Influence of shallow infiltration on time-lapse ERT: Experience of advanced interpretation
Résumé
Previous time-lapse Electrical Resistivity Tomography (ERT) studies have experienced difficulties in reconstructing reliable calculated resistivity changes in the subsurface. Increases or decreases of resistivity appear in the calculated ERT image where no changes were noted in the subsurface, leading to erroneous hydrological interpretations of the geophysical results. In this article, we investigate how a variation of actual resistivity with time and at shallow depth can influence time-lapse ERT results and produce resistivity artefacts at depth. We use 1 and 2-D numerical modelling to simulate infiltration scenarios. Using a standard time-lapse inversion, we demonstrate the resistivity artefact production according to the electrode spacing parameter. We used an advanced inversion methodology with a decoupling line at shallow depth to attenuate or remove resistivity artefacts. We also applied this methodology to a field data set obtained in a semi-arid environment in Burkina Faso, West Africa. Here, time-lapse ERT shows several resistivity artefacts of calculated resistivity if a standard inversion is used. We demonstrate the importance of a dense sampling of shallow resistivity variations at shallow depth. Advanced interpretation allows us to significantly attenuate or remove the resistivity artefact production at intermediate depth and produce reliable interpretation of hydrological processes. Résumé Certaines études de suivi temporel par Tomographie de Résistivité Electrique (ERT) ont montré des augmentations ou des diminutions de résistivité bien identifiées dans les images de résistivité calculée dans des zones où aucun changement hydrologique n'a eu lieu. Nous montrons comment une variation réelle de la résistivité dans le temps et dans la proche surface peut influencer les résultats de suivi temporel ERT et produire des resistivity artefacts . Nous utilisons des modèles synthétiques 1-D et 2-D pour simuler des scénarios d'infiltration. L'utilisation d'une approche standard d'inversion en suivi temporel montre la production de resistivity artefacts en fonction de l'écartement inter-électrode unitaire. Nous utilisons ensuite une méthodologie d'inversion avancée qui apporte une information a priori en introduisant une ligne de découplage à faible profondeur pour atténuer ou enlever les resistivity artefacts . Nous expérimentons cette méthodologie sur des données de terrain obtenues en milieu semi-aride au Burkina Faso, Afrique de l'Ouest. À cet endroit, le suivi temporel ERT montre des resistivity artefacts importants de variations de la résistivité calculée lorsqu'une inversion standard est utilisée. Nous mettons en avant l'importance d'un échantillonnage dense de la variation et aussi que l'inversion avancée réduit de façon significative et même élimine les resistivity artefacts à profondeur intermédiaire, pour aboutir à une meilleure description des processus hydrologiques.