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Deep resistivity measurements in the Fraser Valley, British Columbia. Samson, John Craig 1967

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831-UBC_1968_A6_7 S25.pdf [ 4.18MB ]
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DEEP R E S I S T I V I T Y MEASUREMENTS I N THE F R A S E R V A L L E Y , B R I T I S H C O L U M B I A by J O H N C R A I G SAMSON B . S c , , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , 1967 A T H E S I S S U B M I T T E D I N P A R T I A L F U L F I L M E N T OF THE R E Q U I R E M E N T S FOR THE DEGREE OF M A S T E R OF S C I E N C E i n t h e D e p a r t m e n t o f G E O P H Y S I C S We a c c e p t t h i s t h e s i s a s c o n f o r m i n g t o t h e r e q u i r e ^ s t a n d a r d THE U N I V E R S I T Y OF B R I T I S H C O L U M B I A S e p t e m b e r , 1967 In presenting th is thesis in pa r t ia l fu l f i lment of the requirements for an advanced degree at the Univers i ty of B r i t i sh Columbia, I agree that the Library sha l l make i t f reely. avaMab1e for reference and Study. I further agree that permission for extensive copying of this thesis for scholar ly purposes may be granted by the Head of my Department or b y h lis representat ives. It is understood that copying or pub 1 icat ion of th is thesis for f inanc ia l gain shal l not be allowed without my wri t ten permission. Department of G jFn PtiYs/C S The Univers i ty of B r i t i sh Columbia Vancouver 8, Canada Date /lU6t/ST £3 . /?6& i i A B S T R A C T I n t h e s u m m e r o f 1 9 6 7 , d i p o l e a r r a y s v/ere u s e d t o m a k e d e e p r e s i s t i v i t y s o u n d i n g s i n t h e F r a s e r V a l l e y o f B r i t i s h C o l u m b i a . T h e l a r g e d i p o l e moment o f t h e i n p u t d i p o l e ( 2 7 0 amp x 37 km) a l l o w e d i n p u t - t o - m e a s u r i n g d i p o l e s p a c i n g s a s g r e a t a s 1 0 0 km. C a l c u l a t i o n s s h o w t h a t G e o r g i a S t r a i t , w h i c h i s s p a n n e d b y t h e i n p u t d i p o l e , s h o u l d h a v e l i t t l e e f f e c t o n l a y e r e d e a r t h p o t e n t i a l s f o r t h e d i p o l e t o d i p o l e s p a c i n g s u s e d i n t h i s s u r v e y . A t h r e e - l a y e r m o d e l w i t h a r e s i s t i v e s e c o n d l a y e r ( t r a n s v e r s e r e s i s t a n c e a p p r o x i m a t e l y 3 0 0 0 t i m e s t h a t o f t h e u p p e r l a y e r ) a g r e e s w e l l w i t h t h e d a t a . A m o r e c o m p l i c a t e d f o u r - l a y e r m o d e l c a n b e d e v i s e d b y u s i n g d a t a f r o m d e e p w e l l s i n t h e a r e a . I n t e r p r e t a t i o n o f w e l l a n d s o u n d i n g d a t a i n d i -c a t e s t h a t 5 0 0 m o f c o n d u c t i v e o c e a n a n d o c e a n s e d i m e n t s o v e r l i e 4-5 km o f T e r t i a r y a n d C r e t a c e o u s s e d i m e n t a r y r o c k s a n d 2 km o f g r a n i t i c r o c k . A c o n d u c t i n g l a y e r u n d e r l y i n g t h e g r a n i t i c r o c k may b e t h e r e s u l t o f w a t e r s a t u r a t i o n o f t h e r o c k s a t t h e s e d e p t h s . i i i T A B L E OF CONTENTS A B S T R A C T i i T A B L E OF CONTENTS i i i L I S T OF T A B L E S V L I S T OF F I G U R E S v i ACKNOWLEDGEMENTS . : i x 1 I N T R O D U C T I O N 1-1 D e e p r e s i s t i v i t y m e a s u r e m e n t s i n t h e F r a s e r V a l l e y 1 1-2 E l e c t r i c a l s o u n d i n g s 3 1-3 A p p a r e n t r e s i s t i v i t y 5 1- 4 C h a r a c t e r i s t i c s o f d i p o l e s o u n d i n g s 1 - 4 - 1 E f f e c t i v e s o u n d i n g d e p t h 8 1-4-2 M a x i m u m e l e c t r o d e s p a c i n g 12 1-4-3 A m b i g u i t i e s i n i n t e r p r e t a t i o n 13 2 D E S C R I P T I O N OF THE S U R V E Y 2- 1 G e o l o g i c a l s e t t i n g 1 9 2-2 E q u i p m e n t ( g e n e r a l ) ' . 22 2-3 P r o c e d u r e 25 2- 4 D a t a a n a l y s i s 28 3 DATA AND I N T E R P R E T A T I O N 3- 1 D a t a 30 3-2 T w o - l a y e r m o d e l s 3 - 2 - 1 T w o - l a y e r m o d e l -- H o m o g e n e o u s t o p l a y e r 35 3-2-2 E f f e c t o f t h e o c e a n o n t w o -l a y e r m o d e l s 35 3-3 T h r e e - l a y e r m o d e l s 39 3-4 C o m p a r i s o n o f r e s i s t i v i t y s o u n d i n g d a t a w i t h s e i s m i c a n d w e l l d a t a 4 3 3-5 D i s c u s s i o n 48 4 C O N C L U S I O N S 53 5 S U G G E S T I O N S FOR FURTHER STUDY 55 i v R E F E R E N C E S 57 A P P E N D I X A - l E q u i p m e n t 6 0 A - 2 E s t i m a t i o n o f s i g n a l a m p l i t u d e s i n n o i s y r e c o r d s 6 3 A - 3 C a l c u l a t i o n o f m a s t e r c u r v e s A - 3 - 1 T w o - l a y e r m o d e l -i n h o m o g e n e o u s t o p l a y e r 66 A - 3 - 2 M u l t i l a y e r m o d e l s 7 1 A - 4 E f f e c t s o f a n i s o t r o p y 77 V LIST OF TABLES 3-1 Summary o f d a t a 31 VI L I S T OF F I G U R E S 1 I N T R O D U C T I O N 1-1 L o c a t i o n o f i n p u t e l e c t r o d e s 2 1-2 Common d i p o l e c o n f i g u r a t i o n s 4 1-3 P o i n t s o u r c e i n a n h o m o g e n e o u s e a r t h 6 1-4 A p p a r e n t r e s i s t i v i t y f o r a n i d e a l p o l a r d i p o l e o v e r a t w o - l a y e r e a r t h 7 1-5 A p p a r e n t r e s i s t i v i t y f o r a n i d e a l p o l a r d i p o l e o v e r a t w o - l a y e r e a r t h w i t h i n s u l a t i n g b a s e m e n t 8 1-6 E f f e c t i v e s o u n d i n g d e p t h o f a p o l a r d i p o l e a r r a y o v e r a t w o - l a y e r e a r t h 10 1-7 A p p a r e n t r e s i s t i v i t i e s f o r a n i d e a l p o l a r d i p o l e o v e r a t h r e e - l a y e r e a r t h 11 1-8 C u r r e n t d e n s i t y i n a t w o - l a y e r e a r t h . 14 1-9 A p p a r e n t r e s i s t i v i t y f o r a n i d e a l p o l a r d i p o l e e x p a n d e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e c o n t a c t o f a r e s i s i t i v e a n o m a l y 15 1- 10 A p p a r e n t r e s i s t i v i t y f o r e q u a t o r i a l d i p o l e s o v e r t w o d i f f e r e n t e a r t h m o d e l s 16 2 D E S C R I P T I O N OF THE SURVEY 2- 1 S u r f a c e g e o l o g y o f t h e F r a s e r V a l l e y a n d D e l t a . 21 2-2 P o t e n t i a l m e a s u r i n g a p p a r a t u s 23 2-3 M e a s u r i n g d i p o l e l o c a t i o n s 26 2-4 C o m p a r i s o n o f r e c o r d i n g s o n m a g n e t i c a n d t e l l u r i c c h a n n e l s 28 3 3-1 DATA AND I N T E R P R E T A T I O N P l o t o f a p p a r e n t r e s i s t i v i t y v a l u e s 34 v i i 3-2 T w o - l a y e r c u r v e s c o m p a r e d w i t h d a t a f r o m l i n e #1 a n d e a s t - w e s t d i p o l e s o n l i n e #2 36 3-3 M o d e l s u s e d i n c o m p u t i n g s o u n d i n g c u r v e s f o r a n o c e a n - e a r t h c o n f i g u r a t i o n 37 3-4 C o m p a r i s o n o f t w o - l a y e r s o u n d i n g c u r v e s f o r h o m o g e n e o u s a n d i n h o m o g e n e o u s u p p e r l a y e r s 38 3-5 C o m p a r i s o n o f t h r e e - l a y e r m o d e l w i t h d a t a f r o m l i n e #1 a n d e a s t - w e s t d i p o l e s o n l i n e #2 4 0 3-6 C o m p a r i s o n o f t h r e e - l a y e r m o d e l w i t h d a t a f r o m n o r t h - s o u t h d i p o l e s o n l i n e #2 4 1 3-7 C o m p a r i s o n o f t h r e e - l a y e r m o d e l w i t h d a t a f r o m d i p o l e s o n l i n e #3 42 3-8 I n d u c t i o n l o g s f r o m w e l l s i n t h e F r a s e r V a l l e y . 4 4 3-9 C o m p a r i s o n o f f o u r - l a y e r m o d e l w i t h d a t a f r o m l i n e #1 a n d e a s t - w e s t d i p o l e s o n l i n e #2 46 3 - 1 0 A c o m p a r i s o n o f r e s i s t i v i t y a n d s e i s m i c p r o f i l e s n e a r t h e F r a s e r D e l t a 4 7 3-11 R e s i s t i v i t y o f a g r a n i t e a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e a n d w a t e r v a p o u r p r e s s u r e 4 9 3-12 R e s i s t i v i t y o f a w a t e r s a t u r a t e d g r a n i t e a s a f u n c t i o n o f d e p t h 50 3 - 1 3 S h a l l o w c o n d u c t i n g a n o m a l i e s i n w e s t e r n N o r t h A m e r i c a 52 v i i i A P P E N D I X A - l I n p u t m o n i t o r 6 1 A - 2 6 0 H z f i l t e r 6 1 A - 3 S u m m i n g a m p l i f i e r 62 A-4 S q u a r e o f a m p l i t u d e s p e c t r u m s o f s i g n a l a n d n o i s e 6 5 A - 5 R e c o n s t r u c t e d s i g n a l c o m p a r e d t o o r i g i n a l 6 5 A - 6 A r e s i s t i v e b o u n d a r y 66 A - 7 O v e r b u r d e n w i t h a l a t e r a l c h a n g e i n r e s i s t i v i t y 67 A-8 R e p l a c e m e n t o f a b o u n d a r y b y a p o i n t s o u r c e 6 7 A - 9 P a r a m e t e r s f o r m o d e l #1 68 A - 1 0 P a r a m e t e r s f o r m o d e l #2 70 A - l l P o i n t s o u r c e i n a n n - l a y e r e a r t h 71 A - 1 2 V a l u e s o f p 2 f o r w h i c h t h e t h r e e -l a y e r k e r n e l f u n c t i o n d e p e n d s o n l y o n P 2 t 2 7 6 i x ACKNOWLEDGEMENTS I w o u l d l i k e t o t h a n k D r . S. I I . W a r d f o r h i s many-h e l p f u l s u g g e s t i o n s a n d D r . J . A. J a c o b s f o r h i s e n c o u r a g e m e n t a n d s u p p o r t d u r i n g m u c h o f t h e p r o j e c t . I am i n d e b t e d t o W. H. C a n n o n , R. D. M e l d r u m , P. M i c h a l o w , a n d T. T h o r n e f o r t h e i r t i m e a n d e f f o r t s p e n t i n c o n s t r u c t i o n o f e q u i p m e n t a n d i n f i e l d w o r k . T h e c o n t r i b u t i o n o f e q u i p m e n t b y t h e P a c i f i c N a v a l L a b o r a t o r i e s e a s e d m a n y e x p e r i m e n t a l d i f f i c u l t i e s . T h e a u t h o r i s g r a t e f u l t o R. M. S h i e r a n d t h e B r i t i s h C o l u m b i a H y d r o a n d P o w e r A u t h o r i t y f o r t h e i r c o o p e r a t i o n , w i t h o u t w h i c h t h i s p r o j e c t w o u l d h a v e b e e n i m p o s s i b l e . I m u s t a l s o t h a n k D r s . R. M. E l l i s a n d G. K. C. C l a r k e f o r t h e i r c r i t i c a l r e a d i n g o f t h i s t h e s i s . T h e a r d u o u s t a s k o f t y p i n g w a s a c c o m p l i s h e d b y J . K a l m a k o f f a n d J . C o p e l a n d . T h r o u g h o u t t h i s r e s e a r c h t h e a u t h o r w a s s u p p o r t e d b y P a n A m e r i c a n P e t r o l e u m C o r p . a n d t h e N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l o f C a n a d a . 