Εφαρμοσμένη Γεωφυσική και Σεισμολογία

Το μάθημα έχει ως στόχο την παροχή συμπληρωματικών γνώσεων στους φοιτητές που αφορούν τη γνώση μαθηματικών και τη χρήση Η/Υ για την επίλυση εφαρμοσμένων προβλημάτων. Δίνεται έμφαση στο συνδυασμό της χρήσης μαθηματικών και Η/Υ και στην ενδεικτική επίλυση απλών Γεωφυσικών προβλημάτων.
Τα επιμέρους αντικείμενα που θα διδαχθούν είναι:
Α) Διαφορικός Διανυσματικός Λογισμός και βασικές αρχές Αναλυτικής Γεωμετρίας
Β) Εισαγωγή στον Ολοκληρωτικό Διανυσματικό Λογισμό
Γ) Ανάλυση Fourier
Δ) Εισαγωγή στη γλώσσα προγραμματισμού Fortran και εφαρμογές της Fortran στην ανάλυση Fourier και στην επίλυση επιλεγμένων προβλημάτων διαφορικού και ολοκληρωτικού λογισμού

Το μάθημα έχει ως σκοπό την όσο το δυνατό μεγαλύτερη εξοικείωση  των μεταπτυχιακών φοιτητών με τις ηλεκτρομαγνητικές μεθόδους γεωφυσικής διασκόπησης τόσο σε σχέση με τη θεωρία τους όσο και σε σχέση με την πρακτική τους εφαρμογή. Δίνεται έμφαση στη μεθοδολογία λήψης μετρήσεων μέσω παράλληλης επίδειξης των τεχνικών  καθώς και στην εκμάθηση μεθόδων ερμηνείας μέσω της χρήσης ειδικών λογισμικών πακέτων.  
Αναλυτικά το μάθημα περιλαμβάνει τη διδασκαλία των παρακάτω αντικειμένων:
Ειδική ηλεκτρική αντίσταση 2. Βασικές αρχές ηλεκτρικών μεθόδων και τρόποι διασκόπησης 3. Ηλεκτρικές βυθοσκοπήσεις: εφαρμογή, λήψη μετρήσεων, ερμηνεία με λογισμικό αντιστροφής (IPI2WIN) 4. Ηλεκτρική Τομογραφία: εφαρμογή, λήψη μετρήσεων, ερμηνεία με λογισμικό αντιστροφής δυο και τριών διαστάσεων (DC2DPro, DC3Dpro). 5. Μέθοδος Φυσικού δυναμικού: βασικές αρχές λήψη μετρήσεων, ερμηνεία 6. Βασικές αρχές ηλεκτρομαγνητικών μεθόδων διασκόπησης 7. Μέθοδος VLF: μετρήσεις επεξεργασία ερμηνεία 8. Μέθοδος Παροδικών Κυματομορφών 9. Μαγνητοτελουρική μέθοδος 10. Μέθοδος Γεωρανταρ.
Εξέταση: Η βαθμολόγηση γίνεται με ατομική εργασία όπου οι φοιτητές καλούνται να συγγράψουν μια έκθεση αποτελεσμάτων με βάση πραγματικά ηλεκτρομαγνητικά δεδομένα που έχουν συλλέξει οι ίδιοι στο διάρκεια τω μαθημάτων.

Εισαγωγή στις μιγαδικές συναρτήσεις, Θεωρία Πεδίων,  το μαγνητικό πεδίο και η μαγνήτιση των υλικών, Η ανωμαλία Bouguer, μετασχηματισμοί πεδίων δυναμικού, ερμηνεία των ανωμαλιών του Γήινου βαρυτικού και μαγνητικού πεδίου, μέθοδοι αυτομάτου ερμηνείας, Παραδείγματα βαρυτικής και μαγνητικής διασκόπησης, επίδειξη των οργάνων που χρησιμοποιούνται (για μεν το βαρυτόμετρο η επίδειξη πραγματοποιείται εντός της Σχολής για δε τα μαγνητόμετρα είτε μαζί με τις ασκήσεις πεδίου του προπτυχιακού προγράμματος είτε σε οποιοδήποτε πείραμα τυχαίνει να εξελίσσεται κατά τη διάρκεια του εξαμήνου που διδάσκεται το μάθημα), εργαστηριακές ασκήσεις (διόρθωση λόγω της ημερήσιας μεταβολής του μαγνητικού πεδίου, ερμηνεία μαγνητικών ανωμαλιών στις δύο διαστάσεις, χρήση λογισμικού Potential Fields program suit –United States Geological Survey, χρήση λογισμικών χαρτογράφησης)

