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Bernd Kröger, T. Fechner, and Andreas Kemna (2014)

Seismoelektromagnetik als Methode zur Untersuchung von Hohlraumstrukturen?

In: 74. Jahrestagung der Deutschen Geophys. Gesellschaft, pp. 217.

Direkte Bestimmungen von Hohlraumstrukturen im Untergrund (insb. Altbergbau- und Karstgebiete) sind mit gängigen geophysikalischen Methoden (z.B. Gravimetrie, Geoelektrik) nur schwer oder nicht in der gewünschten Auflösung zu erlangen. Die Entwicklung eines voll ausgereiften seismoelektromagnetischen Verfahrens könnte das Potential besitzen, diese Einschränkungen zu überwinden. Die Seismoelektromagnetik verspricht über die Messung elektromagnetischer Felder in ihrer transienten Signatur als Antwort auf seismische Anregungen eine hochaufgelöste lithologische und räumliche Charakterisierung des Untergrundes. Je nach Art der Gesteinsformation kann es zu zwei in Ursache und Wirkung voneinander verschiedenen Phänomenen kommen: zum einen das aufgrund von Ladungsträgerseparationen beim Durchgang seismischer Wellen in einem homogenen Halbraum jeweils lokal induzierte elektrische Feld (koseismisches Feld); und zum anderen die elektromagnetische Signalantwort, die Aufgrund der partiellen Umwandlung von seismischer in elektromagnetische Energie an petrophysikalischen Inhomogenitätsgrenzen (konvertierte Welle) generiert wird. Zwar ist die Anatomie seismoelektromagnetischer Effekte für planparallele Schichten generell bekannt. Gleichwohl existieren bis heute keine eingehenden Analysen dieser Effekte für komplexe 2D- Raumstrukturen. Im Rahmen numerischer Simulationsstudien sind deshalb über einen bereits validierten Finite-Elemente-Algorithmus solche Strukturen gezielt untersucht worden, um eine mögliche Einsatzfähigkeit der Seismoelektromagnetik zur Hohlraumerkundung zu testen. Dabei konnte erstmals die koseismische Kanalwelle, die als Wellenfeld-Interferenzsystem in geschlossenen Raumstrukturen auftritt, numerisch nachgewiesen werden. Flankierend dazu wurden darüber hinaus seismoelektromagnetische Feldmessungen an einem Entwässerungsgraben (Fulbert-Stollen in Maria Laach, Rheinland-Pfalz) durchgeführt. Die Feldmessungen zeigen insgesamt die generelle feldtechnische Reproduzierbarkeit der seismoelektromagnetischen Effekte. Simultan durchgeführte seismische Messungen gewährleisten zudem, dass es sich bei den gemessenen seismoelektromagnetischen Effekten nicht um Artefakte handeln kann.
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