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- E-Mail: geophysik@gd.nrw.de
Messverfahren Geophysik
Für viele Fragestellungen ist der Untergrund ohne Tagesaufschlüsse oder Bohrungen zu erkunden. Hier werden die zerstörungsfreien Messverfahren der Angewandten Geophysik eingesetzt. Ihr Spektrum umfasst die geologische Strukturerkundung, die Ortung von Objekten und Hohlräumen und die Abschätzung physikalischer Materialparameter.
Die Wahl und die Anwendung des geophysikalischen Messverfahrens hängen von der Aufgabe und den Messbedingungen ab. Auch die geforderte räumliche Auflösung und die Erkundungstiefe sowie die Art der Datenauswertung sind zu berücksichtigen. Wir geben Auskunft über die Messverfahren, beraten bei Projektplanungen und begutachten Messberichte.
Strukturerkundung des Untergrundes
Die Abfolge von Gesteinen oder die Lage von Störungen und Grundwasservorkommen sind häufig von der Erdoberfläche nicht direkt zu erfassen. Geowissenschaftler nutzen daher zerstörungsfreie geophysikalische Verfahren, um ein räumliches Abbild der Strukturen des Untergrundes hochauflösend darzustellen.
Geologische Strukturen zeichnen sich durch Kontraste von Gesteins-, Boden- und Materialparametern aus. Solche Parameter sind zum Beispiel die Magnetisierung, der spezifische elektrische Widerstand, die dielektrische Leitfähigkeit oder die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer und elastischer Wellen.
Die Angewandte Geophysik nutzt unterschiedliche Messverfahren, um diese Eigenschaften abzubilden. Seismische Methoden werden bevorzugt, um die Lagerungsverhältnisse und die lithologischen Einheiten des tiefen Untergrundes zu bestimmen. In oberflächennahen Locker- und Festgesteinen sind geoelektrische und elektromagnetische Verfahren aussagekräftig. Zudem können auch Potenzialverfahren wie Geomagnetik oder Gravimetrie sowie Messungen der Spektralen Induzierten Polarisation Rückschlüsse über Strukturen im Untergrund geben. Für eine flächendeckende Kartierung eignen sich elektromagnetische, elektrische und magnetische Verfahren.
Da jedes Messverfahren Aufschluss zu einem einzigen physikalischen Parameter liefert, ist eine mehrdeutige Interpretation der Messwerte möglich. Durch die Kombination mehrerer geophysikalischer Verfahren mit vergleichbarer Untersuchungstiefe kann dies reduziert werden. Die verschiedenen Verfahren ergänzen sich wechselseitig. Die Anwendbarkeit der geophysikalischen Messverfahren ist je nach Aufgabenstellung zu prüfen.
Ortung von Objekten und Hohlräumen
Tunnel, Höhlen, Karsthohlräume, aber auch Rohrleitungen und sonstige unterirdische Objekte unterscheiden sich in ihren physikalischen Eigenschaften vom umgebenden Gestein. Die Verfahren der Angewandten Geophysik bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten zur zerstörungsfreien Ortung von Objekten und Hohlräumen im Untergrund. Voraussetzung ist das Vorhandensein von Kontrasten physikalischer Materialparameter im Untergrund.
Die Verfahren Georadar und Gleichstrom-Geoelektrik geben Hinweise auf den spezifischen elektrischen Widerstand. Befindet sich beispielsweise ein lufterfüllter Hohlraum (Tunnel, Höhle, Karsthohlraum) im Untergrund, wirkt dieser als Isolator und führt zu einem hohen Widerstand relativ zum Nebengestein; ist ein Hohlraum leitfähig verfüllt, führt dies zu einem niedrigen Widerstand relativ zum Nebengestein.
Die Kartierung mit Georadar, Geoelektrik und Magnetik dient zur flächendeckenden Erkundung. Das Ergebnis ist eine Karte des scheinbaren spezifischen Widerstandes oder des Magnetfeldes. Laterale Veränderungen können beurteilt und kritische Stellen zur näheren Erkundung ausgewiesen werden.
Mit Gravimetrie können Massendefizite und -unterschiede direkt erfasst werden. Im Vergleich zu Georadar, Geoelektrik und Magnetik ist die Gravimetrie jedoch ein eher aufwendiges Verfahren, das umfangreiche Datenkorrekturen erfordert.
Die Anwendung geeigneter geophysikalischer Untersuchungsmethoden zur Ortung von Objekten und Hohlräumen muss der Fragestellung und den anzutreffenden Messbedingungen angepasst sein.
Abschätzung der physikalischen Materialparameter
Neben der Darstellung von Strukturen, Objekten und Hohlräumen ermöglichen die Verfahren der Angewandten Geophysik auch die Bestimmung von Werten der physikalischen Gesteinsparameter, die mit anderen Untersuchungsmethoden häufig nicht zugänglich sind.
Die Verteilung der physikalischen Parameter im Untergrund wird durch Messungen an der Erdoberfläche zerstörungsfrei ermittelt, d. h. ohne Eingriff in den Untergrund.
Ziel ist es, den Wertebereich der physikalischen Eigenschaften auf Grundlage gemessener Signale zu ermitteln und zu beurteilen. Dies umfasst Parameter wie die Magnetisierung, den spezifischen elektrischen Widerstand, die dielektrische Leitfähigkeit oder die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer und elastischer Wellen.
Die Anwendbarkeit der geophysikalischen Messverfahren zur Abschätzung der physikalischen Materialparameter ist je nach Aufgabenstellung zu prüfen.
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