Permafrost mapping by transient electromagnetic method

Koichiro Harada, Kazushige Wada and Masami Fukuda

Permafrost and Periglacial Processes, 2000, vol. 11, issue 1, 71-84

Abstract: A transient electromagnetic (TEM) survey was performed for permafrost mapping in Central Alaska, where permafrost is discontinuously distributed. The most stable data were obtained from the measurement of an outside loop with a single‐turn loop of 60×60 m. Electrical sounding was also conducted to evaluate the potential of TEM for permafrost mapping. In permafrost areas, the one‐dimensional inversion results typically show three‐layer geoelectrical sections of resistive subsurface and basement layers separated by a thin conductive layer. The resistive layers of subsurface and basement correspond to permafrost and the top of bedrock, respectively. The second conductive layer indicates an unfrozen state. The ground temperature profiles support these postulated resistivity structures. In permafrost‐free areas, two layers are resolved. The projected thickness of permafrost from the electrical sounding is thinner than the estimates derived from the TEM method. In permafrost‐free areas, results obtained by two methods coincide with each other. We conducted a numerical experiment using synthetic data calculated from a four‐layer permafrost model with appropriate noise for two methods. The inversion procedures show that TEM is better used more precisely for determining the permafrost thickness. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd. Un levé électromagnétique en régime transitoire (TEM) a été utilisé pour cartographier le pergélisol dans le centre de l'Alaska, dans une zone de pergélisol discontinu. Les résultats les plus stables ont été obtenus par la mesure de la boucle extérieure avec une simple boucle de 60×60 m. Des sondages électriques ont été aussi effectués pour évaluer le potentiel du TEM pour la cartographie du pergélisol. Dans les régions de pergélisol, les résultats d'une inversion 1‐D montrent d'une manière typique des sections géoélectriques à trois couches de résistivité différente et des couches de base séparées par une fine couche conductive. Les couches proches de la surface et de la base correspondent respectivement au pergélisol et au sommet de la roche en place. La deuxième couche conductive indique un état du sol non gelé. Les profils de température du sol sont en accord avec ces interpretétations de résistivité. Dans les régions sans pergélisol, 2 couches ont été trouvées. L'épaisseur obtenue du pergélisol à partir des sondages électriques est plus mince que les estimations résultant de la méthode TEM. Dans les régions sans pergélisol, les résultats obtenus par les deux méthodes correspondent les uns avec les autres. Nous avons réalisé des expériences numériques en utilisant des données synthétiques calculées sur la base d'un modèle de pergélisol à quatre couches en tenant compte du bruit associé à chaque méthode. Les procédures d'inversion montrent que le TEM est la meilleure méthode pour déterminer l'épaisseur du pergélisol. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.

Date: 2000
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