1 I N T R O D U C T I O N 1-1 D e e p R e s i s t i v i t y M e a s u r e m e n t s i n t h e F r a s e r V a l l e y I n t h e s u m m e r o f 1 9 6 7 , t h e B r i t i s h C o l u m b i a H y d r o a n d P o w e r A u t h o r i t y ( B . C . H . P . A . ) b e g a n t e s t i n g a new d i r e c t -c u r r e n t g r o u n d r e t u r n l i n e r u n n i n g b e t w e e n t h e B r i t i s h C o l u m b i a m a i n l a n d a n d V a n c o u v e r I s l a n d ( F i g u r e 1 - 1 ) . T h e l a r g e i n p u t c u r r e n t ( 2 7 0 amp) a n d l a r g e i n p u t e l e c t r o d e s e p a r a t i o n ( 3 7 km) p r e s e n t e d a u n i q u e o p p o r t u n i t y f o r t h e m e a s u r e m e n t o f d e e p r e s i s t i v i t i e s i n t h e F r a s e r V a l l e y o f B r i t i s h C o l u m b i a . T o t a k e a d v a n t a g e o f t h e B . C . H .P.A. t e s t s , t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a D e p a r t m e n t o f G e o p h y s i c s made p o t e n t i a l m e a s u r e m e n t s i n v a r i o u s p a r t s o f t h e F r a s e r V a l l e y a n d D e l t a . T h e p o s i t i o n o f t h e i n p u t s y s t e m p r e c l u d e d t h e u s e o f t h e m o r e common W e n n e r a n d S c h l u m b e r g e r c o n f i g u r a t i o n s . C o n s e q u e n t l y a l l m e a s u r e m e n t s w e r e made u s i n g d i p o l e a r r a y s . I n t h e p a s t , n u m e r o u s d e e p r e s i s t i v i t y m e a s u r e m e n t s i n w e s t e r n N o r t h A m e r i c a h a v e i n d i c a t e d t h a t t h e l o w e r c r u s t v a r i e s f r o m h i g h l y c o n d u c t i v e t o h i g h l y r e s i s t i v e ( T . C a n t w e l l e t a l [ 4 ] , [5], H. S. L a h m a n e t a l [ 1 5 ] , D. B. J a c k s o n [ 1 1 ] ) . I n a d d i t i o n , g e o m a g n e t i c d e p t h s o u n d i n g d a t a h a s i m p l i e d t h a t a n a n o m a l o u s c o n d u c t i n g l a y e r e x i s t s a t t w e n t y - f i v e k i l o m e t e r s u n d e r m u c h o f t h e C o r d i l l e r a r e g i o n o f w e s t e r n N o r t h A m e r i c a ( B . C a n e r e t a l [ 3 ] ) . I t w a s h o p e d t h a t t h e m e a s u r e m e n t s f r o m t h e F r a s e r V a l l e y a r e a w o u l d h e l p c l a r i f y o t h e r d e e p r e s i s t i v i t y d a t a a n d c o m p l e m e n t d a t a o b t a i n e d u s i n g g e o m a g n e t i c d e p t h s o u n d i n g t e c h n i q u e s . 2 F i g u r e 1-1 L o c a t i o n o f i n p u t e l e c t r o d e s 3 1-2 E l e c t r i c a l S o u n d i n g s A l l d i r e c t - c u r r e n t r e s i s t i v i t y s u r v e y s m a k e u s e o f t h e w i d e l y v a r y i n g e l e c t r i c a l r e s i s t i v i t i e s o f t h e m a t e -r i a l s o f t h e e a r t h . ( S e a w a t e r h a s a r e s i s t i v i t y o f 0.5 ohm-m w h e r e a s q u a r t z c a n h a v e a r e s i s t i v i t y a s h i g h a s 1 0 1 0 ohm-m.) D i r e c t - c u r r e n t p a t t e r n s a r e r e g u l a t e d t o a l a r g e e x t e n t b y g e o l o g i c a l f e a t u r e s a n d t h e i r i n h e r e n t r e s i s t i v i t y c o n t r a s t s , a n d t h u s p r e s e n t a p r o f i c i e n t m e t h o d f o r d e t e r m i n i n g s u b -s u r f a c e f e a t u r e s . I n g e n e r a l t h e a p p a r a t u s u s e d i s v e r y s i m p l e , c o n -s i s t i n g o f ( a ) i n p u t e l e c t r o d e s a n d c u r r e n t s u p p l y ( b ) t w o e l e c t r o d e s a n d a v o l t m e t e r t o m e a s u r e p o t e n t i a l s a t v a r i o u s p o i n t s * D i r e c t - c u r r e n t r e s i s t i v i t y soundings u s e e l e c t r o d e s p l a c e d i n t h e e a r t h n e a r t h e s u r f a c e t o d e t e r m i n e r e s i s t i v i t i e s a t v a r i o u s d e p t h s . S o u n d i n g s a r e t a k e n b y v a r y i n g t h e s e p a r a t i o n o f t h e i n p u t e l e c t r o d e s o r b y v a r y i n g t h e s e p a r a t i o n b e t w e e n i n p u t a n d m e a s u r i n g e l e c t r o d e s . F i g u r e 1-2 s h o w s t h e v a r i o u s d i p o l e c o n f i g u r a t i o n s i n u s e . T h e d i p o l e a r r a y i s f u r t h e r d e f i n e d a s i d e a l ( a , b << r ^ , ^ , r ^ , r ^ ) o r n o n - i d e a l ( o n e o r b o t h o f a a n d b a r e l a r g e ) . I n t h i s t h e s i s t h e s e p a r a t i o n b e t w e e n t h e d i p o l e s o f a n i d e a l d i p o l e a r r a y w i l l b e d e n o t e d b y r ? , o t h e r w i s e p a r a m e t e r s a r e a s d e f i n e d i n F i g u r e 1-2 ( a ) . 4 ( a ) G e n e r a l d i p o l e a r r a y - I n p u t d i p o l e r e m a i n s " f i x e d . S o u n d i n g s a r e t a k e n b y m o v i n g m e a s u r i n g d i p o l e . ( b ) P o l a r d i p o l e - M e a s u r i n g d i p o l e i s m o v e d i n l i n e w i t h i n p u t d i p o l e . (Top ViQ<Aj) ( c ) P e r p e n d i c u l a r d i p o l e - M e a s u r i n g d i p o l e a l w a y s r e m a i n s o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e l i n e o f t h e i n p u t d i p o l e . +1 - 9 -I (Top View) ( d ) E q u a t o r i a l d i p o l e - M e a s u r i n g a r r a y m o v e s o u t w a r d a l o n g c e n t r e l i n e o f i n p u t d i p o l e . F i g u r e 1 -2 Common d i p o l e c o n f i g u r a t i o n s 5 1-3 A p p a r e n t R e s i s t i v i t y I n o r d e r t o f a c i l i t a t e i n t e r p r e t a t i o n o f d i r e c t -c u r r e n t p o t e n t i a l m e a s u r e m e n t s , t h e c o n c e p t o f apparent resistivity i s o f t e n u s e d . I f t h e e a r t h w e r e a h o m o g e n e o u s , i s o t r o p i c , h a l f - s p a c e , o n e w o u l d f i n d p = f ( A U , I , k ) ( 1 - 1 ) w h e r e k i s some v a r i a b l e d e p e n d i n g o n t h e c o n f i g u r a t i o n o f t h e e l e c t r o d e s ; I i s i n p u t c u r r e n t ; AU i s p o t e n t i a l d i f f e r e n c e a t t h e m e a s u r i n g d i p o l e s . I n t h i s c a s e f i s d e f i n e d s u c h t h a t t h e r e s i s t i v i t y p r e m a i n s c o n s t a n t f o r v a r y i n g k ( a s i s e x p e c t e d f o r a h o m o g e n e o u s e a r t h ) . F o r a n i n h o m o g e n e o u s e a r t h , t h e same f u n c t i o n f i s u s e d t o d e f i n e a n a p p a r e n t r e s i s t i v i t y . I n t h i s c a s e p v a r i e s a s k i s v a r i e d . T o d e t e r m i n e f a s s u m e o n c e a g a i n t h a t t h e e a r t h i s a h o m o g e n e o u s , i s o t r o p i c h a l f - s p a c e w i t h r e s i s t i v i t y p , i n c o n t a c t w i t h a n i n s u l a t i n g h a l f - s p a c e , a i r . U s i n g Ohm's l a w a n d c o n s e r v a t i o n o f c h a r g e , o n e f i n d s V 2 U = 0 e v e r y -w h e r e e x c e p t a t a c u r r e n t s o u r c e o r s i n k . F o r t h e c o n f i g u r a -t i o n o f F i g u r e 1-3 t h e s o l u t i o n i n c y l i n d r i c a l c o o r d i n a t e s i s ( 1 - 2 ) 6 ( G . K e l l e r a n d F. F r i s c h k n e c h t [ 1 2 ] ) eartk ; , F i g u r e 1-3 P o i n t s o u r c e i n a n h o m o g e n e o u s e a r t h U s i n g t h e s u p e r p o s i t i o n p r i n c i p l e , t h e p o t e n t i a l f o r t w o i n p u t e l e c t r o d e s +1 a n d - I ( F i g u r e 1-2 ( a ) ) i s U ( l ) = Ip 2 i i r 1 Ip 2 i r r 2 ( 1 - 3 ) a n d A U = U ( l ) - U ( 2 ) p i 1 1 • 1 + 1 1 • ( 1 - 4 ) 2TT r 2 r 3 r 4 _ C o n s e q u e n t l y P = 2TTAU 1 _ 1*1 1 _ r2 1 -1 r 3 d - 5 ) W h e r e t h e e a r t h i s i n h o m o g e n e o u s a n apparent r e s i s t i v i t y , d e n o t e d p , i s c a l c u l a t e d u s i n g e q u a t i o n 1 - 5 . CL C o n s i d e r f o r e x a m p l e a n i d e a l p o l a r d i p o l e o v e r a t w o - l a y e r e a r t h . T h e a p p a r e n t r e s i s t i v i t i e s c a l c u l a t e d u s i n g E q u a t i o n 1-5 w o u l d b e a s g i v e n i n F i g u r e 1-4. A t s m a l l r 2 t h e a p p a r e n t r e s i s t i v i t y i s e q u a l t o t h e r e s i s t i v i t y o f t h e 7 u p p e r l a y e r ; a t l a r g e r 2 t h e a p p a r e n t r e s i s t i v i t y i s e q u a l t o t h e r e s i s t i v i t y o f t h e l o w e r l a y e r ( t h i s i s i n t u i t i v e l y e x p e c t e d ) . F i g u r e 1-4 A p p a r e n t r e s i s t i v i t y f o r a n i d e a l p o l a r d i p o l e o v e r a t w o l a y e r e a r t h 8 1-4 C h a r a c t e r i s t i c s o f E l e c t r i c a l S o u n d i n g s 1-4-1 E f f e c t i v e S o u n d i n g D e p t h O f p r i m a r y c o n c e r n i s t h e d e p t h a t w h i c h d i r e c t -c u r r e n t r e s i s t i v i t y s o u n d i n g s c a n d e t e c t r e s i s t i v e d i s c o n -t i n u i t i e s . I n g e n e r a l t h i s d e p t h d e p e n d s o n t h e p a r t i c u l a r e l e c t r o d e c o n f i g u r a t i o n a s w e l l a s t h e s u b s u r f a c e g e o l o g y . A c r i t e r i o n f o r m e a s u r i n g e f f e c t i v e s o u n d i n g d e p t h s c a n b e f o u n d b y c o n s i d e r i n g t h e a p p a r e n t r e s i s t i v i t y c u r v e s f o r a t w o - l a y e r e a r t h , w i t h t o p l a y e r o f r e s i s t i v i t y p L , t h i c k n e s s t , a n d b o t t o m l a y e r o f i n f i n i t e r e s i s t i v i t y ( F i g u r e 1-5). F i g u r e 1-5 A p p a r e n t r e s i s t i v i t y f o r a n i d e a l p o l a r d i p o l e o v e r a t w o - l a y e r e a r t h w i t h i n s u l a t i n g b a s e m e n t . One c a n s e e f r o m t h e g r a p h t h a t t h e r o u n d i n g o f t h e r e s i s t i v i t y c u r v e , i n d i c a t i n g t h e p r e s e n c e o f t h e s e c o n d l a y e r , i s e v i -d e n t w h e n l i n e Z , t a n g e n t t o t h e r e s i s t i v i t y c u r v e f o r l a r g e r 2 , i n t e r c e p t s p /p. = 1 o r p o = p, . T h e e q u a -t i o n f o r Z c a n b e f o u n d i n t h e f o l l o w i n g m a n n e r : 9 A t l a r g e d i s t a n c e s f r o m a c u r r e n t s o u r c e , t h e c u r r e n t d e n s i t y j h a s a c y l i n d r i c a l s y m m e t r y . T h u s t h e e l e c t r i c f i e l d i s g i v e n b y E - P l j -2 * r t ( 1 - 6 ) w h e r e r i s t h e d i s t a n c e f r o m t h e s o u r c e I . F o r i n p u t s +1 a n d - I 2 TI t 1 _ 1 _ r 2 ( 1 - 7 ) w h e r e r i i s t h e d i s t a n c e f r o m +1 r 2 i s t h e d i s t a n c e f r o m - I T h i s g i v e s t h e p o t e n t i a l f o r a p o l a r d i p o l e a r r a y a t l a r g e i n p u t t o m e a s u r i n g d i p o l e s e p a r a t i o n s A U = E A r = l i U L k 2 n t 1 _ 1 _ r 2 d-8) w h e r e b i s t h e m e a s u r i n g e l e c t r o d e s e p a r a t i o n . U s i n g E q u a t i o n 1-5 g i v e s f o r l i n e Z 1_ r , d - 9 ) T h e p o i n t w h e r e t h i s l i n e i n t e r c e p t s p = P i i s g i v e n b y t = 1 _ 1_ T 2 2 2 ( 1 - 1 0 ) 10 F i g u r e 1-6 g i v e s t h e d e p t h t a t w h i c h a b o u n d a r y c a n b e d e t e c t e d u s i n g a p o l a r d i p o l e c o n f i g u r a t i o n . AO F i g u r e 1-6 E f f e c t i v e s o u n d i n g d e p t h o f a p o l a r d i p o l e a r r a y o v e r a t w o - l a y e r e a r t h T h e e f f e c t i v e s o u n d i n g d e p t h s f o r d i p o l e s o v e r m u l t i l a y e r e d e a r t h s a r e m u c h l e s s t h a n t h o s e f o r t w o -l a y e r e a r t h s . F i g u r e 1-7 g i v e s a p p a r e n t r e s i s t i v i t y c u r v e s f o r a n i d e a l p o l a r d i p o l e a r r a y o v e r a t h r e e - l a y e r e a r t h . E v i d e n t l y t h e s e c o n d b o u n d a r y , i n d i c a t e d b y a d i p i n t h e r e s i s t i v i t y c u r v e , i s n o t i c e a b l e o n l y w h e n r 2 ~ 2 0 ( t ! + t 2 ) T o d e t e c t a d i s c o n t i n u i t y 5 km d e e p w o u l d r e q u i r e a n a r r a y s p a c i n g o f 100 km. 1 1 F i g u r e 1 - 7 A p p a r e n t r e s i s t i v i t y f o r a n i d e a l p o l a r d i p o l e o v e r a t h r e e - l a y e r e a r t h . 