1η  ΕΝΟΤΗΤΑ
1. Βασικές εντολές UNIX και βασικές έννοιες Shell Scripting
2. Κύρια στάδια επεξεργασίας σεισμικών δεδομένων ανάκλασης:
•ομαδοποίηση κατά κοινό σημείο βάθους
•καθορισμός/ ανάλυση ταχυτήτων
•δυναμική διόρθωση για την κανονική χρονική απόκλιση
•διαγραφή τάνυσης του σήματος μετά τη διόρθωση για την κανονική χρονική απόκλιση
•σώρευση
•μετανάστευση (τόσο σε χρόνο όσο και σε βάθος)
3. Εισαγωγή στο Seismic Unix και χρήση του για την επεξεργασία συνθετικών δεδομένων ανάκλασης

2η  ΕΝΟΤΗΤΑ
Περιγράφεται η "Γενικευμένη Μέθοδος Αντιμετάθεσης" (μέθοδος GRM) στην σεισμική διασκόπηση διάθλασης. Δίνονται παραδείγματα από την εφαρμογή της μεθόδου GRM με τον υπολογισμό του βάθους του διαθλαστήρα που βρίσκεται κάτω από κάθε γεώφωνο χρησιμοποιώντας επικαλυπτόμενους διαθλαστικούς χρόνους διαδρομής και σεισμικές πηγές κανονικής και αντίστροφης σεισμικής πηγής.
 
3η  ΕΝΟΤΗΤΑ
Περιγράφονται τα κύματα επιφανείας καθώς και οι μέθοδοι που προτείνονται για την διάκριση μεταξύ των κυμάτων Rayleigh και Love. Στην συνέχεια θα γίνει αναφορά στις πηγές (ενεργές και παθητικές) που παράγουν κύματα επιφανείας καθώς και τα πλεονεκτήματα/μεινονεκτήματα χρήσης τους ως σεισμικές μέθοδοι γεωφυσικής διασκόπησης. Παρουσιάζονται οι μέθοδοι των κυμάτων επιφανείας, η επεξεργασία του σήματος (μέθοδοι συχνότητας-κυματαρίθμου και αυτο-συσχέτισης) που οδηγεί στον υπολογισμό των καμπύλων σκέδασης και πως από αυτές μπορεί να γίνει υπολογισμός εδαφικού μοντέλου γης με την χρήση μεθόδων αντιστροφής.

