Messkampagne Cuxhaven
Einleitung
Das Messgebiet Cuxhaven wird dominiert durch eine glaziale Rinne, die einen wichtigen Grundwasserleiter enthält. Um bereits vorhandene seismische (Rumpel et al., 2006) und elektromagnetische (Siemon et al, 2006) Messungen zu ergänzen, wurde 2006 ein großskaliges geoelektrisches Experiment durchgeführt. Dabei wurden an 10 Position in jeweils 3 Richtungen Ströme bis zu 40A eingespeist und an 20 Positionen Spannungen, ebenfalls in 3 Richtungen registriert.
Abb. 1: Messgebiet und Aufbau - Einspeisungen (schwarz) und Messpunkte (rot)
Datenbearbeitung
Die aufgenommenen Signale werden ausgeschnitten und umgesampelt. Abbildung 2 zeigt eine typische Zeitreihe sowie ihr Fourierspektrum. Mit Hilfe einer speziell entwickelten Methode auf Basis einer gewichteten Ausgleichsrechnung wird der Widerstand als vorzeichenbehafteter Korrelationskoeffizient zwischen Strom und Spannung berechnet. Zusätzlich zu diesem ohmschen Widerstand erhält man einen Fehlerwert, der für die weitere Auswertung benutzt wird.
Abb. 2: Typisches aufgenommenes Signal (oben) und sein Fourierspektrum
Auswertung
Die Auswertung erfolgt dann auf mehreren Wegen. Zum einen erfolgt eine Inversion der Messwerte mit Hilfe des Finite-Differenzen-basierten Programms DC3dInvRes (Günther, 2004). Dabei werden die ermittelten Fehlerwerte als Wichtungsfaktoren mit einbezogen, so dass genauere Werte stärker angepasst werden als stärker gestörte Messungen. Abbildung 3 zeigt ein solches Inversionsergebnis.
Abb. 3: Inversionsergebnis in Form von Tiefenschnitten. Zu sehen ist der leitfähige Lauenburger Ton innerhalb der Rinne. die hochohmige Geest im Westen sowie die Salzwasserintrusion von Nordosten in der Tiefe.
Aufgrund der gewählten Stern-Auftstellung kann aus jeweils 4 Messwerte ein scheinbarer Widerstandstensor errechnet werden (Bibby, 1986). Dessen Invarianten sind unabhängiger von lokalen Inhomogenitäten und können Vorzugsrichtungen des Stromflusses darstellen. Durch Sensitivitäts- und Modellstudien kann ein Verständnis der Felder erlangt werden. Die Arbeiten werden aktuell in der Dissertationsschrift von Jörn Schünemann und einem Artikel (Schünemann et al., 2009) zusammen gefasst.
Literatur
BIBBY, H. M. (1986). Analysis of multiple-source bipole-quadripole resistivity surveys using the apparent resistivity tensor. Geophysics, 51 (4), 973-983.
GÜNTHER, T. (2004). Inversion Methods and Resolution Analysis for the 2D/3D Reconstruction of Resistivity structures from DC Measurements. Dissertation, Technische Universität Bergakademie Freiberg.
SCHÜNEMANN, J.; GÜNTHER, T.; JUNGE, A. (2007): 3-dimensional subsurface investigation by means of large-scale tensor-type dc resistivity measurements. - 4th International Symposium on Three-Dimensional Electromagnetics, Freiberg.
SCHÜNEMANN, J.; GÜNTHER, T.; JUNGE, A. (2009): 3-Dimensional Geoelectrical Investigation of Coastal Aquifer Structures by a large-scale Dipole-Dipole Experiment. accepted for Near Surface Geophysics Journal.