12 1-4-2 M a x i m u m E l e c t r o d e S p a c i n g s S o u n d i n g d e p t h s a r e a l s o l i m i t e d b y t h e m a x i m u m s e p a r a t i o n b e t w e e n i n p u t a n d m e a s u r i n g d i p o l e s . I n m o s t c a s e s t h i s s e p a r a t i o n i s l i m i t e d , n o t b y e q u i p m e n t s e n s i - : t i v i t y , b u t b y n a t u r a l a n d i n d u s t r i a l t e l l u r i c n o i s e . M. N. B e r d i c h e v s k i i [ 1 ] h a s i n d i c a t e d t h a t E T = Dp 2 w h e r e E^, i s t h e n a t u r a l t e l l u r i c f i e l d a n d D i s a c o n s t a n t . F r o m d a t a c o l l e c t e d i n t h e F r a s e r V a l l e y s u r -v e y , i t i s e s t i m a t e d t h a t E T ^ 3 - C l O - ^ p ^ ( 1 - 1 1 ) p i n ohm-m ( a t 0.02 H z ) U s i n g E q u a t i o n 1-4 w h i c h d e f i n e s t h e p o t e n t i a l f o r a d i p o l e c o n f i g u r a t i o n o n a h o m o g e n e o u s e a r t h g i v e s , f o r a p o l a r d i p o l e AU - ^ 1 2TT r 2 r ^ <vy - p l b 2TT r 2 ( r 2 + a ) ( f o r s m a l l b ) ( 1 - 1 2 ) 1 3 A s s u m i n g t h a t a s i g n a l c a n b e d e t e c t e d w h e n t h e s i g n a l - t o -n o i s e r a t i o i s 0.1 ( s e e A p p e n d i x A - 2 ) , t h e m a x i m u m s e p a r a -t i o n w i l l b e g i v e n b y = 1 0 " ^ ^ b ( 1 - 1 3 ) F o r s m a l l a r 2 = ( 1 . 8 ) ( 1 0 3 ) p V * ( 1 - 1 4 ) E q u a t i o n 1-14 i n d i c a t e s t h a t t h e e f f e c t i v e r e s i s t i v i t y o f a n a r e a w i l l h a v e a n e g l i g i b l e i n f l u e n c e o n m a x i m u m s p a c i n g s , p r o v i d e d i n p u t a n d m e a s u r i n g d i p o l e s a r e i n a r e a s o f e q u i -v a l e n t s u b s u r f a c e g e o l o g y . W i t h p = 1 0 0 ohm-m a n d I = 250 amp , r 2 i s 100 km. T h i s c o r r e s p o n d s t o a n e f f e c t i v e s o u n d i n g d e p t h o f 50 km . ( F i g u r e 1 - 6 ) . 1- 4 - 3 A m b i g u i t i e s i n I n t e r p r e t a t i o n T o p o g r a p h i c a l c h a n g e s a n d n e a r - s u r f a c e r e s i s t i v i t y a n o m a l i e s o f t e n c a u s e a l a r g e s c a t t e r i n t h e d a t a f r o m s o u n d -i n g s u r v e y s . I n many c a s e s t h i s s c a t t e r i s s o g r e a t t h a t i t i s i m p o s s i b l e t o u s e r e s i s t i v i t y d a t a a l o n e t o d i s t i n g u i s h b e t w e e n t w o c o m p l e t e l y d i f f e r e n t m o d e l s . T o p o g r a p h i c a l e f f e c t s a r e v e r y d i f f i c u l t t o d e t e r -m i n e . F o r a c o n d u c t i v e o v e r b u r d e n o v e r a r e s i s t i v e b a s e m e n t , a common s i t u a t i o n , t o p o g r a p h i c a l e f f e c t s c a n b e a p p r o x i m a t e d P l b 2TT r 2 ' ( r 2 + a ) 14 a n a l y t i c a l l y , provided e l e v a t i o n changes are very broad features when compared to f i r s t - l a y e r t h i c k n e s s . (d >> t . See Figure 1-8.) |« J H Figure 1-8 Current d e n s i t y i n a two-layer earth I f the source i s s u f f i c i e n t l y f a r away that current d e n s i t y j can be considered continuous, one would expect j oc t " 1 and E oc t " 1 Consequently ^2. = —1— (1-15) Ei t + h Even i f h were l / 2 t , E 2 would s t i l l be 2/3Ej. For sharper t o p o g r a p h i c a l changes, however, the e f f e c t would be much more severe. P o s s i b l y one of the greatest sources of concern i n d i p o l e soundings i s the array's extreme s e n s i t i v i t y to near-surface l a t e r a l v a r i a t i o n s i n r e s i s t i v i t y . An example 15 i l l u s t r a t e s the problem very c l e a r l y . In F i g u r e 1-9 the body having r e s i s t i v i t y p 2 r e p r e s e n t s a n e a r - s u r f a c e anomaly, . : : : - e * ^ . /.o /o / o o 1, ( from Dip© le. me.ify-o<^S for- me * ttsr-inj F i g u r e 1-9 Apparent r e s i s t i v i t y f o r an i d e a l p o l a r d i p o l e expanded p e r p e n d i c u l a r to the c o n t a c t of a r e s i s t i v e anomaly. There i s c l e a r l y a s i g n i f i c a n t v a r i a t i o n i n apparent r e s i s -t i v i t y . A number of such anomalies near the s u r f a c e would cause r e s i s t i v i t y values to vary, a p p a r e n t l y at random, by f a c t o r s of three or more, g i v i n g a wide s c a t t e r of data p o i n t s i n an area that has a very simple o v e r a l l geology. In such cases, the range of models which f i t the data becomes very 16 j large, and good geological control i s needed i f one is to choose a reasonable model. It i s therefore imperative that the dipoles be located in an area which has a very homogeneous upper layer. An example- of the s i m i l a r i t y i n apparent r e s i s -t i v i t y curves for two very d i f f e r e n t models i s given in Figure 1-10. '2. 5" 2 50 1 p, = o o/e/ 3 Figure 1-10 Apparent r e s i s t i v i t y for equatorial dipoles over two d i f f e r e n t earth models. 1 7 O b v i o u s l y i t w o u l d be q u i t e d i f f i c u l t t o d e t e r m i n e from one s o u n d i n g , t h e g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s t h a t p r e v a i l , e s p e c i a l l y i f t he s o u n d i n g d a t a i s s c a t t e r e d o v e r v a l u e s t h a t v a r y by a f a c t o r o f two o r t h r e e . Some o f the a m b i g u i t y may be e l i m i n a t e d by u s i n g two d i f f e r e n t t y p e s o f a r r a y s t o o b t a i n two d i f f e r e n t s o u n d i n g c u r v e s f o r a g i v e n a r e a . 2 D E S C R I P T I O N OF THE S U R V E Y 2-1 G e o l o g y o f t h e F r a s e r V a l l e y a n d D e l t a T h e f o l l o w i n g i n f o r m a t i o n w a s o b t a i n e d f r o m a r t i c l e s b y J . A. R o d d i c k [ 2 1 ] , P. M i s c h [ 1 7 ] , R. I . W a l c o t t [ 2 5 ] , a n d W. S. H o p k i n s [ 9 ] . T h e F r a s e r V a l l e y , w h i c h l i e s i n t h e w e s t e r n p a r t o f t h e C o r d i l l e r a n v o l c a n i c a n d o r o g e n i c b e l t s , i s a s t r u c -t u r a l b a s i n w h i c h b e g a n t o s u b s i d e d u r i n g m i d d l e E o c e n e . A t p r e s e n t , n i n e t y p e r c e n t o f t h e a r e a i s b e l o w 30 m. T h e v a l l e y p r o p e r i s c o v e r e d b y a s u p e r f i c i a l l a y e r o f Q u a t e r n a r y a l l u v i u m o v e r l y i n g T e r t i a r y a n d C r e t a c e o u s s e d i m e n t a r y r o c k s . I n t h e v i c i n i t y o f V a n c o u v e r , t h e T e r t i a r y r o c k s ( c o n g l o m e r a t e s , s h a l e s , s a n d s t o n e s ) h a v e a p r o b a b l e d e p t h o f 7 0 0 m w i t h a d i p o f 15° t o t h e s o u t h . N e a r P o i n t R o b e r t s , o n t h e U n i t e d S t a t e s -C a n a d a b o r d e r , 300 m o f Q u a t e r n a r y s e d i m e n t s o v e r l i e 2 7 0 0 m o f t e r r e s t r i a l a n d m a r i n e T e r t i a r y r o c k s a n d a t l e a s t 1 0 0 0 m o f u p p e r C r e t a c e o u s s e d i m e n t a r y r o c k s . F u r t h e r u p t h e v a l l e y , n e a r P i t t M e a d o w s , w e l l d a t a i n d i c a t e s Q u a t e r n a r y d e p o s i t s a r e a t l e a s t 3 0 0 m t h i c k . O u t c r o p s o f t e r r e s t r i a l T e r t i a r y r o c k s ( c o n g l o m e r a t e , s a n d s t o n e ) a r e e v i d e n t n e a r C a n a d i a n S umas M o u n t a i n b u t v e r y l i t t l e i n f o r m a t i o n o n t h e i r t h i c k n e s s h a s b e e n o b t a i n e d . To t h e n o r t h o f t h e V a l l e y a r e t h e g r a n i t i c r o c k s o f t h e C o a s t M o u n t a i n s , r a n g i n g i n e l e v a t i o n f r o m 1 0 0 0 - 1 5 0 0 m. T h i s i s a c o m p l e x i n t r u s i o n , p r o b a b l y m i d - J u r a s s i c t o T e r t i a r y a g e , o f m e t a m o r p h i c r o c k s c o n s i s t i n g f o r t h e m o s t p a r t o f 19 q u a r t z d i o r i t e w i t h s m a l l e r a m o u n t s o f g r a n o d i o r i t e a n d g a b b r o . T h e s o u t h e r n p a r t o f t h e v a l l e y i s f l a n k e d b y t h e 1 0 0 0 m h i g h f o o t h i l l s o f t h e C a s c a d e M o u n t a i n s . T h e b a s e m e n t h e r e i s m e t a q u a r t z d i o r i t e a n d , o r t h o g n e i s s o f M i d d l e D e v o n i a n a g e ( P . M i s c h [ 1 7 ] ) . A b o v e t h i s , s e p a r a t e d b y a n o n c o n f o r m i t y , i s a t h i c k s e q u e n c e o f P a l e o z o i c v o l c a n i c ( b a s a l t a n d a n d e s i t e ) a n d s e d i m e n t a r y r o c k s . D u r i n g t h e l a t e C r e t a c e o u s t o e a r l y T e r t i a r y , d e p o s i t i o n i n a c o n t i -n e n t a l t r o u g h p r o d u c e d s a n d s t o n e a n d c o n g l o m e r a t e s . F o r t h e p u r p o s e s o f r e s i s t i v i t y m e a s u r e m e n t s , t h e r o c k s may b e i n c l u d e d i n t h r e e d i s t i n c t g r o u p s . T h e s e a r e : Low R e s i s t i v i t y 0 . 5 -5 ohm-m o c e a n a n d new o c e a n s e d i m e n t s I n t e r m e d i a t e R e s i s t i v i t y 1 0 - 3 0 ohm-m Q u a t e r n a r y a l l u v i u m 1 0 - 5 0 ohm-m T e r t i a r y m a r i n e s e d i m e n t a r y r o c k s 1 5 - 4 0 0 ohm-m T e r t i a r y t e r r e s t r i a l s e d i m e n t a r y r o c k s 1 5 - 4 0 0 ohm-m C r e t a c e o u s s e d i m e n t a r y r o c k s 1 3 0 - 5 0 0 ohm-m M i o c e n e a n d P l i o c e n e v o l c a n i c s H i g h R e s i s t i v i t y 5 0 0 - 2 0 0 0 ohm-m M e s o z o i c i n t r u s i v e s ( q u a r t z d i o r i t e g a b b r o ) 20 S u r f a c e g e o l o g y i s s h o w n i n F i g u r e 2 - 1 . ( R e s i s t i v i t i e s f o r t h e s e d i m e n t a r y r o c k s a r e f r o m w e l l d a t a f o r t h r e e w e l l s i n t h e a r e a , R i c h f i e l d P u r e P t . R o b e r t s , R i c h f i e l d P u r e A b b o t s f o r d , a n d R i c h f i e l d P u r e S u n n y s i d e . O t h e r v a l u e s a r e f r o m G. V. K e l l e r a n d F. C. F r i s c h k n e c h t [ 1 2 ] . ) . T e r t i a r y m a r i n e , t e r r e s t r i a l s a n d s t o n e , s h a l e Q u a t e r n a r y g r a v e l s , s a n d s , s i l t s , c l a y s C r e t a c e o u s t e r r e s t r i a l s e d i m e n t a r y r o c k P a l e o z o i c b a s a l t , c h e r t M e s o z o i c -T e r t i a r y i n t r u s i v e s , q u a r t z -d i o r i t e , g r a n o d i o r i t e F i g u r e 2-1 S u r f a c e g e o l o g y o f t h e F r a s e r V a l l e y a n d D e l t a . 22 2-2 E q u i p m e n t T h e i n p u t c i r c u i t w a s p a r t o f a new B.C.H.P.A. d i r e c t - c u r r e n t g r o u n d r e t u r n l i n e . T h e t o t a l r e s i s t a n c e o f t h e w h o l e c i r c u i t , i n c l u d i n g e l e c t r o d e s , was 4 ohm. I n p u t c u r r e n t w a s c y c l e d w i t h a t h r e e m i n u t e s ON t w o m i n u t e s O F F r e p e t i t i o n . T o t a l v a r i a t i o n o f i n p u t c u r r e n t was n e v e r g r e a t e r t h a n 21 ( 2 6 3 - 2 6 9 a m p ) . M o s t v a r i a t i o n o f i n p u t c u r r e n t w a s c a u s e d b y a g r a d u a l h e a t i n g o f t h e i n p u t c i r c u i t o v e r t h e p e r i o d o f o p e r a t i o n . T h e p o s i t i o n s o f t h e i n p u t e l e c t r o d e s a r e g i v e n i n F i g u r e 2 - 3 . T h e i n p u t m o n i t o r i s g i v e n i n A p p e n d i x A - l . A b l o c k d i a g r a m o f t h e e q u i p m e n t u s e d f o r t h e p o t e n t i a l m e a s u r e m e n t s i n t h i s s u r v e y i s g i v e n i n F i g u r e 2 - 2 . C i r c u i t d i a g r a m s a n d s p e c i a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e e q u i p -m e n t a r e g i v e n i n A p p e n d i x A - l . T h e e l e c t r o d e s ( 1 ) w e r e c o p p e r - c o p p e r s u l f a t e s o l u t i o n , h o u s e d i n p o r o u s p o r c e l a i n c o n t a i n e r s . A l l e l e c t r i c a l c o n n e c t i o n s w e r e c o p p e r t o c o p p e r . L o w - t e n s i o n , p l a s t i c - c o a t e d c o p p e r w i r e ( 2 ) w a s u s e d f o r a l l g r o u n d e d c i r c u i t s . S t r a y d i r e c t - c u r r e n t p o t e n -t i a l s w e r e b a l a n c e d w i t h a n e x t e r n a l b i a s s y s t e m ( 3 ) . I n o r d e r t o p r e v e n t 60 H z o v e r l o a d o f t h e a m p l i f i e r ( 5 ) , a 60 H z r e j e c t i o n f i l t e r ( 4 ) w a s u s e d . A l l s u b s e q u e n t c o n n e c -t i o n s u s e d t w o - s t r a n d c o a x i a l c a b l e w i t h e x t e r n a l s h i e l d s g r o u n d e d t o t h e c a b i n e t s o f t h e i n s t r u m e n t s . A m p l i f i e r ( 5 ) wa s a l o w f r e q u e n c y " c h o p p e r " a m p l i f i e r . T h e i n p u t i m p e d a n c e o f t h i s s y s t e m w a s a b o u t o n e megohm. 