Experimentelle Geophysik

Feldexperimente

Feldexperimente umfassen momentan vor allem die Themenbereiche Geothermie und Angewandte Geophysik. Zum Beispiel bestimmen wir im Feld die hydraulischen Eigenschaften von potentiellen geothermischen Reservoiren direkt durch hydraulische Pumpversuche und Logging-Verfahren in Bohrlöchern. Bei hydraulischen Pumpversuchen wird in einem mit Packern abgetrennten Intervall eines Bohrlochs ein Fluiddrucksignal erzeugt. Aus dem in einem zweiten Bohrloch registrierten Antwortsignal lassen sich Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Untergrunds ziehen. Die Bohrlochwände können mit unterschiedlichen Logging-Methoden charakterisiert werden, die die Ergebnisse aus Bohrkernansprachen ergänzen. So erlangen wir Informationen über die Orientierung von Rissen und Störungen oder über die Dichte und elastische Wellengeschwindigkeit des Reservoirgesteins.

Im Bereich der Angewandten Geophysik werden geophysikalische Messmethoden zur Erkundung des oberflächennahen (m bis einige 10er m) Untergrunds eingesetzt. Im Vergleich zu Bohrungen haben diese Methoden den Vorteil, dass sie zerstörungsfrei und unaufwendig, also kostengünstig, sind. Geophysikalische Messungen kommen daher vielfach z. B. in der Baugrunderkundung zum Einsatz. Erfahrungen im Umgang mit den Messinstrumenten und der Auswertung der Daten bieten Ihnen also einen Vorteil beim Einstieg ins Berufsleben. In unserer Arbeitsgruppe kommen hauptsächlich die geophysikalischen Methoden Georadar, Geoelektrik und Geomagnetik zum Einsatz. Wir führen aber auch seismische und gravimetrische Messungen durch. Die Anwendungen sind vielfältig und können die Erkundung der oberflächennahen geologischen Beschaffenheit des Untergrunds sowie archäologische Fragestellungen umfassen.

Beispielarbeiten

Diese Bachelorarbeit befasste sich mit der Untersuchung des Untergrundes in der Nähe des Kemnader Stausees mittels Multi-Elektroden-Geoelektrik und Georadar. Die Ergebnisse flossen in ein Projekts zu Eigenpotentialmessungen bei periodischen Pumpversuchen ein. Des Weiteren ging aus der Einarbeitung in die damals neu angeschaffte Multi-Elektroden-Apparatur eine Kurzanleitung hervor, die als Skript zum geophysikalischen Geländepraktikum dient.

Die geoelektrischen Messungen zeigen niedrige spezifische Widerstände im östlichen Profilbereich. Das Hinzuziehen von geologischen Karten deutet darauf hin, dass diese niedrigen Widerstände durch den sandigen Schluff der Talaue verursacht werden. Im westlichen Profilbereich sind die spez. Widerstände höher und werden vermutlich durch die sandig-kiesigen Sedimente der Niederterrasse verursacht, da Kiese typischerweise einen geringen Wassergehalt aufweisen. Die Kieslinse reicht in eine Tiefe von etwa 7 m. Ab dieser Tiefe nehmen die spez. Widerstände erneut geringere Werte von unter 200 Ωm an. Hier wurde wahrscheinlich die Grenze zwischen quartären Sedimenten und dem Sandstein des Oberkarbons detektiert.

Ergebnisse Geoelektrik Kemnade
Modell der spezifischen Widerstände eines Profils am Versuchsfeld Kemnader Stausee. Die interpretierte Lage geologischer Einheiten und deren Grenzen sind eingezeichnet. Tiefenachse in m.

Diese Arbeit wurde im Rahmen eines geophysikalischen Fortgeschrittenenpraktikums (MSc) durchgeführt, entspricht in ihrem Umfang aber etwa einer BSc-Arbeit. In der Studie wurden auf dem heutigen Gelände des Ursulinengymnasiums Werl vermutete Mauerreste einer im 16. Jahrhundert erbauten Burganlage im Untergrund gesucht. Die ehemals große Schlossanlage ist heute nur zum Teil erhalten. Durch die geophysikalischen Messungen erlangte, genauere Kenntnisse über eventuelle Bodendenkmäler sollen die Grundlage für eine übertägige Kenntlichmachung der Bodendenkmäler schaffen, die Besuchern den Aufbau eines Wehrschlosses erklärt und die Geschichte der Region näherbringt.

Drei geophysikalische Methoden wurden verwendet: Georadar, Geoelektrik und Geomagnetik. Die Messprofile bzw. -felder wurden so angelegt, dass sie die vermuteten Mauerreste kreuzten. Die Ergebnisse der Georadar- und Geoelektrik-Messungen deuten auf im Untergrund erhaltene Reste der Burganlage, nämlich des süd-westlichen Wehrturms und der anschließenden Verbindungsmauern sowie der Kelleranlage des Palais, hin. Die Georadar-Messungen bilden vor allem Überbleibsel des ehemaligen Wehrturms im Südwesten der Anlage recht deutlich ab. Wahrscheinlich sind Teile der Mauern und möglicherweise der ehemalige Boden des Turms in ca. 0.5 bis 1.5 m Tiefe im Untergrund erhalten. Mithilfe der Geoelektrik-Messungen konnten, ergänzend zu den Ergebnissen der Radar-Messungen, auch Reste der westlichen Burgmauer und des Palais gut aufgelöst werden. Bereiche hoher spezifischer Widerstände in den Modellen zeigen, dass Mauerreste relativ oberflächennah liegen (<3 m Tiefe).

Vermutete Lage der Mauerreste
Das Umfeld des Ursulinengymnasiums mit der vermuteten Lage der Mauerreste (gelbe Felder) und den erhaltenen Teilen der Burganlage (rote Felder). Die Lage der Mauern und des Turms im südwestlichen Bereich konnte durch die Messungen bestätigt werden.
Geoelektrik_Ergebnisse
Modell der Tiefenverteilung der spez. Widerstände (Farbskala in Ωm, Tiefenachse in m). Der Bereich der hohen spez. Widerstände deckt sich mit der vermuteten Lage von Mauerresten im Untergrund.