A-4.3.4 Geophysikalische Verfahren

Verfahrensbeschreibung Oberflächenverfahren

• Oberflächenverfahren liefern entlang von Profilen oder auf Flächen Erkenntnisse über den Aufbau und die Eigenschaften des Untergrundes, die je nach Verfahren auch eine detaillierte tiefenabhängige Aussage erlauben. In diesem Fall kann ein zweidimensionales und in speziellen Fällen auch ein dreidimensionales Bild des Untergrundes erstellt werden. Geophysikalische Oberflächenverfahren erfordern keinen Eingriff in den Untergrund.
• Potentialverfahren sind Methoden, die zur Interpretation von konservativen Feldern herangezogen werden. Sie kommen in der Magnetik, der Gravimetrie, der Geoelektrik und der Elektromagnetik zum Einsatz. Konservative Felder lassen sich unabhängig von ihrer Ursache durch den gleichen mathematischen Formalismus beschreiben (Laplace bzw. Poisson Differentialgleichung). Bei all diesen Methoden ist das Prinzip der Vieldeutigkeit ein inhärentes Problem, d.h. es lässt sich aus der Feldverteilung nicht eindeutig auf die Quellverteilung schließen.
• Die Seismik verwendet künstlich erzeugte elastische Wellen (Druckwellen), um Erkenntnisse über die Untergrundstruktur zu erlangen. Die Untergrundparameter, die hierbei maßgeblich sind, sind Dichte und Elastizität. Ziel aller seismischen Methoden ist es, aus der Beobachtung und Analyse der seismischen Wellenausbreitung auf die Verteilung der seismischen Geschwindigkeit(en) und damit der Struktur im Untergrund zu schließen. Die Verfahren sind Refraktionsseismik, 2D-/3D-Reflexionsseismik, seismische Tomographie.
• Das Prinzip des Georadars entspricht der Reflexionsseismik, nur handelt es sich nicht um Druckwellen, deren Signale man letztlich registriert, sondern um elektromagnetische Wellen. Die Ausbreitung und Reflektion der elektromagnetischen Wellen werden hierbei von den elektrischen und den dielektrischen Eigenschaften des Untergrunds bestimmt.

Verfahrensbeschreibung Bohrlochmessverfahren

• Bohrlochmessverfahren zeichnen sich durch die Gewinnung tiefenbezogener Informationen mit hoher Auflösung aus. Die Ergebnisse geben Aufschluss über die geologischen Verhältnisse in unmittelbarer Umgebung der Bohrlochwand.
• In der Bohrlochgeophysik kommen vornehmlich geoelektrische, magnetische und akustische Verfahren sowie Radar und Radioaktivität verwendende Verfahren zum Einsatz. Mit ihrer Hilfe werden in den Bohrlöchern lithologische, petrophysikalische, lagerstättentechnische Eigenschaften sowie gefügekundliche und bohrtechnische Daten aufgenommen.

Empfohlene Anwendungen für BoGwS

• Kontaminationsindizien auffinden und ggf. Kontaminationsfahnen (im Grundwasserleiter) abgrenzen,
• Deponiekörper untersuchen sowie Aussagen über physikalische und lithologische Parameter des Untergrundes erhalten,
• anthropogene Einlagerungen im Erdreich z. B. Fässer, Tanks, Leitungen, Mauern und Fundamente lokalisieren und deren Tiefe bestimmen.
• Als Vorerkundung, um z. B. das ungewollte Durchbohren von abdichtenden Stauern (geologische Barriere) zu vermeiden.

Ausgewählte technische Information

• Notwendige Voraussetzung für den erfolgreichen Einsatz geophysikalischer Verfahren ist das Vorhandensein von Kontrasten der physikalischen Materialparameter im Untergrund (Magnetisierung, Dichte, spezifischer elektrischer Widerstand, Dielektrizitätszahl, elektrische Leitfähigkeit, Geschwindigkeit seismischer P- und S-Wellen etc.). Vor der Durchführung geophysikalischer Messungen ist abzuschätzen, ob die zu erwartenden Anomalien in den Messgrößen unter Beachtung künstlicher Störungen durch Industrie, Verkehr, Bebauung und Versiegelung einen Einsatz rechtfertigen und welches Verfahren den größten Beitrag zur Beantwortung der Fragestellung(en) liefert. Gegebenenfalls sind Modellrechnungen und/oder Testmessungen durchzuführen.
• Um ein flächenhaftes und räumliches geologisches Bild des Untergrundes zu erhalten, können Oberflächenverfahren und Bohrlochmessungen kombiniert werden. Die Bohrlochmessungen dienen dabei dem direkten „geologischen“ Aufschluss des Untergrundes, an denen die Ergebnisse der Oberflächenverfahren kalibriert werden und so ein flächenhaftes bzw. räumliches Modell des Untergrundes in der Umgebung bzw. zwischen Bohrungen und anderen Aufschlüssen (Schurf etc.) erstellt werden kann.

Die Anwendungsmöglichkeiten geophysikalischer Verfahren bei der Altlastenbearbeitung werden im Leitfaden „Geophysik an Altlasten“ von D. Vogelsang (Springer-Verlag) dargestellt. Eine detaillierte Beschreibung der gebräuchlichen geophysikalischen Verfahren (Magnetik, Elektromagnetik, Georadar) erfolgt in den BFR KMR, A-3.1 unter Berücksichtigung der besonderen Anforderungen bei der Kampfmittelortung.

Die folgende Tabelle zeigt eine Anwendungsmatrix von geophysikalischen Oberflächenverfahren.

Beispiel Auswertung

Als Beispiel einer Auswertung ist unten das etwa 1.000 m² große Testfeld einer geophysikalischen Messung mit Magnetik („passive Sondierung“ mit Gradiometersonden) zu sehen. In dem Feld wurden Erdtanks vermutet. Die Messungen ergeben zwei Verdachtspunkte für Tanks (VP) und eine linienförmige magnetische Anomalie, die auf Leitungen hindeuten könnte.

Beispiel einer geophysikalischen Messung (rot umrandet) mit magnetischen Anomalien (in Nanotesla pro Meter, nT/m) © geoFact