RADAR DIFFRACTION HORIZONS IN SNOW AND FIRN DUE TO A SURFICIAL VERTICAL TRANSFER OF MASS

Abstract

ABSTRACT. We focus here on three horizons conspicuously embedded in the rich radar stratigraphy revealed on the fixed-offset radar data obtained Plateau Detroit, Antarctic Peninsula. Spatial filtering removed the more energetic reflection field and the surface wave arrivals at the earlier time, leaving only the diffracted field. This is particularly striking for the early time horizon where the direct wave arrivals had shrouded the diffractions before filtering. The density estimates and the photographic datasets from a centrally located well at depths compatible with the diffraction horizons suggested they share a common origin: a vertical transfer of mass associated with the formation of surficial hoar from a strong vertical temperature gradient in the snow cover, followed by a quick burial by fresh snow in a high accumulation environment. We have inverted the fundamental mode of the phase velocity dispersion of the surface waves to obtain a group velocity estimate and its depth range, used to improve the 1-D velocity model from a CMP gather by correcting its first velocity estimate. The same inversion solved an apparent ambiguity in our data by associating the surficial horizon with a specific density residual. We have also shown through modeling that the diffraction horizons seen in our data can be explained by the existence of large coarse-grained faceted crystals which became denser with depth than the surrounding firn.

Keywords:GPR, radar, diffraction field, velocity model, waveguide, polar stratigraphy, depth hoar, Antarctica.

RESUMO. Concentramo-nos aqui em três horizontes conspicuamente embutidos na rica estratigrafia revelada nos dados de radar de afastamento constante obtidos Platô Detroit, Península Antártica. Uma filtragem espacial removeu o campo de reflexão mais energético e as chegadas de onda de superfície das primeiras chegadas, deixando apenas o campo difratado. Isso é notável para o horizonte de primeiras chegadas, onde as ondas diretas encobriam as difrações antes da filtragem. As estimativas de densidade e os conjuntos de dados fotográficos do poço localizado no centro da aquisição mostra em profundidades cristais compatíveis com os horizontes de difração dos dados de GPR sugerindo uma origem comum: uma transferência vertical de massa associada à formação de hoar devido a um forte gradiente vertical de temperatura na cobertura de neve fresca em um ambiente de alta acumulação. Nós invertemos o modo fundamental da dispersão de velocidade de fase das ondas de superfície para obter uma estimativa de velocidade de grupo e sua faixa de profundidade usada para melhorar o modelo de velocidade 1-D a partir de um CMP, corrigindo sua primeira estimativa de velocidade. A mesma inversão resolveu uma ambiguidade aparente em nossos dados ao associar o horizonte superficial a uma densidade específica residual. Também mostramos através de modelagem que os horizontes de difração observados em nossos dados podem ser explicados pela existência de grandes cristais facetados de granulação grossa que se tornaram mais densos com a profundidade do que o firn circundante.

Palavras-chave: GPR, radar, campo de difratado, modelo de velocidade, guia de onda, estratigrafia polar, depth hoar, Antarctica