Geoelektrik
Geoelektrik-Messung
Quelle: BGR
Die Geoelektrik ist eine der klassischen Methoden der Explorationsgeophysik. Insbesondere bei der Erkundung von Grundwasser und Boden, aber auch bei der Hohlraum- und Kluftsuche, der Archäologie und bei Bohrlochmessungen spielen geoelektrische Messungen eine wichtige Rolle.
Prinzip einer Schlumberger Sondierung - einer Standard-Konfiguration zur Tiefenerkundung
Bei der Gleichstrom-Geoelektrik wird an der Erdoberfläche an zwei Punkten A und B ein Gleichstrom der Stärke I eingespeist und an weiteren zwei Punkten M und N das dadurch erzeugte elektrische Potential U gemessen. Aus den beiden Messwerten I und U wird, unter Kenntnis der Abstände der Strom und Spannungselektroden, der sogenannte scheinbare spezifische elektrische Widerstand rho(a), der Kehrwert der elektrischen Leitfähigkeit, berechnet.
Während einer Messung wird der Abstand der Strom-Elektroden systematisch vergrößert und so der scheinbare elektrische Widerstand als Funktion der Elektrodenauslage bestimmt.
Der scheinbare spezifische elektrische Widerstand rho (a) ist so definiert, dass er im Falle eines homogenen Untergrundes identisch ist mit dessen spezifischem Widerstand. Allerdings findet man solch ideale Bedingungen in der Natur kaum. Das Modell, mit dem in der Geophysik meist gearbeitet wird, ist daher das eines geschichteten Untergrundes. Ergebnis der Messung ist der scheinbare spezifische elektrische Widerstand Rho (a) in Abhängigkeit vom Elektrodenabstand. Dessen Darstellung, farbcodiert, und in Abhängigkeit vom Elektrodenabstand als vielfaches des geringsten Elektrodenabstandes, wird als Pseudosektion bezeichnet.
Pseudosektion einer Wenner-Alpha-Konfiguration und Darstellung des scheinbaren spezifischen elektrischen Widerstands. Deutlich zu sehen ist hier der Kontrast zwischen Kupferschieferflöz und Nebengestein (Röhrigschacht Wettelrode)
Quelle: BGR
Im Anschluss an die Messung erfolgt eine „Inversion” der Messdaten am Rechner, auch inverse Modellierung genannt. Ziel der Inversion ist die Ermittlung eines Untergrundmodells des spezifischen Widerstandes, welches die gemessenen Daten bestmöglich anpasst. Mehrdeutigkeit ist der Methode inhärent, d. h. es gibt im Prinzip viele Modelle, welche die Daten „gleich gut“ anpassen. Zusatzinformationen zum Untergrund sind wichtig, durch Bohrungen, Plausibilitätsannahmen oder Erfahrungen, um unter der Vielzahl der Modelle das der Realität am besten angepasste auszuwählen. Insbesondere für diese Entscheidungsfindung ist die inter- und transdisziplinäre Zusammenarbeit mit den aufgabenspezifischen Fachwissenschaften wie Geologie, Mineralogie, Hydrogeologie, Bodenkunde, Archäologie, Forstwissenschaft etc. wichtig.
Geoelektrikmessung
In der praktischen Anwendung werden häufig lineare oder flächenhafte Elektroden-Arrays eingesetzt, d.h., auf einer Profillinie oder einer definierten Fläche werden viele Spieße eingeschlagen, die sowohl als Stromeinspeise- als auch Spannungsmesselektroden verwendet werden können. Somit ist es möglich, ohne die Position der Spieße zu verändern, diverse Elektrodenkonfigurationen zu vermessen. Dabei werden meist Sondierungen durchgeführt, d.h. man studiert in erster Linie die Änderungen des spezifischen Widerstandes im Untergrund in vertikaler Richtung. Es gibt aber auch Elektrodenanordnungen, die mehr kartierend arbeiten, d.h. sie liefern mehr Informationen über die lateralen Änderungen.
Durch technische Weiterentwicklungen ist es heute möglich einige hundert Elektroden und einige tausend Messkonfigurationen in weniger als einer Stunde zu messen, wodurch auch z. B. Fließvorgänge beobachtet werden können.
Eine vor Jahrzehnten von H. Flathe und W. Leibold verfasste, aber immer noch sehr anschauliche und hilfreiche, praktische Anleitung für die Durchführung von Widerstands-Sondierungen kann hier heruntergeladen werden:
H. FLATHE and W. LEIBOLD: THE SMOOTH SOUNDING GRAPH. A Manual for Field Work in Direct Current Resistivity Sounding (PDF, 694 KB)
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Weitere Informationen zur Grundwassererkundung gibt es hier.
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