Comparison of Electromagnetic and Seismic-Gravity Ice Thickness Measurements in East Antarctica

Abstract

The errors involved in ice thickness determinations in Antarctica by seismic reflection shooting, gravity observations and radio-echo sounding are briefly discussed. Relative accuracies of 3%, 7-10% and 1.5% have been suggested. Double checks of ice depths from radar sounding in east Antarctica indicate an internal consistency of measurement for this technique of <1%. Comparison of carefully executed seismic shooting and routine radio-echo sounding results against absolute ice thickness values from two deep core drilling sites show no significant differences between these two remote methods (i.e. both are better than 1.5%). Over 60 comparisons are examined between radar ice thicknesses and over-snow measurements obtained on eight independent traverses in east Antarctica. Three traverses exhibit consistently unacceptable results-U.S. Victoria Land Traverse II (southern leg), Commonwealth Transanlarctic Expedition and the U.S.S.R. Vostok to South Pole Traverse—which probably result from misinterpretation of “noisy” seismograms. The remaining comparisons indicate mean differences, including some navigational uncertainty, of ≈3%, <8% and 5% between radio-echo and (1) seismic, (2) gravity, and (3) gravity tied to seismic determinations, respectively. Résumé Dans cet article on analyse brièvement les erreurs consécutives à la détermination des épaisseurs de glace en Antarctique, par tir sismique, gravité ou par sondage radio-écho. Les précisions relatives de chaque méthode seraient de 3%, 7 à 10% et 1,5%. Plusieurs vérifications de mesure d’épaisseur par sondage radio, (Antarctique Est) montrent pour ces techniques, une cohérence de mesure, inférieure à 1%. En effet, la comparaison entre les résultats obtenus par sondage radio-écho et sondage sismique d’une part, et d’autre part l’épaisseur de glace connue exactement par carottage, ne montre pas de différence significative entre ces deux méthodes de mesures à distance (toutes deux ont une précision meilleure que 1,5%). On a examiné plus de 60 comparaisons entre les épaisseurs de glace obtenues par radar et celles mesurées de pied ferme au cours de 8 expéditions indépendantes dans l’Est de l’Antarctique. Les résultats sur 3 expéditions sont manifestement inacceptables: branche sud U.S. Victoria Land Traverse II, Commonwealth Transantarctic Expedition, et Vostok — Pôle Sud (U.R.S.S.). Ceci provient sans doute d’un mauvais dépouillement des enregistrements de sismographes à fort “bruit de fond”. Les autres comparaisons montrent de légères différences, provenant en partie des imprécisions d’itinéraire, inférieures respectivement à ≈3%, <8% et 5% entre sondage radio-écho et mesures (1) sismique, (2) gravitationnelles et (3) sismique-gravitationnelle combinées. Zusammenfassung Es wird kurz auf die Fehler eingegangen, die bei Eisdickenmessungen in Antarktika mit Reflexions-Sprengseismik, mit Schwerebeobachtungen und mit Radar-Echolotungen auftreten. Relative Genauigkeiten von 3%, 7-10% und 1.5% scheinen erreichbar. Doppelmessungen der Eisdicke mit Radar-Lotungen in der Ost antarktis weisen eine innere Messgenauigkeit dieser Methode von <1% aus. Der Vergleich von Ergebnissen der Sprengseismik und der Radar-Echolotung mit Absolutwerten der Eisdicke aus zwei Kerntiefbohrungen ergibt keine signifikanten Unterschiede zwischen diesen beiden Fernmethoden (d.h. beide sind genauer als 1,5%). Die Untersuchung erstreckt sich auf über 60 Vergleiche zwischen Radar-Eisdicken und Oberflachen-messungen, die in acht unabhängigen Profilen in der Ost-Antarktis gewonnen wurden. Drei Profile weisen durchwegs unannehmbare Ergcbnisse auf- nämlich der Südteil der US Victoria Land Traverse II, die Commonwealth Transantarctic Expedition und die UdSSR-Traverse von Vostok zum Südpol—, die vermutlich mit der Fehlinterpretation gestörter Seismogramme zu erklären sind. Die übrigen Vergleiche ergeben einschliesslich einer gewissen Navigationsunsicherheit mittlere Differenzen von weniger als ≈3%, <8%, und 5%, zwischen den Eisdicken aus Radar-Echolotungen bzw. denen aus (1) Sprengseismik, (2) Schweremessungen und (3) Schweremessungen in Verbindung mit Sprengseismik.