23 e/ec ^/-oc/e ,r 3 I adjust GO Hz f i l t e r y C O / / Co Co b Co Co Co to e> a fitter-/I teco rdo.r' Figure 2-2 P o t e n t i a l measuring apparatus 24 A c h a n n e l t o m o n i t o r t h e e a r t h ' s m a g n e t i c f i e l d w a s i n c l u d e d i n a n e f f o r t t o d e a l w i t h t h e t e l l u r i c n o i s e p r o b l e m . ( A l l p o t e n t i a l m e a s u r e m e n t s w e r e made d u r i n g t h e d a y . C o n s e q u e n t l y n o i s e v a l u e s w e r e g e n e r a l l y h i g h . ) T h e i r o n - c o r e c o i l (7) a n d " c h o p p e r " a m p l i f i e r ( 9 ) , w e r e s i m i l a r t o t h o s e u s e d a t t h e U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a ' s m a g n e t i c s t a t i o n o n W e s t h a m I s l a n d . F i l t e r ( 8 ) w a s t h e same a s t h a t u s e d on t h e g r o u n d l i n e . T h e s u m m i n g a m p l i f i e r (10) w a s d e s i g n e d a s a l o w - p a s s f i l t e r . P r o v i s i o n w a s made t o s u b t r a c t t h e t e l l u r i c a n d m a g n e t i c s i g n a l s i f r e l a t i v e p h a s e s h i f t s w e r e n o t t o o g r e a t . 25 2-3 P r o c e d u r e A l l p o t e n t i a l m e a s u r e m e n t s w e r e made o n t h e a l l u v i a l d e p o s i t s o f t h e F r a s e r V a l l e y i n o r d e r t o t a k e a d v a n t a g e o f a ) g o o d e l e v a t i o n c o n t r o l b ) e a s e i n d e t e r m i n i n g l o c a t i o n s ( T h e r e a r e many r o a d s i n t h i s a r e a . ) c ) h o m o g e n i e t y o f t h e s u p e r f i c i a l a l l u v i a l s e d i -m e n t s d ) r e d u c e d v a l u e s o f t e l l u r i c n o i s e ( w h e n d i s t a n t f r o m c i t i e s ) I n i t i a l m e a s u r e m e n t s , t o c h e c k t h e o p e r a t i o n o f t h e e q u i p -m e n t a n d t o d e t e r m i n e t h e t h i c k n e s s a n d r e s i s t i v i t y o f t h e Q u a t e r n a r y s e d i m e n t s , w e r e t a k e n a l o n g a l i n e r u n n i n g n o r t h -w e s t f r o m t h e i n p u t c a t h o d e ( l i n e #1 i n F i g u r e 2 - 3 ) . A l l m e a s u r i n g - e l e c t r o d e s p r e a d s w e r e a i m e d a t t h e c a t h o d e o f t h e i n p u t s y s t e m . A s e c o n d s e r i e s o f m e a s u r e m e n t s w a s made f o l l o w i n g a n e a s t - w e s t l i n e a l o n g t h e v a l l e y ( l i n e # 2 ) . A t e a c h l o c a t i o n , t w o o r i e n t a t i o n s o f t h e m e a s u r i n g e l e c -t r o d e w e r e u s e d i n a n a t t e m p t t o r e d u c e a n y a m b i g u i t i e s w h i c h m i g h t r e s u l t f r o m l a t e r a l v a r i a t i o n s i n r e s i s t i v i t y . O r i e n t a t i o n s w e r e e a s t - w e s t a n d n o r t h - s o u t h , f o l l o w i n g t h e d i r e c t i o n o f t h e r o a d s i n t h e a r e a . T e l l u r i c n o i s e l i m i t e d c a t h o d e - t o - m e a s u r i n g - e l e c t r o d e s e p a r a t i o n s t o 76 km. A f e w m e a s u r e m e n t s t o t h e n o r t h e a s t o f t h e c a t h o d e v / e r e o b t a i n e d , b u t t h e B.C.H.P.A. t e r m i n a t e d o p e r a t i o n o f t h e i n p u t s y s t e m b e f o r e a l a r g e n u m b e r o f m e a s u r e m e n t s c o u l d b e m a d e . F i g u r e 2-3 M e a s u r i n g d i p o l e l o c a t i o n s . 27 A t e a c h l o c a t i o n t h e e l e c t r o d e s w e r e b u r i e d o n e -t h i r d t o o n e - h a l f m e t e r b e l o w a n y e x i s t e n t o r g a n i c l a y e r . T o r e d u c e c o n t a c t r e s i s t a n c e , v a r y i n g a m o u n t s o f c o p p e r s u l f a t e s o l u t i o n , d e p e n d i n g o n t h e m o i s t u r e c o n t e n t o f t h e g r o u n d , w e r e , p o u r e d a r o u n d t h e e l e c t r o d e s . E l e c t r o d e s e p a -r a t i o n s w e r e d e t e r m i n e d b y m a r k s o n t h e c o n n e c t i n g c a b l e s o r b y m e a s u r i n g t h e d i s t a n c e w i t h a l a r g e t a p e m e a s u r e . ( E r r o r s may b e a s l a r g e a s 5% b e c a u s e o f c h a n g e s i n t e r r a i n a l o n g r o a d s a n d c o i l i n g o f t h e c a b l e . ) B e f o r e r e c o r d i n g t h e s i g n a l , t h e r e s i s t a n c e o f t h e g r o u n d l i n e w as m e a s u r e d t o d e t e r m i n e i f t h e r e w e r e a n y p o o r c o n t a c t s i n t h e l i n e a n d t o d e t e r m i n e t h e a p p r o x i m a t e c o n t a c t r e s i s t a n c e o f t h e e l e c t r o d e s . T h e s i g n a l w a s t h e n r e c o r d e d a t a c h a r t s p e e d o f 0.5 mm/sec. When t h e s i g n a l - t o - n o i s e r a t i o w a s l a r g e ( 1 . 0 o r b e t t e r ) , o n l y t h e t e l l u r i c s y s t e m w a s u s e d a n d o n l y e n o u g h c y c l e s w e r e r e c o r d e d t o p e r m i t a g o o d v i s u a l e s t i m a t e o f t h e s i g n a l a m p l i t u d e . ( A d e f i n i t i o n o f signal-to-noise r a t i o i s g i v e n i n A p p e n d i x A - 2 . ) A t s t a t i o n s w h e r e t h e n o i s e l e v e l w a s s i g n i f i c a n t , b o t h m a g n e t i c a n d t e l l u r i c c h a n n e l s w e r e u s e d . R e c o r d i n g t i m e w a s r e g u l a t e d b y t h e e s t i m a t e d a m o u n t o f n o i s e p r e s e n t . On o c c a s i o n a s many a s 20 c y c l e s w e r e r e c o r d e d . 28 2-4 D a t a A n a l y s i s S i g n a l a m p l i t u d e s w e r e e s t i m a t e d v i s u a l l y f r o m r e c o r d s i f s i g n a l - t o - n o i s e r a t i o s w e r e g r e a t e r t h a n 1 . 0 . W i t h m o d e r a t e n o i s e ( s i g n a l - t o - n o i s e 0 . 2 ) , t h e s i g n a l w a s d e t e c t e d b y v i s u a l l y c o m p a r i n g t h e m a g n e t i c a n d t e l l u r i c c h a n n e l s . When t h e s i g n a l t u r n e d o n o r o f f a " s p i k e " a p p e a r e d o n t h e m a g n e t i c c h a n n e l , o t h e r w i s e , e x c e p t f o r p h a s e s h i f t s , t h e t w o r e c o r d s a p p e a r e d t h e same ( F i g u r e 2 - 4 ) . F i g u r e 2-4 C o m p a r i s o n o f r e c o r d i n g s o n m a g n e t i c a n d t e l l u r i c c h a n n e l s . I n s o me c a s e s s i g n a l - t o - n o i s e r a t i o s c o u l d b e i m p r o v e d b y p h a s e s h i f t i n g a n d s u b t r a c t i n g t h e m a g n e t i c r e c o r d f r o m t h e t e l l u r i c r e c o r d . ( A t t i m e s t h i s i m p r o v e d s i g n a l - t o -n o i s e r a t i o s b y a f a c t o r o f 1 0 . ) A t v e r y l a r g e n o i s e l e v e l s , t h e a b o v e m e t h o d s d i d n o t p r o v e a t a l l e f f e c t i v e . I t w a s n e c e s s a r y , u n d e r t h e s e c i r c u m s t a n c e s , t o e s t i m a t e s i g n a l a m p l i t u d e s f r o m t h e a m p l i t u d e o f t h e f i r s t f o u r h a r m o n i c s o f t h e i n p u t s i g n a l . ( S e e A p p e n d i x A - 2 . ) E r r o r s f r o m v i s u a l e s t i m a t e s 29 w e r e p r o b a b l y n o g r e a t e r t h a n 1 0 % a n d f r o m u s i n g t h e h a r -m o n i c s n o g r e a t e r t h a n 2 0 1 . A p p a r e n t r e s i s t i v i t i e s w e r e c a l c u l a t e d u s i n g E q u a t i o n 1-5 a n d p l o t t e d o n l o g - l o g g r a p h s w i t h p a r a m e t e r s P a > a p p a r e n t r e s i s t i v i t y , a n d r 2 , d i s t a n c e b e t w e e n m e a s u r i n g d i p o l e a n d c a t h o d e . E s t i m a t e s o f t h e e r r o r i n t h e c a l c u l a t i o n s w e r e m ade u s i n g t h e m a x i m u m v a l u e s f o r i n s t r u m e n t ( s e e A p p e n d i x A - l ) a n d r e a d i n g e r r o r . No t e r r a i n c o r r e c t i o n s w e r e a p p l i e d t o t h e d a t a . C o r r e c t i o n s f o r t h e e f f e c t s o f a n e a r - s u r f a c e r e s i s t i v e a n o m a l y n e a r A b b o t s f o r d w i l l b e c o n s i d e r e d l a t e r . 3 DATA AND I N T E R P R E T A T I O N 3-1 D a t a T a b l e 3-1 g i v e s a s u m m a r y o f t h e d a t a f o r e a c h l o c a t i o n . T h e a p p a r e n t r e s i s t i v i t y v a l u e s a r e p l o t t e d i n F i g u r e 3 - 1 . -I t i s e v i d e n t f r o m t h e g r a p h a n d f r o m t h e t a b l e t h a t v a l u e s a t p o s i t i o n s 2 9 , 3 1 , a n d 32 a r e a n o m a l o u s l y h i g h . A l l t h e s e m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n i n t h e v i c i n i t y o f A b b o t s f o r d w h e r e t h e r e i s r e a s o n t o b e l i e v e t h a t t h e b a s e m e n t r o c k i s e s p e c i a l l y c l o s e t o t h e s u r f a c e . R. I . W a l c o t t [ 2 5 ] c o n j e c t u r e s t h a t a s m a l l g r a v i t y h i g h i n t h e a r e a may b e c a u s e d b y a t h i c k s e q u e n c e o f g a b b r o i c r o c k s , m a r g i n a l t o t h e C o a s t M o u n t a i n s , u n d e r l y i n g t h e T e r t i a r y s e d i m e n t s a n d P l e i s t o c e n e d e p o s i t s . V a l u e s c o r r e c t e d t o e l i m i n a t e t h e e f f e c t o f t h i s r e s i s t i v e b o d y w o u l d b e a f a c t o r o f t w o o r t h r e e l e s s t h a n t h e m e a s u r e d a p p a r e n t r e s i s t i v i t i e s . ( T h e e f f e c t s o f r e s i s t i v e b o d i e s o n d i p o l e s o u n d i n g s a r e g i v e n i n F i g u r e 1-9.) T h e c o r r e c t i o n s a r e i n d i c a t e d b y a r r o w s o n t h e g r a p h . T A B L E 3-1 SUMMARY OF DATA P O S I -T I O N L I N E # r 2 (km) . b (m) E L E C -TRODE R E S . (ohm) E L E V . On) O R I E N T . P O T E N T I A L (mv) R E S I S T I V I T Y (ohm-m) E S T . ERROR 1 1 .321 8 5 . 7 <3 5 5 . 6 1.5 < 1 0 l 2 1 .88 7 6 . 5 <3 1 3 . 9 2.9 <10% 3 1 .95 8 9 . 9 <3 1 1 . 5 2.9 <10% 4 1 1.48 1 3 7 . <3 1 2 . 4.9 <10% 5 1 2.51 2 2 4 . 65 <3 1 1 . 7.8 <10% 6 1 3.61 1 5 5 . 200 <3 5.8 1 1 . 9 <10% 7 1 4.67 3 2 5 . - <3 6.7 1 2 . 2 <10% 8 1 6.34 1 7 5 . - <3 4.1 2 2 . <10% 9 1 . 7.90 2 9 9 . - <3 4.3 2 3 . < 10% 10 1 1 1 . 3 2 5 9 . - <3 3.2 4 1 . 1 0 % 11 2 1 1 . 1 3 0 5 . 2 2 0 <3 E-W 4.2 4 7 . < 10% 12 2 1 9 . 0 305 . • 2 2 5 30 E-W 1.6 5 2 . 1 0 % 1 3 2 1 9 . 5 3 0 5 . 9 0 0 30 N-S 0 . 8 5 1 0 3 . < i b % .14 3 1 9 . 5 3 0 5 . 1 , 6 6 0 50 E-W 0 . 9 5 3 9 . 1 5 % TABLE 3-1 (cont.) POSI-TION LINE # r 2 (km) b (m) ELEC-TRODE RES. (ohm) ELEV. (m) ORIENT. POTENTIAL (mv) RESISTIVITY (ohm-m) EST. ERROR 15 3 19.4 305. 1,300 50 N-S O.30 17. 10% 16 UNBALANCED ELECTRODES - NO PROPER RECORDINGS 17 2 23.8 305. - 30 E-W 0.83 43. <10% 18 2 24.0 305. 2,800 30 N-S 0.27 120. 10% 19 2 23.1 305. 50 13 N-S O.50 112. 20% 20 2 23.1 305. 130 13 E-W 0.82 41. 10% 21 3 24.6 305. 200 10 E-W 0.46 29. 10% 22 3 24.7 305. - 10 N-S O.013 1.5 15% 23 2 29.8 610. 24,000 70 E-W 2.0 91. 10% 24 2 29.8 305. 110 70 N-S 0.83 110. . 10% 25 2 30.5 303. 75 10 E-W O.40 37. 15% 26 2 30.5 305. 152 10 N-S 0.25 138. 