Το μάθημα έχει ως αντικείμενο την σύνδεση των εφαρμοσμένων γεωφυσικών μεθόδων με την γεωλογική έρευνα κυρίως σε ότι αφορά την πρακτική τους εφαρμογή. Δίνεται έμφαση στη ταξινόμηση των γεωλογικών προβλημάτων που ο μεταπτυχιακός θα κληθεί να αντιμετωπίσει και η αντιστοιχία τους με τις γεωφυσικές μεθόδους που μπορεί να αξιοποιήσει. Περιλαμβάνει την μεθοδολογία λήψης μετρήσεων με έμφαση στην αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της γεωφυσικής έρευνας.  
Αναλυτικά το μάθημα περιλαμβάνει τη διδασκαλία των παρακάτω αντικειμένων:
Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των διάφορων γεωφυσικών μεθόδων όπως
1. Μέθοδος Ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης (βυθοσκοπήσεις, τομογραφίες)
2. Μέθοδος Φυσικού δυναμικού
3. Μέθοδος VLF
4. Μέθοδος Παροδικών Κυματομορφών
5. Μαγνητοτελλουρική μέθοδος
6. Μέθοδος Γεωραντάρ.
7. Σεισμικές μέθοδοι (διάθλαση, ανάκλαση, MASW).
Κριτήρια επιλογής εφαρμογής της κατάλληλης γεωφυσικής μεθόδου ανάλογα με το γεωλογικό πρόβλημα που ο γεωλόγος καλείται να μελετήσει/επιλύσει στα παρακάτω πεδία:
- Εφαρμοσμένη γεωλογική έρευνα
Στρωματογραφική Γεωλογική δομή
Τεκτονική δομή
Υδρογεωλογία
Γεωθερμία
Κοιτασματολογική έρευνα
Τεχνική γεωλογία
Κατασκευές μεγάλων τεχνικών έργων
- Συσχέτιση μεθόδων εφαρμοσμένης γεωφυσικής σε σχέση με τα αντικείμενα της εφαρμοσμένης γεωλογικής έρευνας
- Συνοπτική περιγραφή γεωφυσικών μεθόδων
- Μελέτη παραδειγμάτων εφαρμογής γεωφυσικών μεθόδων στη γεωλογική έρευνα
- Ασκήσεις υπαίθρου στο πλαίσιο πρακτικής εκπαίδευσης στην εφαρμογή γεωφυσικών μεθόδων.

Το μάθημα έχει ως σκοπό την εξοικείωση  των μεταπτυχιακών φοιτητών με τη θεωρία της αντιστροφής και την εφαρμογή της σε Γεωφυσικά προβλήματα. Δίνεται έμφαση στις βασικές αρχές των μεθόδων αντιστροφής,  σε παραδείγματα εφαρμογής τους στη Γεωφυσική, καθώς και στην υλοποίηση  των μεθόδων αντιστροφής σε κώδικα στη γλώσσα προγραμματισμού Matlab. Τα επιμέρους αντικείμενα που θα διδαχτούν είναι τα εξής:
1) Εισαγωγή στις Γενικές Αρχές της θεωρίας Αντιστροφής (Ευθύ και αντίστροφο πρόβλημα, παραμετροποίηση μοντέλου, κλπ.)
2) Μή γραμμικά και γραμμικά/γραμμικοποιημένα αντίστροφα προβλήματα. Παραδείγματα από τη Γεωφυσική
3) Επίλυση γραμμικών προβλημάτων με τη θεωρία Ελαχίστων Τετραγώνων
4) Μέτρα αξιολόγησης της λύσης (Πίνακες συμμεταβλητότητας, Πίνακας διακριτικής ικανότητας, Μήκος διακριτικής ικανότητας)
5) Ανάλυση Ιδιαζόντων Τιμών και σύνδεση με τη λύση ελαχίστων τετραγώνων
6) Ελάχιστα τετράγωνα με κανονικοποίηση: α) Ελάχιστα τετράγωνα με απόσβεση, β) Ελάχιστα τετράγωνα με παράγοντες εξομάλυνσης
7) Επίλυση επιλεγμένων προβλημάτων με τη χρήση της MATLAB

Το μάθημα έχει ως  στόχο την εξοικείωση  των μεταπτυχιακών φοιτητών με τις εφαρμογές της Γεωφυσικής στην επίλυση εφαρμοσμένων προβλημάτων που αφορούν την ασφάλεια, λειτουργία και συμπεριφορά τεχνικών υποδομών, καθώς και στη χαρτογράφηση γεωλογικών δομών που επηρεάζουν τεχνικά έργα. Δίνεται έμφαση στις βασικές αρχές των γεωφυσικών μεθόδων,  και κυρίως σε παραδείγματα εφαρμογής τους σε εφαρμοσμένα προβλήματα, όπως:
α) Μελέτη γεωκινδύνων (αντισεισμικός σχεδιασμός τεχνικών έργων, εδαφική απόκριση, κατολισθήσεις, κλπ.)
β) Γεωλογική/γεωφυσική χαρτογράφηση περιοχών που επηρεάζουν τεχνικά έργα (φράγματα, οδοποιία, λεκάνες απορροής, κλπ.)
γ) Μή καταστροφικός έλεγχος τεχνικών έργων
Τα επιμέρους αντικείμενα που θα διδαχτούν είναι τα εξής:
1.    Εφαρμογή σεισμικών μεθόδων ενεργού πηγής (επιφανειακών και σε γεωτρήσεις) για τη μελέτη τεχνικών προβλημάτων
2.    Εφαρμογή παθητικών σεισμικών μεθόδων (μικροθόρυβος, κλπ.)
3.    Εφαρμογή μεθόδων ηλεκτρικής τομογραφίας
4.    Εφαρμογή μεθόδων γεωραντάρ

