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Geführte Georadarwellen

Projekt-Überblick

Schematischer Aufbau einer Messung mit geführten Georadarwellen. Auf der Erdoberfläche ist die Georadarantenne neben einem Bohrloch positioniert. In das Bohrloch wird der Wellenleiter sukzessive mit dem Motor nach unten/oben gefahren.

Aussagen über die Wassergehaltsverteilung in Böden sind für viele Bereiche des Lebens auf der Erde zunehmend von Bedeutung. Für verschiedene Bereiche in der Hydrologie, Hydrogeologie, sowie für Landwirtschaft- und Bewässerungs-Management werden genaue Informationen über die Wassergehaltsverteilung benötigt. Das Georadar wird aufgrund des Zusammenhangs zwischen Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen und dem Wassergehalt im Boden hierfür häufig herangezogen. In einer speziellen und neuartigen Anwendung wird das Georadar in Kombination mit einem Wellenleiter in einem Bohrloch benutzt um hochauflösende vertikale Geschwindigkeits- bzw. Wassergehaltsverteilungen zu erhalten. Die Idee hinter dieser Methode liegt in der Ausnutzung von geführten EM Wellen die vertikal entlang eines Wellenleiters laufen und am unteren Ende reflektiert werden (Abb. 1). Durch Kenntnis der Tiefe des Wellenleiters und sukzessives Ablassen in einem Bohrloch, lassen sich aus den Laufzeiten der geführten Welle die Intervallgeschwindigkeiten berechnen und diese mittels petrophysikalischer Beziehungen in Wassergehalte umrechnen.

Vertikaler Schnitt durch ein 3D-Modell. Zu sehen ist das Simulationsergebnis in Form der E-Feld Verteilung der geführten Welle zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Signal-Anregung.

Das Verfahren wird in dem Projekt hinsichtlich der Messgenauigkeit untersucht und verbessert. Mittels numerischer Simulationen wird das sensitive Messvolumen und Auflösevermögen sowie der Einfluss der Bohrloch-Verrohrung auf die Messungen genauer untersucht. Um dabei die Ankopplung der Wellen an den Wellenleiter korrekt zu beschreiben, wurde ein 3D Modell inklusive dem Aufbau der Antenne aufgesetzt und damit unterschiedliche Untergrundszenarien simuliert.

Ferner wird das Verfahren auch technisch optimiert, so dass auch schnell ablaufende Prozesse wie Versickerungen automatisch erfasst werden und damit hydraulische Kenngrößen in der vadosen Zone abgeleitet werden können. Das Verfahren wird ferner mit Bohrloch-NMR Messungen kombiniert, welche zwar nicht die räumliche Auflösung und Messgenauigkeit des Georadars besitzen, dafür aber zusätzliche Informationen zur Bindungsform des Wassers im Untergrund liefern. Abbildung 3 zeigt beispielhaft wie Ergebnisse einer geführten Wellenmessung aussehen.  

Ergebnisse einer Messung mit geführten Georadarwellen, verglichen mit TDR Daten und im Labor gemessenen Permittivitätswerten. Rechts davon die Lithologie an der Messlokation.
 

Projektleitung

Dr. Jan Igel
 +49 (0)511 643-2770

Projektgruppe

Sam Stadler

Dieter Epping

Laufzeit

01.01.2016 - fortlaufend

Förderung

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