15% 27 3 33.9 684. 522 15 E-W 0.51 29. . 20% 28 3 34.4 684. 240 15 N-S 0.32 42. 10% 29 2 39.0 305. • 480 50 N-S 0.48 280. 10% T A B L E 3-1 ( c o n t . ) P O S I -T I O N L I N E #-r 2 (km) b (m) E L E C -TRODE R E S . (ohm) E L E V . Cm) O R I E N T . P O T E N T I A L (mv) R E S I S T I V I T Y (ohm-m) E S T . ERROR 30 2 3 9 . 6 5 6 4 . 3 8 0 50 E-W .30 3 2 . 1 5 1 31 2 4 8 . 4 3 0 5 . 1 8 , 0 0 0 80 N-S .60 6 5 0 . 1 0 % 32 2 4 7 . 7 1 5 2 5 . 4 , 6 0 0 80 E-W 4.5 2 5 0 . 2 0 % 33 2 5 8 . 7 6 8 4 . 2 1 5 <15 E-W .23 3 9 . 1 5 % 34 2 5 8 . 7 6 9 0 . 2 5 0 <1S N-S .11 8 7 . 2 0 % 35 2 7 6 . 1 6 8 4 . 1 6 5 <15 E-W .10 4 0 . 2 0 % 34 J 1 1 Mil 4 J 1 . 4 - r ~ 1 1 1 i - t- 11., 11— 1 1 —1. -I. - "TP-, - -11- - Tr j l l i T i l ~M - 1 't r • T I T - _ 1 1 1 r 111 " T • / t i 1 1 1 1 1 1 1 -X -. - 4 y • -Hr • r o r C£ i~ • -tt-J_ "TTT" 1 ""TT I 1 rh 1 "x" I i i 1 1 L L l_l 1 i --I--4 1 1 u. i|.U . - j-----)- .IV Jr. 1 */> 1 '-- ~I 1 i 1 1 T i - 1 1 1 1 1111 111 L * yr i ' * ' i ' ft i L j T 1 N V - - _ •"•ySTT v5 pi;. 1 — L - i 1 T i l -. ! FT < h>-.. k i-f-H i -Ill r _ _ -.-pi. --.r | i- - 1 - -FJ-t- - -z i —Bf+H---a,'. .CLi- - -FTP: ::Ti ~ - - ; - - ~A--r- - - r zaj+zi - :fr±± -r —ft- -Q. • r< ifr -r-i 7 _ .±Jf. -- + + -t 1 •yrF j- ~-Hr ITT r^r — i — r r ~ 1 ! 1 t 1 1 iB'br ""1 i' 1 1 -Si-1 X - 1 I L KLl-tf _ r .fp M- --h T - -| 1 - - -- .ci! h 4'T-i: = 1 -zi z :5 =FV2M TTf-7 #'+£"-j»*-rTT — •U-frf-- -t-:ffhh T-Ff '.'.rrp. _ •itCrri _, "T"'ft 4.-- i!«—4 ,V„T - — t i T Irri tti i " r • S# 1 1 »1 "13? 1 1 I 1 1 | "11X '.V-FF 1. ' A T T 7 i 1 F— t:tiJ-ld i " • — "T j"j"> 0 1 " 1.11 J I r - I M 1 >r n 1 1 ! - i m 111 ._t_ yr+t- "it"- - C"—tT- - t - J + - T H I l i t 1 * —• t T 1' "1 TI t i _i 11 | ! i 1 ! 4 - . l _ 1 1 1 J 1 ' i i 1 i -rn' i 1 i I 1 1 1 1 T r^ 11 • < y\ L i 1 X.i ~ - 1 r - i t T x» i 1 1 J V ' I ' 11 1 1 J 1 itrril / ! ! " W I II 1 --- - T T T -j - - - 1 I ~- r r r i-: 1 L-1 1 J - -J- t+ - 1 ' rt r n 1^. r - - 4= --Z X T " TT • :r : i 3 r- - ••fc—1 — - ,_TC^  rl"A^ _ -L _1 _ h.-^tt- -„_..y- i—H-- L x Ipt _ i " T I T -\-J I I I -rn ~ r» 1 '•fr—y . I ? ™ «B> -1- +? -J 1. AR - J - - - ^ tr + - r i r i - L ,— -- - T" 1 - iF "i" --•ty- | r -• 1 HT --r-tJ- 1 U - i I E T l f -jm j J J T r i R T 11 LL J l ( .  >-Fl+ : <U . TT0±ft i lit" —h;- t ;i-tp: ~ - FE - - TTT -:pt /S ! - " :rtff = - - r - zp. - x^ jxpr-T±tr!-H+ i+r- _ r T T I 1- ; r ~ ' 1 . rjq^ . _ 1... . . _L-LL :h:ttxri -SJ-HT i i " _ r 4 t l Q - S 1—|- TTi r—t _ i r . "LI. i n . - 1 1 ' 1 1 1 r 1 ' t i l J— T t r M -- lX-L ~i— T~ E ±f-r.: - I Z -|— ! - - - j-F -Fi+i- - - i" I (~t j . . . r j r. X i i _|.. 1 1 1 r in 1 <j/Tn n ~i\ r Tt 1 "T 1 i ~r i1 aii 1 . 1 __ 1- 1 t- Fi-I- • 1 n I "MM i i ~ r 1 1 1 1 r f"' < " 1 I .. J . t 5 r 1 1 I i 1 - --H-fttf- •4-t 1 I T -rH- - — j — i ! 11 -"t-T - i H- -r + TTH ~ - l- - 1 - "PT - trH -hrr-l" - t t r -rH- -— -—iTSTI \ | l i i i 1 u i i i 1 ' - -UM- 1 | ' 1 p xi.i 1 _ + .j-*.* i l l ntr I 1 1 TTl | ! rfi 1 1 i 1 111 r r l 1 i V 1 ' 11 1 1 ! 1 ! 1 1 L J J-41 1 1 1 1 . LJJ... I i l — -1 11 - Trrr ~ p "T 11 MiT T - T 1 n r tin I ! i l hTT l 1 r i I Li1 T 1 1 i ' ! 1 1 1 . - j l i 1 1 . 1 1 1 1 1 1 j \ " - i ill! irp- -h " - n 1 rtm 44h _ — = - -1 i t t T II 1 1 1 , , • i "IT it -t. -i iff '. - -h f r rrr r4: - - - z _ - < - - r - l 1 - - i~ H- 33+ • T r 4 _ - - -ritr -iLII -r Ft 44 r r" r - t-it -t-" itrr ~~ -t „_— 1 11 -L4i ,1 .II T J-f+ -J T"T u"l~ !" -rrr 1 11 11 . j . 1 UJ> f"r \ 1 r TTI_ J - ' L r. .a- 1 V T ; -TT IT • j --["" - •• ~r U- a r 1 _ [_ Ti 1 ... JL 1 1 1 It"" i " 1 1 1 1 TTT T 1 1 -"tT 1 ! 1 I I I 1 1 1 1 1 t 1 1 T+rt--t!4 -: |T;i — 1-14 ' _ ± \ - - 1— -4- - - - -r r r - T T ' i - -H-r I'xr TTf±-= ziz d -+ 1 . l_i J-r - t i t t xrij. -- i 1 - - - j -i iii 4 - L |' ' - F : -Tr - • ±h± H---t . t I . i-H - - T T T - -•P+l -!-. XX1- ' ! ! r T rf" _ - T -L r II t t z i n r r T ' T 1 .TT. j 1 ri XL""Tr 1 -in- ' i F M " fiffff ijfii L X - -H- T . - lit. - 1 . 1 r - -1 ii 1 ^ 1 i 1 I 1 L 1 O 1 " i __L._ Lirrrr 1 " Tr ft il "T i r i 1 J_ U4-- 1 + 1 li 1 J . 1- J il _ _T ttr tr 1 1 1 t ! -- "r- n T ... H. J 1 — T 1 / .T | i i 1 1 i T TTTr 1 n 1 1 V 1 i 1 1 FI 1 11 li 1 r i TT~I 1 A O I O /oo F i g u r e 3-1 P l o t o f a p p a r e n t r e s i s t i v i t y - v a l u e s . 35 3-2 T w o - L a y e r M o d e l s 3 - 2 - 1 T w o - L a y e r M o d e l - H o m o g e n e o u s T o p L a y e r F o r t h e p u r p o s e s o f i n i t i a l i n t e r p r e t a t i o n , t h e d a t a c a n b e c o m p a r e d t o m a s t e r c u r v e s f o r a t w o - l a y e r e a r t h . F i g u r e 3-2 c o m p a r e s t w o - l a y e r m a s t e r c u r v e s w i t h d a t a f r o m l i n e #1 a n d e a s t - w e s t a r r a y s o n l i n e #2. ( A l l m a s t e r c u r v e s u s e d h e r e a r e c a l c u l a t e d a s o u t l i n e d i n A p p e n d i x A - 3 . ) T h e f i t o f t h e c u r v e s w i t h t h e d a t a f o r s m a l l r 2 i s g o o d , b u t b e c o m e s v e r y p o o r a t l a r g e s e p a r a t i o n s , i n d i c a t i n g t h a t a m o r e s o p h i s t i c a t e d m o d e l i s n e e d e d . T h e m a x i m u m s l o p e o f a l i n e d r a w n t h r o u g h t h e d a t a p o i n t s i s 4 5 ° , s u g g e s t i n g a c o n t r a s t o f a t l e a s t 200 ohm-m b e t w e e n u p p e r a n d l o w e r l a y e r r e s i s t i v i t i e s . T h e t h i c k n e s s o f t h e u p p e r l a y e r o f Q u a t e r n a r y s e d i m e n t s i s e s t i m a t e d t o b e 500 m b u t t h i s v a l u e i s e x t r e m e l y s u s c e p t i b l e . t o v a r i a t i o n s i n t h e r e s i s t i v i t y o f t h e u p p e r l a y e r . V a r y i n g t h e r e s i s t i v i t y o f t h e u p p e r l a y e r f r o m 1.0 ohm-m t o 2.0 ohm-m v a r i e s t h e i n t e r p r e t e d t h i c k n e s s f r o m 3 0 0 t o 700 m. No c o n s i d e r a t i o n h a s b e e n g i v e n t o t h e e f f e c t s o f a n i s o t r o p i c r e s i s t i v i t i e s i n t h e u p p e r l a y e r a s t h e s e e f f e c t s s h o u l d b e n e g l i g i b l e ( s e e A p p e n d i x A - 4 ) . 3-2-2 E f f e c t o f t h e O c e a n o n T w o - L a y e r M o d e l s B e f o r e u s i n g m o r e s o p h i s t i c a t e d e a r t h m o d e l s i n i n t e r p r e t a t i o n o f d a t a , i t i s f i r s t n e c e s s a r y t o e v a l u a t e t h e e f f e c t o f t h e c o n d u c t i v e o c e a n o n l a y e r e d - e a r t h s o u n d i n g F i g u r e 3-2 T w o - l a y e r c u r v e s c o m p a r e d w i t h d a t a f r o m l i n e #1 a n d e a s t - w e s t d i p o l e s o n l i n e #2. 37 c u r v e s . T h e m o d e l s , F i g u r e 3 -3 , w e r e d e s i g n e d t o a p p r o x i m a t e t h e i n f l u e n c e o f t h e o c e a n . A u m o c/e/ #1 4k-\ oc e. O . 5" oAw - rr\. recent se. J i m e « f f 5oonv. oce^n. itr\o/ S Gel imanis nor tk rv<»- //«c r i V c r s e. J i m e. nts 4 « o / S&c/i'nn & n t"Qf~y rock /O — /OO 1 i ' F i g u r e 3-3 M o d e l s u s e d i n c o m p u t i n g s o u n d i n g c u r v e s f o r a n o c e a n - e a r t h c o n f i g u r a t i o n . M o d e l #1 i s u s e d i n c o m p u t i n g m a s t e r c u r v e s f o r l o c a t i o n s a l o n g l i n e #1, r u n n i n g n o r t h w e s t f r o m t h e c a t h o d e . M o d e l #2 i s u s e d i n c o m p u t i n g m a s t e r c u r v e s f o r l o c a t i o n s a l o n g -l i n e #2, r u n n i n g e a s t f r o m t h e c a t h o d e . ( C a l c u l a t i o n s a r e o u t l i n e d i n A p p e n d i x A - 3 . ) I n F i g u r e 3-4 t h e c o m p u t e d v a l u e s f o r t h e s e m o d e l s a r e c o m p a r e d w i t h t h e m a s t e r c u r v e s f o r a t w o - l a y e r e a r t h . E v i d e n t l y t h e c u r v e s a r e a l m o s t e q u i v a l e n t for the range of separations used in t h i s survey. On t h e b a s i s o f t h e a b o v e c o n s i d e r a t i o n s , i t w i l l b e a s s u m e d t h a t t h e o c e a n c a u s e s l i t t l e v a r i a t i o n i n t h e 38 s o u n d i n g c u r v e s f o r a l a y e r e d e a r t h , a n d t h a t d e s p i t e t h e p o s i t i o n o f t h e o c e a n , l a y e r e d - e a r t h m o d e l s c a n b e u s e d i n a p p r o x i m a t i n g r e s i s t i v i t i e s a t d e p t h . F i g u r e 3-4 C o m p a r i s o n o f t w o - l a y e r s o u n d i n g c u r v e s f o r h o m o g e n e o u s a n d i n h o m o g e n e o u s u p p e r l a y e r s . 39 3-3 T h r e e - L a y e r M o d e l s A f i n a l i n t e r p r e t a t i o n o n t h e b a s i s o f r e s i s t i v i t y d a t a a l o n e i s l i m i t e d b y t h e s c a t t e r o f d a t a p o i n t s t o a t h r e e - l a y e r m o d e l , F i g u r e s 3-5, 3-6, 3-7. T h e d a t a p o i n t s f o r l i n e #1 a n d e a s t - w e s t d i p o l e s o n l i n e #2, F i g u r e 3-5, i n d i c a t e t h a t t h e s e c o n d l a y e r h a s a t r a n s v e r s e r e s i s t a n c e 1 ( r e s i s t i v i t y x t h i c k n e s s ) o f 1.0 x 106 ohm-m 2 t o 2.0 x 106 ohm-m 2 a n d a m i n i m u m r e s i s t i v i t y o f 200 ohm-m. ( R e s i s t i v i -t i e s s m a l l e r t h a n t h i s w i l l g i v e a p o s i t i v e s l o p e o f l e s s t h a n 45°.) T h e r e s i s t i v i t y o f t h e t h i r d l a y e r i s p r o b a b l y l e s s t h a n 20 ohm-m. A s s u m i n g t h e m i n i m u m v a l u e f o r t h e r e s i s t i v i t y o f t h e s e c o n d l a y e r w o u l d g i v e 10 km a s t h e m a x i m u m t h i c k n e s s o f t h e l a y e r . T h e d a t a f o r t h e n o r t h - s o u t h d i p o l e s o n l i n e #2, F i g u r e 3-6, i n d i c a t e s a s o m e w h a t g r e a t e r t r a n s v e r s e r e s i s t -a n c e f o r t h e s e c o n d l a y e r ( g r e a t e r t h a n 5 x 106 o h m - m 2 ) . T h e s l i g h t l y h i g h e r v a l u e s f o r t h e s e d i p o l e s may b e d u e t o t h e p r e s e n c e o f t h e C o a s t M o u n t a i n s t o t h e n o r t h a n d e a s t . ( Q u a l i t a t i v e e f f e c t s may b e d e t e r m i n e d b y r e f e r r i n g t o M. N. B e r d i c h e v s k i i [2].) F o r v a l u e s o f r e s i s t i v i t y g r e a t e r t h a n 200 ohm-m, t h e s h a p e o f t h e c u r v e d e p e n d s o n l y o n t h e t r a n s v e r s e r e s i s t a n c e o f t h e s e c o n d l a y e r ( s e e A p p e n d i x A-3). 40 /o F i g u r e 3-5 Comparison of t h r e e - l a y e r model w i t h d a t a from l i n e #1 and e a s t - w e s t d i p o l e s on l i n e #2. 41 F i g u r e 3-6 C o m p a r i s o n o f t h r e e - l a y e r m o d e l w i t h d a t a f r o m n o r t h - s o u t h d i p o l e s o n l i n e #2. 42 /oo SO ft, E-V/ clip oles O- A/-J dipol&S rnHftcr ci/rve for o 7.5* Oos) SO C K a. / o AO AO V O F i g u r e 3-7 C o m p a r i s o n o f t h r e e - l a y e r m o d e l w i t h d a t a f r o m d i p o l e s o n l i n e #3. 