Σύντομη ιστορική ανασκόπηση των μεθόδων με έμφαση στις ηλεκτρομαγνητικές μεθόδους, κατηγορίες μεθόδων, επιλογή κατάλληλης μεθόδου για διάφορες κατηγορίες στόχων, αρχές λειτουργίας των βασικών οργάνων μέτρησης, επεξεργασία των μετρήσεων, παραδείγματα από τον ελληνικό χώρο

Το μάθημα έχει ως αντικείμενο την χρήση των εφαρμοσμένων γεωφυσικών τεχνικών στην επίλυση περιβαλλοντικών θεμάτων. Δίνεται έμφαση στη ταξινόμηση των περιβαλλοντικών προβλημάτων που ο μεταπτυχιακός θα κληθεί να αντιμετωπίσει και η αντιστοιχία τους με τις γεωφυσικές μεθόδους που μπορεί να αξιοποιήσει. Περιλαμβάνει την μεθοδολογία λήψης μετρήσεων με έμφαση στην αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της γεωφυσικής έρευνας. Το πρόγραμμα διδασκαλίας περιλαμβάνει:  
•    Περιβαλλοντικές επιπτώσεις ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στο υπέδαφος
•    Επίδραση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων στις φυσικές ιδιότητες του υπεδάφους
•    Γεωφυσικές μέθοδοι που σχετίζονται με μεταβολές φυσικών ιδιοτήτων του υπεδάφους λόγω των περιβαλλοντικών επιπτώσεων
•    Θεωρητική διδασκαλία γεωφυσικών μεθόδων (ηλεκτρικές, ηλεκτρομαγνητικές, μαγνητικές, ραδιομετρικές μέθοδοι)
•    Παραδείγματα εφαρμογής γεωφυσικών μεθόδων σε περιβαλλοντικά προβλήματα (ρύπανση-μόλυνση υπόγειου νερού, χώροι απόθεσης απορριμμάτων, λειτουργία βιομηχανικών-κτηνοτροφικών μονάδων κ.ά.)
•    Ασκήσεις υπαίθρου στο πλαίσιο πρακτικής εκπαίδευσης στην εφαρμογή γεωφυσικών μεθόδων.
Αναλυτικά το μάθημα περιλαμβάνει τη διδασκαλία των παρακάτω αντικειμένων:
Κριτήρια επιλογής εφαρμογής της κατάλληλης γεωφυσικής μεθόδου ανάλογα με το περιβαλλοντικό πρόβλημα που ο γεωλόγος καλείται να μελετήσει/επιλύσει.
Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των διάφορων γεωφυσικών μεθόδων όπως
1. Μέθοδος Ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης (βυθοσκοπήσεις, τομογραφίες)
2. Μέθοδος Φυσικού δυναμικού
3. Μέθοδος VLF
4. Μέθοδος Παροδικών Κυματομορφών
5. Μαγνητοτελλουρική μέθοδος
6. Μέθοδος Γεωραντάρ.
7. Μέθοδος περιβαλλοντικού μαγνητισμού

Σκοπός του μαθήματος είναι η εξοικείωση των μεταπτυχιακών φοιτητών με τη λειτουργία τα όργανα γεωφυσικών μετρήσεων τα οποία είναι διαθέσιμα στον Τομέα Γεωφυσικής και η εκπαίδευσή τους στην εφαρμογή τεχνικών, τρόπου ανάπτυξης δικτύων σε πραγματικές συνθήκες πεδίου, λήψη, επεξεργασία και ερμηνεία μετρήσεων. Το μάθημα διεξάγεται με την εκτέλεση πειραμάτων ειδικά προγραμματισμένων στα πλαίσια λειτουργία του ΠΜΣ, αλλά και με τη συμμετοχή των φοιτητών σε προγραμματισμένες μετρήσεις.

