 296 Teja CERU & Andrej GOSAR Tabela 4. Prednosti in nekatere omejitve georadarja pri razlicnih aplikacijah na krasu. (+ primerna, ± lahko pogojno uporabna z nekaterimi omejitvami, – ni primerna). Table 4. Advantages and some limitations for different applications of GPR in karst. (+ appropriate, ± may be used, but not necessarily the most appropriate method, – not recommended). Uporaba (Application) Možnost uporabe (Possibility of use) Prakticni nasveti, omejitve (Practical guides, limitations) Debelina kraških tal–stik z maticno karbonatno podlago Thickness of karst soil - contact with the carbon­ate bedrock –/ ± - neenakomeren prehod med tlemi in maticno podlago (neraven kontakt z vmesnimi žepi) - meja med tlemi in podlago vecinoma ni nenadna, zato kontakt ne predstavlja dobrega reflektorja - rezultate priporocljivo korelirati z razkopi, cestnimi useki - uneven transition between soils and bedrock (rough contact with cutters) - the boundary between the soil and the bedrock is rarely sudden, so the contact does not represent a good reflector - it is advisable to correlate the results with excavations, road cuts Debelina kraških tal–stik s konglomeratno podlago Thickness of karst soil - contact with the con­glomerate bedrock ± - meritve uspešne le v konglomeratnem zasipu najmlajše starosti, saj debelina tal ni prevelika - mejo med tlemi in konglomeratom smo dolocili na podlagi pojavljanja hiperbol zaradi nehomogenosti znotraj konglomerata - measurements are only successful in the youngest conglomerate fill, since the soil is not too thick - the boundary between the soil and the conglomerate was determined based on the occurrence of hyperbolas as a result of inhomogeneity within the conglomerate Zaznavanje jam in praznin Cave and cavity detection + - metoda primerna ob uporabi primerne antene glede na globinski doseg in locljivost metode - znacaj anomalije v najvecji meri odvisen od oblike jame in smeri profila glede na geometrijo jame - odboji od kompleksnejših jam so lahko zelo »netipicni« - method appropriate when using the appropriate antenna with respect to the depth range and resolution of the method - the character of the anomaly depends largely on the shape of the cave and the direction of the profile with respect to the cave geometry - reflections from more complex caves can be very “atypical” Oblika dna vrtac in debelina sedimentov znotraj vrtac The shape of the bottom of dolines and the thick­ness of sediments  –/± - mocno dušenje signala zaradi prisotnosti sedimentov, ki vsebujejo precejšen delež glinene komponente - strong attenuation of the signal due to the presence of sediments containing a significant proportion of a clay component Raziskave brezstropih jam Unroofed cave research + - primerna za zaznavanje povezav med denudiranimi deli brezstropih jam - primerna za zaznavanje podzemnega nadaljevanja brezstropih jam - možno raziskovanje prehodnega obmocja med denudiranim in podzemnim delom jamskega sistema - suitable for finding links between segments of unroofed caves - suitable for detecting underground continuation of unroofed caves - it is possible to explore the transition of the transition area between the denuded and the underground parts of the cave system Jamski sedimenti Cave sediments + - metoda primerna, je pa potrebna pazljivost, da obmocij jamskih sedimentov ne zamenjamo z drugimi vecjimi debelinami sedimentov – npr. zapolnjena brezna itd. - the method is appropriate, but care must be taken not to confuse the cave sediment areas with other larger sediment thicknesses, e.g. filled shafts, etc. Pedološki horizonti Pedological horizons + - metoda primerna pri horizontih, ki se mocno razlikujejo v dielektricnih lastnostih npr. Bt horizont - metoda primerna na tleh, kjer so horizonti dobro razviti (primer tal na karbonatnih konglomeratih) - suitable for horizons that differ greatly in dielectric properties, e.g. Bt horizon - suitable in soils where horizons are well developed (for example soils on carbonate conglomerates) Jame in vrtace v konglomeratih Caves and dolines in conglomerates ± - velika debelina razvitih tal na konglomeratnih terasah starejšega in srednjega zasipa lahko predstavlja omejitev - metoda primernejša na najmlajših konglomeratnih zasipih, kjer debelina tal ne presega 3 m - excessive thickness of developed soil on the conglomerate terraces of the older and middle reaches - the method is more suitable on the youngest conglomerate backfill where the soil thickness does not exceed 3 m 297 Pregled uporabe georadarja na krasu 298 Teja CERU & Andrej GOSAR 299 Pregled uporabe georadarja na krasu 300 Teja CERU & Andrej GOSAR