4 3 3-4 C o m p a r i s o n o f R e s i s t i v i t y S o u n d i n g D a t a w i t h S e i s m i c  a n d W e l l D a t a A m o r e c o m p l e x e a r t h m o d e l may b e d e s i g n e d b y c o m p a r i n g r e s i s t i v i t y s o u n d i n g d a t a w i t h s e i s m i c a n d w e l l d a t a . T h r e e d e e p w e l l s h a v e b e e n d r i l l e d i n t h e F r a s e r V a l l e y a r e a ( R i c h f i e l d P u r e P t . R o b e r t s , R i c h f i e l d P u r e S u n n y s i d e , a n d R i c h f i e l d P u r e A b b o t s f o r d ) . I n d u c t i o n l o g s f r o m t h e s e w e l l s a r e r e p r e s e n t e d i n F i g u r e 3 -8. V a l u e s g r e a t e r t h a n 50 ohm-m t e n d t o b e l o w b e c a u s e i n d u c t i o n l o g g i n g e q u i p m e n t r e s p o n d s p o o r l y t o r e s i s t i v e r o c k s . I t i s o b v i o u s l y v e r y d i f f i c u l t t o s e t a n o v e r a l l r e s i s t i v i t y f o r t h e l a y e r s o f s e d i m e n t a r y r o c k p e n e t r a t e d b y t h e f i r s t t w o w e l l s . R e s i s t i v i t i e s h e r e t t f i l l d e f i n i t e l y b e a n i s o -t r o p i c , h a v i n g m u c h g r e a t e r v e r t i c a l v a l u e s t h a n h o r i z o n t a l v a l u e s . ( I f t h e s e r e s i s t i v i t y f e a t u r e s a r e w i d e s p r e a d , t h i s m a c r o - a n i s o t r o p y w i l l l e a d t o e r r o r s i n c a l c u l a t i n g d e p t h s f r o m s o u n d i n g d a t a - s e e A p p e n d i x A - 4 . ) T h e A b b o t s f o r d w e l l , o n t h e o t h e r h a n d , p e n e t r a t e s a v e r y r e s i s t i v e l a y e r ( g r e a t e r t h a n 3 0 0 ohm-m) b e g i n n i n g a t 700 m. C o n s i d e r i n g t h i s w e l l d a t a , a m e a n r e s i s t i v i t y o f 2 00 ohm-m a n d a m i n i m u m d e p t h o f 5 km s e e m r e a s o n a b l e f o r t h e l a y e r s o f s e d i m e n t a r y r o c k . One p o s s i b l e i n t e r p r e t a t i o n o f t h e r e s i s t i v i t y s o u n d i n g d a t a i s t h a t r e l a t i v e l y r e s i s t a n t l a y e r s o f T e r t i a r y a n d C r e t a c e o u s s e d i m e n t a r y r o c k s o v e r l i e a l a y e r o f l e s s r e s i s t i v e s e d i m e n t a r y r o c k . A m e a n r e s i s t i v i t y o f 1 0 0 t o 44 /ooo 3000 4000 \ srooo r\0 O /oo ZOO oAw-m o /oo ZOO ohm-m Re sis t/V/iy (ohm.-m) -*— /oo 2 0 0 1 A rn - *W / Rick-fit loi P u r e Pt. Ro6e.rts Rick-fitlJ Pure. *3 Hick-fie. Id Pure Abbots f oral F i g u r e 3-8 I n d u c t i o n l o g s from w e l l s i n the F r a s e r V a l l e y . 45 200 ohm-m f o r t h e r e s i s t i v e l a y e r s w o u l d s e t t h e u p p e r b o u n d a r y o f t h e c o n d u c t i n g l a y e r a t 10 t o 20 km. T h e s e v a l u e s a r e o b v i o u s l y s o m e w h a t e x t r e m e i n v i e w o f s e i s m i c a n d g e o l o g i c a l e v i d e n c e . T h e f o u r - l a y e r m o d e l o f F i g u r e 3-9 c a n b e com-p o s e d b y a s s u m i n g t h a t t h e T e r t i a r y a n d C r e t a c e o u s r o c k s o v e r l i e g r a n i t i c r o c k s . T h e c h a n g e i n r e s i s t i v i t y f r o m t h e g r a n i t i c t o t h e l o w e r l a y e r n e e d n o t b e d i s c o n t i n u o u s b u t c a n b e v e r y g r a d u a l . T h e b e s t f i t t o d a t a f r o m l i n e #1 a n d e a s t - w e s t d i p o l e s o n l i n e #2 i s f o u n d w h e n t h e t h i c k -n e s s o f t h e g r a n i t i c l a y e r i s t w o k i l o m e t e r s ( F i g u r e 3 - 9 ) . F o r l a r g e r r e s i s t i v i t i e s o f t h e g r a n i t i c l a y e r , t h i s v a l u e w o u l d b e p r o p o r t i o n a t e l y l e s s . D a t a f r o m t h e n o r t h - s o u t h d i p o l e s o f l i n e #2 i m p l i e s t h a t t h e t h i c k n e s s i s g r e a t e r t h a n 5 km. A s s t a t e d b e f o r e , h o w e v e r , t h e r e s i s t i v i t i e s m e a s u r e d h e r e may b e h i g h e r t h a n e x p e c t e d f o r a l a y e r e d e a r t h . F i g u r e 3-10 c o m p a r e s t h e f o u r - l a y e r m o d e l d e d u c e d f r o m r e s i s t i v i t y d a t a w i t h a s e i s m i c m o d e l o f K. H. T s e n g [ 2 4 ] ; 46 I i I o 100 v. SOOm. o - An. O - cJipol& //'*ie ^ / AO /.o /O /oo F i g u r e 3 -9 C o m p a r i s o n o f f o u r - l a y e r m o d e l w i t h d a t a f r o m l i n e #1 a n d e a s t - w e s t d i p o l e s o n l i n e #2. 47 o ~. £ 20og\ 4000 $000 6000 7.000 Seelim e n Tkrt fQry Se. dime, n ^^^3) /o-zoo oA Cre. tc)ce ovs S e d 1 rr\ e n't 3 ry frock SO -ZOO OAM. - yyy. / ' SOO -ZOQO * „ » * ohry\. - rr\ . < ZO ok Creit) ocean-went c e o i / ; took "ft 5 / r e c jprQnitic v «. ' took -6".y k^/sec. > / / s V • V 6. 5" /sec ( a ) M o d e l f o r F r a s e r V a l l e y a n d D e l t a f r o m w e l l a n d r e s i s t i v i t y s o u n d i n g d a t a . ( b ) M o d e l f o r s o u t h - w e s t G e o r g i a S t r a i t f r o m s e i s m i c d a t a ( K . H. T s e n g [ 2 4 ] ) . F i g u r e 3 - 1 0 A c o m p a r i s o n o f r e s i s t i v i t y a n d s e i s m i c p r o f i l e s n e a r t h e F r a s e r D e l t a . 48 3-5 D i s c u s s i o n I f the f o u r - l a y e r model o f F i g u r e 3-10 i s a c c e p t e d , the c o n d u c t i v e l a y e r u n d e r l y i n g the g r a n i t i c r o c k p r e s e n t s an i n t e r e s t i n g p u z z l e . N e i t h e r t emperature nor h y d r o s t a t i c p r e s s u r e c o u l d account f o r such low v a l u e s o f r e s i s t i v i t y a t 7 - 8 km. The temp e r a t u r e would have t o be near 800°C (E. I . Parkhomenko [19]) wh i c h i s much too h i g h f o r the s e d e p t h s . E x p e c t e d v a l u e s a re u s u a l l y no g r e a t e r than 300°C. One p o s s i b i l i t y i s t h a t the i n c r e a s e d c o n d u c t i v i t y i s caused by wa t e r s a t u r a t i o n o f the r o c k . As the p a r t i a l p r e s s u r e o f w a t e r vapour i n a r o c k i s i n c r e a s e d , the amount of bound or adsorbed water i n c r e a s e s a c c o r d i n g l y . T h i s i n c r e a s e i n wa t e r c o n t e n t o f the ro c k a i d s d i s s o c i a t i o n and lo w e r s the o v e r a l l a c t i v a t i o n energy f o r i o n i c c o n d u c t i o n i n the system. A t the h i g h vapour p r e s s u r e s p o s s i b l e a t d e p t h , the r e s i s t i v i t y o f a g i v e n r o c k c o u l d be low e r e d enormously. F i g u r e 3-11 i n d i c a t e s the e f f e c t s o f p a r t i a l w ater vapour p r e s s u r e and temp e r a t u r e on the r e s i s t i v i t y o f a g r a n i t e . U n f o r t u n a t e l y , f o r our purposes the temperature range i s too h i g h . R e s i s t i v i t i e s a t lower t e m p e r a t u r e s may be ap p r o x i m a t e d by assuming pec exp (E (P) /T) (E. I . Parkomenko [19]) where T i s a b s o l u t e t e m p e r a t u r e and E i s a c t i v a t i o n e nergy, a f u n c t i o n o f p a r t i a l vapour p r e s s u r e P '. Choosing s u i t a b l e v a l u e s f o r p r e s s u r e and temp e r a t u r e as a f u n c t i o n o f d e p t h , and assuming t h a t the vapour p r e s s u r e i s e q u a l 49 F i g u r e 3-11 R e s i s t i v i t y o f a g r a n i t e as a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e and water vapour p r e s s u r e . (From B. B. Lebedev and N. I . K h i t a r o v [ 1 6 ] ) . 50 t o t h e h y d r o s t a t i c p r e s s u r e g i v e s t h e r e s i s t i v i t y v a l u e s o f F i g u r e 3 - 1 2 . o Q 6 _ /o iz pr-e-ss is re v$ r'/t) t/on. tern.p-e r-^-tt/r^. AO /O /OO /ooo F i g u r e 3-12 R e s i s t i v i t y o f a w a t e r s a t u r a t e d g r a n i t e a s a f u n c t i o n o f d e p t h . C l e a r l y t h e v a l u e s a t 8 km c o m p a r e f a v o u r a b l y w i t h m e a s u r e d r e s i s t i v i t i e s . A n i n t e r e s t i n g f e a t u r e i s t h a t t h e r e s i s t i v i t i e s a t g r e a t e r t h a n 15 km a r e a p p r o x i m a t e l y t h o s e f o u n d f r o m g e o m a g n e t i c d e p t h s o u n d i n g s ( C a n e r e t a l [ 5 ] ) . L a r g e a m o u n t s o f w a t e r i n m e t a m o r p h i c r o c k s w o u l d b e a d i r e c t c o n s e q u e n c e o f t h e r o c k ' s s e d i m e n t a r y o r i g i n . D e f o r m a t i o n a n d t h i c k e n i n g o f g e o s y n c l i n a l s e d i m e n t s , f o l l o w e d b y c o n t i n u e d h i g h r a d i o a c t i v e h e a t p r o d u c t i o n w o u l d c a u s e p a r t i a l m e l t i n g t o o c c u r a t t h e b a s e o f t h e s e d i m e n t s . G r a n i t i c m e l t s , w i t h h i g h w a t e r c o n t e n t , w o u l d s l o w l y r i s e 51 t o w a r d t h e s u r f a c e . T h u s , i n y o u n g o r o g e n i c r e g i o n s , o n e e x p e c t s a n e a r s u r f a c e l a y e r t h a t i s l a r g e l y g r a n i t i c o v e r a w a t e r - s a t u r a t e d l a y e r o f i n t e r m e d i a t e c o m p o s i t i o n ( g r a n i t i c r o c k s a n d a m p h i b o l i t e s ) . T h e s e i s m i c v e l o c i t y o f s u c h a m i x t u r e w o u l d b e a p p r o x i m a t e l y 6.5 k m / s e c ( A . E . R i n g w o o d a n d D. H. G r e e n [ 2 0 ] ) w h i c h a g r e e s w e l l w i t h s e i s m i c d a t a f o r t h i s r e g i o n ( F i g u r e 3-10 b ) . T h e P o t a s s i u m - A r g o n a g e , m i d - M i o c e n e , a s s i g n e d t o g r a n i t i c r o c k s n e a r C h i l l i w a c k ( J . A. R o d d i c k [ 2 1 ] ) a l s o a g r e e s w e l l w i t h t h e a b o v e c o n -s i d e r a t i o n s . O t h e r s h a l l o w , c o n d u c t i v e a n o m a l i e s ( l e s s t h a n 20 km d e e p ) i n a r e a s w i t h g r a n i t i c b a s e m e n t s , F i g u r e 3 - 1 3 , may b e t h e r e s u l t o f e q u i v a l e n t p r o c e s s e s , ( A m o r e c o m p l e t e d e s c r i p t i o n o f t h e m e c h a n i s m s i n v o l v e d i s g i v e n b y R. D. H y n d m a n a n d D. W. H y n d m a n [ 1 0 ] . ) F i g u r e 3-13 S h a l l o w c o n d u c t i n g a n o m a l i e s i n w e s t e r n N o r t h A m e r i c a . 4 C O N C L U S I O N S I t i s o b v i o u s t h a t a l a y e r e d e a r t h m o d e l g i v e s t h e b e s t f i t t o t h e r e s i s t i v i t y s o u n d i n g d a t a . C a l c u l a t i o n s h a v e s h o w n t h a t t h e c o n d u c t i v e o c e a n h a s a n i n s i g n i f i c a n t e f f e c t o n s i m p l e t w o - l a y e r p o t e n t i a l s a n d p r o b a b l y h a s l i t t l e e f f e c t o n m u l t i l a y e r e d m o d e l s . I t i s i n c o n c e i v a b l e t h a t o t h e r l a t e r a l v a r i a t i o n s i n r e s i s t i v i t y c o u l d g i v e v a l u e s w h i c h c o m p a r e w i t h t h e d a t a f o r a l l t h e d i p o l e o r i e n t a t i o n s u s e d i n t h i s s u r v e y . S c a t t e r o f d a t a p o i n t s i s s m a l l e n o u g h t o p e r m i t a t h r e e - l a y e r i n t e r p r e t a t i o n . T h e s o u n d i n g d a t a c o m b i n e d w i t h w e l l d a t a a l l o w s a f o u r - l a y e r i n t e r p r e t a t i o n i n w h i c h 5 0 0 m o f c o n d u c t i v e Q u a t e r n a r y s e d i m e n t s o v e r l i e 4-5 km o f T e r t i a r y a n d C r e t a c e o u s s e d i m e n t a r y r o c k s a n d 2 km o f r e s i s t i v e g r a n i t i c r o c k s . T h e i n t e r p r e t e d t h i c k n e s s o f t h e g r a n i t i c r o c k s d e p e n d s v e r y m u c h o n t h e a s s u m e d r e s i s t i v i t i e s o f t h e s e d i -m e n t a r y a n d g r a n i t i c r o c k s . I f t h e r e s i s t i v i t y o f t h e g r a n i t i c r o c k d e c l i n e s a s r a p i d l y a s i s i n d i c a t e d i n F i g u r e 3 - 1 2 , t h e t h i c k n e s s m i g h t b e c l o s e r t o t h e 4-5 km v a l u e d e d u c e d f r o m s e i s m i c d a t a i n s o u t h e r n G e o r g i a S t r a i t . T h e c o n d u c t i n g r e g i o n b e l o w t h e g r a n i t i c r o c k s i s p r o b a b l y t h e u p p e r p a r t o f t h e l a y e r f o u n d u s i n g g e o -m a g n e t i c d e p t h s o u n d i n g s . T h e r e l a t i v e l y s h a l l o w d e p t h a n d t h e . l o w r e s i s t i v i t y ( < 2 0 ohm-m) make i t i m p r o b a b l e t h a t t h e e f f e c t s a r e c a u s e d b y h i g h t e m p e r a t u r e s . H i g h c o n d u c t i v i t y - o f t h e r o c k s i n t h i s r e g i o n c o u l d b e t h e 54 r e s u l t o f i n c r e a s e d d i s s o c i a t i o n a n d i o n i c m o b i l i t y i n w a t e r s a t u r a t e d r o c k s . O t h e r s h a l l o w c o n d u c t i n g a n o m a l i e s i n w e s t e r n N o r t h A m e r i c a may b e m a n i f e s t a t i o n s o f t h i s p h e n o m e n o n . 