Σύντομη ιστορική ανασκόπηση των  μεθόδων, καταλληλότητα μεθόδων σε σχέση με το πρόβλημα, παραδεκτοί τρόποι παρουσίασης των δεδομένων, κλασικές μέθοδοι επεξεργασίας και παρουσίασης δεδομένων γεωφυσικής χαρτογράφησης, εισαγωγή στη μαγνητική διασκόπηση, μαγνητική επιδεκτικότητα και μαγνήτιση υλικών, τρόποι μετατροπής μαγνητικών οξειδίων σε αρχαιολογικά ιζήματα, όργανα μέτρησης, μετρήσεις ολικού μαγνητικού πεδίου και διαφορικές μετρήσεις, τρόπος διεξαγωγής μαγνητικής χαρτογράφησης, αυτοματοποιημένα συστήματα, εισαγωγή στις μεθόδους επεξεργασίας δεδομένων μαγνητικής χαρτογράφησης, εισαγωγή στην ηλεκτρική διασκόπηση, χρησιμοποιούμενες διατάξεις μέτρησης στην Αρχαιολογική έρευνα πεδίου, σύγκριση διατάξεων, ηλεκτρική χαρτογράφηση και ηλεκτρική τομογραφία, τρόπος διεξαγωγής ηλεκτρικής χαρτογράφησης, μέθοδοι επεξεργασίας δεδομένων ηλεκτρικής χαρτογράφησης, Βασικές αρχές λειτουργίας γεωραντάρ (Ground Penetrating Radar – GPR), ηλεκτρικές ιδιότητες υπεδάφους που καθορίζουν τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (ΗΜ), ανάκλαση και περίθλαση ΗΜ κυμάτων, βάθος διείσδυσης και διακριτική ικανότητα, εξοπλισμός και τύποι διασκοπήσεων, οργάνωση διασκόπησης γεωραντάρ με αρχαιολογικό αντικείμενο και επιλογή κατάλληλων παραμέτρων διασκόπησης, επεξεργασία δεδομένων και απεικόνιση αποτελεσμάτων –ερμηνεία, αρχές γεωηλεκτρικής τομογραφίας, τρόποι λήψης δεδομένων – πολυπλεξία, αρχές θεωρίας αντίστροφης των δεδομένων,  χρήση γεωηλεκτρικής τομογραφίας στην επίλυση ειδικών προβλημάτων.
Μη συμβατική χρήσης μεθόδων γεωφυσικής διασκόπησης για επίλυση συγκεκριμένων αρχαιολογικών προβλημάτων (π.χ. εντοπισμός ταφικών μνημείων σε τύμβους, υγρασία τοίχων, βάθος ρωγμών σε γλυπτά, κ.λπ.
Εισαγωγή στον αρχαιομαγνητισμό και στις ιδιότητες των μαγνητικών ορυκτών που περιέχονται στα αρχαιολογικά υλικά. Σύντομη περιγραφή του μαγνητικού πεδίου και των κύριων ιδιοτήτων του. Παραδείγματα εφαρμογών της μεθόδου σχετικά με τις μεταβολές του γεωμαγνητικού πεδίου, χρονολόγηση αρχαιολογικών δομών, εύρεση επιπέδων κατοίκησης και σταδιακής δημιουργίας αρχαιολογικών θέσεων.  Θα περιγραφούν οι εργαστηριακές μέθοδοι μέτρησης των ιδιοτήτων αυτών και θα γίνει πρακτική εξάσκηση των φοιτητών στα διαθέσιμα από το εργαστήριο παλαιομαγνητισμού μηχανήματα.
Τρόποι παρουσίασης των αποτελεσμάτων  και παραδείγματα από τον ελληνικό χώρο και ευρύτερο ευρωπαϊκό χώρο.