55 S U G G E S T I O N S FOR FURTHER STUDY M u c h v a l u a b l e i n f o r m a t i o n c o u l c l b e o b t a i n e d by-e x t e n d i n g t h e l i n e o f p o t e n t i a l m e a s u r e m e n t s a l o n g t h e F r a s e r V a l l e y . B . C.H.P.A. p l a n s t o p u l s e a 1 2 0 0 amp c u r r e n t t h r o u g h t h e i n p u t d i p o l e w h i c h s h o u l d a l l o w m e a s u r e m e n t s t o b e m ade a t d i p o l e s p a c i n g s o f u p t o 1 5 0 km. T h i s w o u l d make i t p o s s i b l e t o s e t a r e p r e s e n t a t i v e r e s i s t i v i t y a n d a m i n i m u m t h i c k n e s s f o r t h e c o n d u c t i n g l a y e r u n d e r l y i n g t h e g r a n i t i c r o c k s . M a x i m u m d i p o l e s e p a r a t i o n s w o u l d b e o b t a i n e d b y o r i e n t i n g t h e m e a s u r i n g e l e c t r o d e s i n t h e e x p e c t e d d i r e c t i o n o f t h e e l e c t r i c f i e l d . G r e a t c a r e s h o u l d b e t a k e n t o u s e a common o r i e n t a t i o n a t a l l m e a s u r i n g l o c a t i o n s a s r a n d o m o r i e n t a t i o n s c a n l e a d t o l a r g e c h a n g e s i n a p p a r e n t r e s i s t i v i t y ( G . V. K e l l e r [ 1 4 ] ) . I n a n y c a s e , s c a t t e r o f d a t a w o u l d p r o b a b l y b e l a r g e b e c a u s e o f t h e r e l a t i v e l y c o m p l e x s u r f a c e f e a t u r e s o f t h e e a s t e r n F r a s e r V a l l e y . I f p o s s i b l e , t h e l a t e r a l e x t e n t o f t h e r e s i s t i v i t y s o u n d i n g s s h o u l d b e i n c r e a s e d b y m a k i n g p o t e n t i a l m e a s u r e m e n t s o n V a n c o u v e r I s l a n d . T h i s a r e a h a s t h e a d d e d a d v a n t a g e t h a t a l a r g e a m o u n t o f s e i s m i c i n f o r m a t i o n i s a v a i l a b l e (W. R. H. W h i t e a n d J . C. S a v a g e [ 2 6 ] ) . T h e b e s t l o c a t i o n s f o r m e a s u r i n g d i p o l e s a r e on a l i n e f o l l o w i n g t h e e a s t e r n c o a s t o f t h e i s l a n d . T h e s u r f a c e h e r e i s a r e l a t i v e l y u n i f o r m l a y e r o f C r e t a c e o u s s e d i m e n t a r y r o c k s w h e r e a s g e o l o g y o n m o s t o t h e r p a r t s o f t h e i s l a n d i s v e r y c o m p l e x ( R . I . W a l c o t t [ 2 5 ] p . 1 1 ) . M a x i m u m d i p o l e s e p a r a t i o n s o n t h i s l i n e w i l l p r o b a b l y 5 6 not be so g r e a t as those a l o n g the F r a s e r V a l l e y because o f the i n c r e a s e d t e l l u r i c n o i s e i n the more r e s i s t i v e C r e t a c e o u s r o c k s . 57 REFERENCES [1] Berdichevskii, M. 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Assoc. of Phys. convention, Calgary, Alberta, Canada, 1968. 58 [ 1 1 ] J a c k s o n , D. B., 1 9 6 6 , D e e p r e s i s t i v i t y p r o b e s i n t h e s o u t h w e s t e r n U n i t e d S t a t e s : G e o p h y s i c s , v . 3 1 , p . 1 1 2 3 - 1 1 4 4 . [ 1 2 ] K e l l e r , G. V . , a n d F r i s c h k n e c h t , F. C., 1 9 6 6 , E l e c -t r i c a l m e t h o d s i n g e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g : New Y o r k , P e r g a m o n P r e s s . [ 1 3 ] K e l l e r , G. V . , 1 9 6 6 , D i p o l e m e t h o d s f o r m e a s u r i n g e a r t h c o n d u c t i v i t y , t r a n s l a t i o n from Russian: New Y o r k , C o n s u l t a n t s B u r . [ 1 4 ] K e l l e r , G. V . , 1 9 6 6 , D i p o l e m e t h o d f o r d e e p r e s i s t i v i t y s t u d i e s : G e o p h y s i c s , v . 3 1 , p.. 1 0 8 8 - 1 1 0 4 . [ 1 5 ] L a h m a n , H. S., a n d V o z o f f , K., 1 9 6 5 , D e e p r e s i s t i v i t y r e s u l t s f r o m D. C. g r o u n d t e s t s a t H o o v e r Dam: G e o s c i e n c e I n c . , S c i e n t i f i c R e p o r t 6. [ 1 6 ] L e b e d e v , E. B., a n d K h i t a r o v , N. I . , 1 9 6 4 , D e p e n d e n c e o f t h e b e g i n n i n g o f m e l t i n g o f g r a n i t e a n d t h e e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y o f i t s m e l t o n h i g h w a t e r v a p o u r p r e s s u r e : G e o c h e m . I n t . , v . 1, p . 1 9 3 -1 9 7 . [ 1 7 ] M i s c h , P., 1 9 6 6 , T e c t o n i c e v o l u t i o n o f t h e n o r t h e r n C a s c a d e s o f W a s h i n g t o n S t a t e , in T e c t o n i c h i s t o r y a n d m i n e r a l d e p o s i t s o f t h e w e s t e r n C o r d i l l e r a : C a n a d i a n I n s t , o f M i n i n g a n d M e t a l l u r g y , S p e c i a l v . 8, p . 1 0 1 - 1 4 9 . [ 1 8 ] M o o n e y , H. M., O r e l l a n a , E . , P i c k e t t , H., a n d T o r n h e i m , L . , 1 9 6 6 , A r e s i s t i v i t y c o m p u t a t i o n m e t h o d f o r l a y e r e d e a r t h m o d e l s : G e o p h y s i c s , v . 3 1 , p . 1 9 2 - 2 0 3 . [ 1 9 ] P a r k h o m e n k o , E. I . , 1 9 6 7 , E l e c t r i c a l p r o p e r t i e s o f r o c k s : New Y o r k , P l e n u m P r e s s . [ 2 0 ] R i n g w o o d , A. E . , a n d G r e e n , D. H., 1 9 6 6 , P e t r o l o g i c a l n a t u r e o f t h e s t a b l e c o n t i n e n t a l c r u s t , in T h e e a r t h b e n e a t h t h e c o n t i n e n t s : R i c h m o n d , W i l l i a m B y r d P r e s s . [ 2 1 ] R o d d i c k , J . A . , 1 9 6 6 , C o a s t c r y s t a l l i n e b e l t o f B r i t i s h C o l u m b i a , in T e c t o n i c h i s t o r y a n d m i n e r a l d e p o s i t s o f t h e w e s t e r n C o r d i l l e r a : C a n a d i a n I n s t , o f M i n i n g a n d M e t a l l u r g y , S p e c i a l v . 8, p . 7 3 - 8 2 . [ 2 2 ] S t e f a n e s c u , S. S., a n d S c h l u m b e r g e r , C. a n d M., 1 9 3 0 , S u r l a d i s t r i b u t i o n e l e c t r i q u e p o t e n t i e l l e a u t o u r d ' u n e p r i s e d e t e r r e p o n c t u e l l e d a n s u n t e r r a i n a c o u c h e s h o r i z o n t a l e s , h o m o g e n e s e t i s o t r o p e s : J o u r . P h y s i q u e e t l e R a d i u m , v . 1, p . 1 3 2 - 1 4 0 . 59 [ 2 3 ] S u n d e , E . , 1 9 4 9 , E a r t h c o n d u c t i o n e f f e c t s i n t r a n s -m i s s i o n s y s t e m s : New Y o r k , V a n N o s t r a n d C o . [ 2 4 ] T s e n g , K . H . , 1 9 6 8 , A new m o d e l f o r t h e c r u s t i n t h e v i -c i n i t y o f V a n c o u v e r I s l a n d : U n p u b l i s h e d M . S c . t h e s i s , D e p t . o f G e o p h y s i c s , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a . [ 2 5 ] W a l c o t t , R. I . , 1 9 6 7 , T h e B o u g u e r a n o m a l y map o f s o u t h -w e s t e r n B r i t i s h C o l u m b i a : U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a I n s t , o f E a r t h S c i e n c e s , S c i e n t i f i c R e p o r t 1 5 , p . 3 2 . [ 2 6 ] W h i t e , W. R. H., a n d S a v a g e , J . C , 1 9 6 5 , A s e i s m i c r e f r a c t i o n a n d g r a v i t y s t u d y o f t h e e a r t h ' s c r u s t i n B r i t i s h C o l u m b i a : B u l l . S e i s . S o c . Am., V . 5 5 , p . 4 6 3 - 4 8 6 . A P P E N D I X A - l E q u i p m e n t ( a ) C h a r a c t e r i s t i c s o f A s t r o d a t a T D A - 1 2 1 N a n o v o l t m e t e r ( 5 ) 1 A M P L I F I E R G A I N A C C U R A C Y - ±1% 2 BAND WIDTH - d o w n 3 db a t 0.2 H z 3 I N P U T I M P E D A N C E - 1 megohm 4 GROUND I S O L A T I O N - e n t i r e c i r c u i t i s f l o a t i n g f r o m p a n e l a n d c a b i n e t b y a t l e a s t 1 0 0 0 megohms r e s i s t a n c e a n d n o t m o r e t h a n 0 . 0 1 m f c a p a c i t a n c e • ( h ) C h a r a c t e r i s t i c s o f B r u s h 2 8 0 - 1 0 R e c o r d e r ( 6 ) 1 I N P U T I M P E D A N C E - 1 megohm 2 L I N E A R I T Y - 0 . 2 5 % f u l l s c a l e 3 R E P E A T A B I L I T Y - 0 . 1 % 4 FREQUENCY R E S P O N S E - l e s s t h a n 2% a m p l i t u d e d i s -t o r t i o n f u l l s c a l e f o r f r e -q u e n c i e s l e s s t h a n 20 Hz 5 GROUND I S O L A T I O N - c i r c u i t i s f l o a t i n g f r o m c a b i n e t a t n o l e s s t h a n 1 megohm 61 (c) /5V refay Cc loses ci'rasi'i X / / o w s in. A A M A A / O o/»m F i g u r e A - l I n p u t m o n i t o r . 75-9-) (d) /np< O—I 3 // T .23© 3 // • A A A A A -/5"oo K >vtpvf I <fKour\ F i g u r e A-2 60 Hz f i l t e r CD O t/ tput C h a r a c t e r i s t i c s G A I N C h a n n e l 1 5-10 C h a n n e l 2 10 C U T O F F 1 H z 12 d b / o c t a v e F i g u r e A - 3 S u m m i n g a m p l i f i e r . 6 3 A-2 E s t i m a t i o n o f S i g n a l A m p l i t u d e s i n N o i s y R e c o r d s A t l a r g e d i p o l e s e p a r a t i o n s t h e s i g n a l w a s o f t e n o b s c u r e d b y n o i s e . C o n s e q u e n t l y , s i g n a l a m p l i t u d e s c o u l d n o t b e e s t i m a t e d b y v i s u a l i n s p e c t i o n o f r e c o r d e d d a t a . I n t h e s e c a s e s , t h e a m p l i t u d e o f t h e s i g n a l w a s e s t i m a t e d f r o m t h e a m p l i t u d e s o f i t s f i r s t f o u r h a r m o n i c s . F o r f i n i t e r e c o r d l e n g t h s , t h e F a s t F o u r i e r t r a n s -f o r m may b e u s e d t o f i n d a F o u r i e r s e r i e s o f t h e f o r m N/2 F ( t ) S £ (A c o s n wt '+ B s i n n cot) ( A - l ) n n n = l ( J . W. C o o l e y e t a l [ 6 ] ) ( A l l r e c o r d s h a v e a n i n t e g r a l n u m b e r o f i n p u t s i g n a l c y c l e s . ) t i s t i m e ; N i s t h e n u m b e r o f s a m p l e p o i n t s ; co = 2 u / T , T i s t h e s a m p l e l e n g t h ; A = a + a , a i s t h e s i g n a l a m p l i t u d e ; n n n ' n t, r > a n i s t h e n o i s e a m p l i t u d e B^ = b ^ + b n , b n i s t h e s i g n a l a m p l i t u d e ; b n i s t h e n o i s e a m p l i t u d e ; a , b n = 0 i f n M x t ( 4 = 1 , 2 , 3 . . . ) , t i s t h e n u m b e r o f s i g n a l c y c l e s i n t h e s a m p l e s p a c e T h e a m p l i t u d e o f t h e s i g n a l may b e e s t i m a t e d b y m a t c h i n g t h e s q u a r e o f t h e a m p l i t u d e s p e c t r u m s o f s i g n a l s 2 o f k n o w n a m p l i t u d e s C ^ w i t h t h e s q u a r e o f t h e a m p l i t u d e s p e c t r u m o f t h e r e c o r d , s u c h t h a t o n e m i n i m i z e s 64 2 U A ^ • B * t ) - C j t | ( A - 2 ) The square of the amplitude spectrum i s used as, i n g e n e r a l , l the phase of the input s i g n a l i s not known. Matching four harmonics was assumed to give s u f f i c i e n t accuracy. An example of the matching and the r e s u l t a n t s i g n a l form are shown i n Figures A-4 and A-5 r e s p e c t i v e l y . A p p l i c a t i o n of t h i s method to s y n t h e t i c noisy r e c o r d s , where the s i g n a l amplitude was known, i n d i c a t e d a probable e r r o r of no more than 20% f o r a s i g n a l - t o - n o i s e . 2 r a t i o of 0.1. I t i s p o s s i b l e , i n some cases, to use only the amplitude of the fundamental i n determining s i g n a l values. This can, however, lead to s i z e a b l e e r r o r s at other times. The n a t u r a l t e l l u r i c noise at the fundamental frequency may be q u i t e la r g e even though noise value at other frequencies are i n s i g n i f i c a n t . Background p o t e n t i a l s were considered noise only at f r e -quencies greater than .02 Hz. Presence of these high frequencies makes i t d i f f i c u l t to detect ON and OFF changes f o r the s i g n a l . The signal-to-noise r a t i o i s defined as (Peak Amplitude of s i g n a l ) 2 / ( A m p l i t u d e of Dominant Frequency of N o i s e ) 2 65 F i g u r e A-4 S q u a r e o f a m p l i t u d e s p e c t r u m s o f s i g n a l a n d n o i s e . F i g u r e A - 5 R e c o n s t r u c t e d s i g n a l c o m p a r e d t o o r i g i n a l . 66 A-3 C a l c u l a t i o n of Master Curves As no master curves were a v a i l a b l e f o r the p a r t i ' c u l a r d i p o l e c o n f i g u r a t i o n s used i n t h i s survey, methods f o r computing these curves were devised. The f o l l o w i n g pages o u t l i n e the computations. A-3-1 Two-Layer Model - Inhomogeneous Top Layer Surface p o t e n t i a l s f o r models #1 and #2, page 37 were c a l c u l a t e d by using the method of images to replace the boundary i n the upper l a y e r by a point source. The image method i s based on the assumption t h a t , i n most aspects, e l e c t r i c currents behave l i k e l i g h t rays. A boundary, Figure A-6, may be considered a m i r r o r w i t h r e f l e c t i o n c o e f f i c i e n t K i , 2 P2 " PI p 2 + p i and t r a n s m i s s i o n c o e f f i c i e n t 1 - I C 1 > 2 (see G. V. K e l l e r and F. C. Frischknecht [12]). Figure A-6 A r e s i s t i v e boundary 67 V a l u e s o f t h e p o t e n t i a l U i n m e d i u m 1, F i g u r e A - 7 , a r e f o u n d b y r e p l a c i n g t h e v e r t i c a l b o u n d a r y b y a s o u r c e K l j 2 I a d i s t a n c e d b e h i n d t h e p o s i t i o n o f t h e b o u n d a r y , (p3 -> oo F i g u r e A-7 O v e r b u r d e n w i t h a l a t e r a l c h a n g e i n r e s i s t i v i t y . T h e v a l i d i t y o f t h e s t e p c a n b e e s t a b l i s h e d b y c o n s i d e r i n g t h e e q u i v a l e n c e o f p a t h 1 a n d 2 i n F i g u r e A-8 w h e n p 3 » a n d Kx ? 3 -> K 2 t 3 . c-<-m * > #-r p t v t \ y P3 00 F i g u r e A -8 R e p l a c e m e n t o f a b o u n d a r y b y a p o i n t s o u r c e F o r o n e s o u r c e I i n a n o v e r b u r d e n U = P i l 2ir I + 2 K £ — n = l [ r 2 + 4 n 2 t 2 ] ^ (A-4) w h e r e U i s a p o t e n t i a l o n t h e s u r f a c e , r ( G . V. K e l l e r e t a l [ 1 2 ] ) T h u s f o r t w o s o u r c e s , I a n d K l j 2 I = ( x 2 + y 2> 21-5 68 Ui = P l I 2TT K ( ( 2 d - x ) 2 + y 2 ) + 2 E M t 3 n K1 , 3 K1 , 2 n = 1 [ ( r 2 + 4 n 2 t 2 ) ^ ( ( 2 d - x ) 2 + y 2 + 4 n 2 t 2 ) ( A - 5 ) K i , 3 - 1 T o f i n d p o t e n t i a l s . i n m e d i u m 2 t h e s o u r c e I i s r e p l a c e d b y a s o u r c e ( 1 - K 1 ) 2 ) I U2 = P 2 l ( 1 2TT KI, 2) K n 2,3 r , ( x 2 + y 2 + 4 n 2 t 2 ) n = l J ( A - 6 ) K 2,3 - 1 M o d e l #1, F i g u r e A - 9 , i n d i c a t e s o n e o f t h e d i p o l e c o n f i g u r a t i o n s u s e d i n t h e s u r v e y . F i g u r e A-9 P a r a m e t e r s f o r m o d e l #1 69 H e r e p = A U 2TT 1_ 1_ -1 (A-7) w h e r e A U y = U ( 2 ) - U ( . l ) U s i n g t h e a p p r o x i m a t i o n A U = — Ay y 8y (A-8) w h e r e A y i s t h e s e p a r a t i o n b e t w e e n m e a s u r i n g e l e c t r o d e s , a n d u s i n g E q u a t i o n A-5 g i v e s . r 2 M r 2 a + JL2. 4 d 2 ) TfT + 2 K 1 .2 n = l ( r 2 2 + 4 n 2 t 2 ) 3 / 2 ( 4 d 2 + r 2 + 4 n 2 t 2 ) 3 / 2 (A-9) K i , 3 - 1 ( T h e a p p r o x i m a t i o n A-8 i s u s e d t o i m p r o v e t h e c o n v e r g e n c e o f t h e s e r i e s i n A-5. F o r i n f i n i t e p 3 , K l j 3 a n d K 2 } 3 e q u a l u n i t y a n d t h e p o t e n t i a l s U i a n d U 2 b e c o m e i n f i n i t e . T h i s d o e s n o t m e a n , h o w e v e r , t h a t t h e e l e c t r i c f i e l d i s i n f i n i t e . ) F i g u r e A-10 s h o w s t h e p a r a m e t e r s f o r m o d e l #2 10 u s e d i n i n t e r p r e t a t i o n o f s u r v e y r e s u l t s * 1 •' e, • CO F i g u r e A - 1 0 P a r a m e t e r s f o r m o d e l #2. U s i n g E q u a t i o n A-6 a n d A U x = — Ax 3X g i v e s P a = P 2 ( 1 " K l , 2 ) * 2 ( ; 1 + 2 1 ^ - - ^ i -r 2 3 r , 3 2 , 3 X 2 n = l ( r 2 2 + 4 n 2 t 2 ) 3 / 2 ( ^ 2 + 4 n 2 t 2 ) 3 / 2 ( A - 1 0 ) ( N o t e t h a t i - + — - — - — ^ X i ^ x . 2 L i i | ) r 2 r 3 r ! r i , r 2 n A s i m i l a r e x p r e s s i o n c a n b e o b t a i n e d f o r d i p o l e s o r i e n t e d i n a n o r t h - s o u t h d i r e c t i o n . R e p l a c e X i a n d x 2 b y yi a n d y 2 r e s p e c t i v e l y i n E q u a t i o n A - 1 0 . 7 1 A-.3-2 M u l t i l a y e r M o d e l s P o t e n t i a l s f o r l a y e r e d e a r t h m o d e l s , F i g u r e A - l l , c a n b e s t b e f o u n d b y s o l v i n g L a p l a c e ' s e q u a t i o n ( V 2 U = 0) a n d t h e n m a n i p u l a t i n g t h e s o l u t i o n i n t o a f o r m t h a t c a n b e u s e d f o r n u m e r i c a l c o m p u t a t i o n s . F i g u r e A - l l P o i n t s o u r c e i n a n n - l a y e r e a r t h I n c y l i n d r i c a l c o o r d i n a t e s t h e s o l u t i o n i s U. 1 [ A i ( m ) e " m z + B i ( m ) e m z ] J Q ( m r ) d m ( A - l l ) w h e r e m i s a s e p a r a t i o n c o n s t a n t ; J Q i s a B e s s e l f u n c t i o n o f z e r o o r d e r . I n t h e f i r s t l a y e r , o n e m u s t a d d t h e p a r t i c u l a r s o l u t i o n U = 2 TT ( r + z 2 ) ( A - 1 2 ) v a l i d n e a r t h e s o u r c e . 72 T h e c o n s t a n t s a n d a r e d e t e r m i n e d b y n o t i n g t h a t A = 0, B = 0 a n d o ' n U. = U,.^,^ a t d. -•3U. 3U ( i + D p i - 8 2 p a +D 8 Z a t d. l ( A - 1 3 ) T h e . g e n e r a l f o r m o f t h e s o l u t i o n a s f o u n d b y S t e f a n e s c u [ 2 2 ] i s U ( r , o ) = I PI, 2TT + 2 / Z ( m , t j , K . ) J o ( m r ) d m ( A - 1 4 ) w h e r e K. = I p i + l " p i i + 1 +~ p ( A n a l t e r n a t e f o r m o f t h e s o l u t i o n i s g i v e n b y E. S u n d e [ 2 3 ] . ) I n p a r t i c u l a r f o r n=3 K j e - 2 m t i . + K 2 e ~ 2 m C t 1 + t 2 ) Z = 2 m ( t i + t 2 ) _ R e - 2 m t ! _ K e - 2 m ( t ! + t 2 ) 1 + K j K 2 e ( A - 1 5 ) A s s u m i n g i n t e g e r v a l u e s f o r t 1 } t 2 • • • • t n _ i ( t h i s c a n b e d o n e w i t h o u t l o s s o f g e n e r a l i t y b y c h o o s i n g a m e a s u r i n g u n i t w h i c h m a k e s t i , t 2 , • • • • t n _ i i n t e g e r ) o n e e x p e c t s t h a t t h e k e r n e l f u n c t i o n , Z, c a n be p u t i n t h e f o r m Z = P ( e '2 m ) 7,~, - 2ITU 7 ~f - 2m-. H ( e ) - P ( e ) nK J n v J ( A - 1 6 ) 73 2m w h e r e P n a n d H n a r e p o l y n o m i a l s o f e . ( T h i s c a n o b v i o u s l y b e d o n e f o r t h e t h r e e - l a y e r e a r t h , A - 1 5 . T h e v a l i d i t y o f t h i s e x p a n s i o n i s d i s c u s s e d b y H. M. M o o n e y e t a l [ 1 8 ] . ) T h e p o l y n o m i a l s a r e d e t e r m i n e d u s i n g t h e r e l a t i o n s P ( i + tfe'2™) - P ^ e - 2 " 1 ) + H . ( e 2 m ) K . e " 2 m d i ti(i * l ) ^ ' 2 m ) - H i ( e - 2 n i ) + P . ( e 2 m ) K . e " 2 m d i ( A - 1 7 ) ( H . F l a t h e [ 7 ] ) N o t i n g t h e i d e n t i t y e " m a J ( m r ) d m = 1 ( A - 1 8 ) 0 a 2 + r 2 ( L a p l a c e t r a n s f o r m ) P i t i s a p p a r e n t t h a t i f Z = c a n b e e x p a n d e d i n a T a y l o r H-P s e r i e s o f t h e f o r m Z - 12 A f N ) ( e - 2 m ) N ( A - 1 9 ) n n = l t h e n t h e e x p r e s s i o n A - 1 4 f o r t h e p o t e n t i a l c a n b e i n t e g r a t e d t e r m b y t e r m a n d t h e s e r i e s summed t o g i v e a s o l u t i o n . E q u a t i n g A - 1 6 a n d A - 1 9 g i v e s oo P n (u ) - [ H n ( u ) - P n ( u ) ] S A n ( N ) u N ( A - 2 0 ) n = l 74 . -2m w h e r e u = e E x p a n d i n g P R a n d H n i n a p o w e r s e r i e s o f t h e f o r m P ( u ) = P ( l ) u + P ( 2 ) u 2 . . . P ( d n l ) u d n - 1 H ( u ) = 1 + H ( l ) u + H ( 2 ) u 2 . . . H ( d n _ 1 ) u d n _ 1 ( A - 2 1 ) r e s u l t s i n t h e r e l a t i o n D A N ( N ) - P ( N ) + I] [ P W ) - H ( je)]A N(N - je ) (A -22) * = 1 w h e r e D i s t h e s m a l l e r o f N-1 o r d , . n - l T h e e x p r e s s i o n A - 1 4 f o r t h e p o t e n t i a l now b e c o m e s 00 U ( r , o ) - Sjl l l + 2 2 A ( N ) ( l + 4 N 2 r - 2 ) " ' s ( A - 2 3 ) 2 " L N-1 " J F r o m A - 2 3 a n d 1-5, t h e a p p a r e n t r e s i s t i v i t y f o r a d i p o l e a r r a y o v e r a n n - l a y e r e a r t h i s P a = P i 1 + 2 / i - - l - - i - + i - V1 t A N V r i r 2 r 3 rj N = 1 (N) ( r / + 4N 2)** ( r 2 2 + 4 N 2 ) 1 * ( r 3 2 + 4 N 2 ) * 5 ( n , 2 + 4 N 2 ) ? ( A - 2 4 ) 75 When t h e m e a s u r i n g d i p o l e s a r e o r i e n t e d i n t h e x o r y d i r e c -t i o n a n d t h e s e p a r a t i o n o f t h e s e d i p o l e s i s s m a l l , c o n v e r g e n c e o f t h e e x p r e s s i o n f o r p c a n b e i m p r o v e d b y u s i n g t h e a p p r o x i -m a t i o n s A U = — Ax x dx A U 8U 3y Ay A s p e c i a l f e a t u r e o f t h e k e r n e l f u n c t i o n f o r a t h r e e - l a y e r e a r t h i s t h a t f o r l a r g e v a l u e s o f r e s i s t i v i t y i n t h e s e c o n d l a y e r ( p 2 >> PI, P 3 ) t h e f o r m o f t h e f u n c t i o n b e c o m e s d e p e n d e n t o n p 2 t 2 n o t o n b o t h p 2 a n d t 2 ( G . V. K e l l e r a n d F. C. F r i s c h k n e c h t [ 1 2 ] p. 1 6 4 , G. V. K e l l e r [ 1 4 ] ) . T h e r a n g e o f v a l i d i t y o f t h i s c h a r a c t e r i s t i c i s g i v e n i n F i g u r e A - 1 2 . I t i s t h e r e f o r e i m p o s s i b l e t o d e t e r m i n e u n i q u e l y t h e s e c o n d , l a y e r r e s i s t i v i t y o r t h i c k n e s s i f r e s i s -t i v i t y c o n t r a s t s a r e s u f f i c i e n t l y l a r g e . F i g u r e A-12 V a l u e s o f p 2 f o r w h i c h t h e t h r e e - l a y e r k e r n a l f u n c t i o n d e p e n d s o n l y o n p 2 t 2 . 77 A-4 E f f e c t s o f A n i s o t r o p y I n a n a n i s o t r o p i c m e d i u m • ' l l.k 3U ax. ( A - 2 5 ) k = l , 2, 3 w h e r e a i s c o n d u c t i v i t y . A p p l y i n g t h e c o n t i n u i t y c o n d i t i o n , o n e f i n d s 3 2 U i k = 0 ( A - 2 6 ) A s s u m i n g t h e m e d i u m i s t r a n s v e r s e l y i s o t r o p i c A - 2 6 b e c o m e s 3 2 U + 1 9U 3 r 2 r 9 r 3 2 U 3 z 2 = 0 ( A - 2 7 ) ( i n c y l i n d r i c a l c o o r d i n a t e s ) w h e r e p v i s v e r t i c a l r e s i s t i v i t y ; r e s i s t i v i t y ; z i s d e p t h . T h e s o l u t i o n t o A - 2 5 i s P t i s t r a n s v e r s e U ( r , z ) = I ( P v P t ) 2 2 7 t(r 2 + ( p v / p t ) z 2 ) [ A ( m ) e - (P v /P t ) mz ( p v / p t ) m z + B ( m ) e v 1 J o ( m r ) d m ( F . S. G r a n t a n d G. F. W e s t [ 8 ] ) ( A - 2 8 ) 78 T h i s s o l u t i o n i s i d e n t i c a l w i t h t h e s o l u t i o n f o r a n i s o t r o p i c m e d i u m i f ' ( p v / p ) a z i s s u b s t i t u t e d f o r z T h i c k n e s s e s o f l a y e r s d e d u c e d f r o m s o u n d i n g c u r v e s w i l l b e i n e r r o r b y a f a c t o r (p / p ^ J i f r e s i s t i v i t i e s a r e a s s u m e d t o b e i s o t r o p i c . 

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