Flächenerkundung zu Land & Wasser

Methoden & Technik

Geophysikalische Prospektion umfasst eine Vielzahl von Methoden und Techniken, die zur Erkundung des Untergrunds verwendet werden. Ziel ist es, Informationen über die geologischen Strukturen und Eigenschaften des Bodens zu gewinnen, ohne aufwändige und teure Bohrungen durchführen zu müssen.

Jede Methode hat spezifische Anwendungsbereiche und Vorteile, abhängig von den geologischen Bedingungen und den Zielsetzungen der Prospektion. Oftmals werden mehrere Techniken kombiniert, um ein umfassenderes Bild des Untergrunds zu erhalten und die Genauigkeit der Interpretationen zu erhöhen.

Vermessung

In der geophysikalischen Prospektion bezieht sich der Begriff „Vermessung“ auf die präzise Erfassung und Kartierung geophysikalischer Daten in einem bestimmten Gebiet. Ziel ist es, geologische Strukturen und Eigenschaften des Untergrunds zu identifizieren und zu analysieren. Vermessung ist ein wesentlicher Bestandteil der geophysikalischen Prospektion, da sie genaue Standortinformationen liefert, die für die Interpretation der geophysikalischen Daten entscheidend sind.

Aspekte der Vermessung

Topographische Vermessung: Diese befasst sich mit der genauen Erfassung der Oberfläche des Untersuchungsgebiets, einschließlich Höhenunterschiede und Geländemerkmale. Dies ist wichtig, um geophysikalische Daten korrekt zu referenzieren und mögliche Einflüsse des Geländes auf die Messungen zu berücksichtigen.
Positionierung: Mithilfe von GPS (Global Positioning System) und anderen Positionierungstechnologien werden genaue Koordinaten der Messpunkte erfasst. Dies ist entscheidend für die genaue Kartierung und spätere Analyse der Daten.
Layout von Messlinien und Messpunkten: Vor Beginn der geophysikalischen Messungen werden Messlinien und Messpunkte geplant und markiert. Dies kann in regelmäßigen Abständen entlang eines Rasters oder entlang spezifischer geologischer Merkmale erfolgen.
Datenerfassung: Geophysikalische Instrumente (wie Seismographen, Magnetometer, Gravimeter usw.) werden entlang der geplanten Messlinien positioniert, und Daten werden systematisch erfasst. Die genaue Position jedes Messpunkts wird dokumentiert, um eine präzise Datenanalyse zu ermöglichen.
Datenintegration: Die erhobenen geophysikalischen Daten werden mit den Positionierungs- und topographischen Daten kombiniert. Dies ermöglicht die Erstellung detaillierter Karten und Modelle der unterirdischen Strukturen.

Typische geophysikalische Methoden und deren Vermessungsanforderungen:

Seismische Prospektion: Bei der seismischen Vermessung werden seismische Wellen durch den Untergrund gesendet und deren Reflexionen und Brechungen gemessen. Eine genaue Vermessung der Positionen der Seismometer und der Quelle ist entscheidend für die Erstellung seismischer Profile.
Gravimetrische Vermessung: Gravimeter messen Variationen im Erdschwerefeld. Eine präzise Positionierung ist notwendig, um die Gravimetrie-Daten korrekt zu kartieren und Interpretationen zu ermöglichen.
Magnetische Vermessung: Magnetometer erfassen Anomalien im Erdmagnetfeld. Die exakte Positionierung der Messpunkte ist entscheidend, um magnetische Karten zu erstellen, die geologische Strukturen widerspiegeln.
Geoelektrische und elektromagnetische Vermessung: Bei diesen Methoden wird die elektrische Leitfähigkeit des Untergrunds gemessen. Die Positionierung der Elektroden und Empfänger muss genau dokumentiert werden, um korrekte Resistivitäts- oder Leitfähigkeitskarten zu erstellen.

Bohrungen

Eine Bohrung in der geophysikalischen Prospektion bezieht sich auf das Bohren von Löchern in den Boden, um direkte Informationen über die geologischen und geophysikalischen Eigenschaften des Untergrunds zu erhalten. Diese Methode ergänzt indirekte geophysikalische Messungen und liefert wertvolle Daten, die zur Validierung und Interpretation der geophysikalischen Prospektionsergebnisse beitragen.

Anwendungen

Rohstoffexploration: Zur Erkundung und Bewertung von Vorkommen von Erdöl, Erdgas, Mineralien und Kohle.
Hydrogeologie: Zur Untersuchung von Grundwasserleitern und zur Bestimmung der Wasserqualität und -menge.
Geotechnik: Zur Beurteilung der Bodeneigenschaften für Bauprojekte.
Umweltuntersuchungen: Zur Überwachung und Beurteilung von Boden- und Grundwasserkontaminationen.

Zweck der Bohrung in der geophysikalischen Prospektion:

Direkte Probenahme: Durch das Bohren können Gesteins- und Bodenproben aus verschiedenen Tiefen entnommen werden. Diese Proben ermöglichen eine genaue Analyse der mineralogischen Zusammensetzung, Struktur und physikalischen Eigenschaften des Untergrunds.
Kalibrierung geophysikalischer Daten: Bohrungen liefern direkte Informationen, die zur Kalibrierung und Validierung von geophysikalischen Messungen wie Seismik, Gravimetrie, Magnetik oder Geoelektrik verwendet werden können. Dies verbessert die Genauigkeit der geophysikalischen Modelle und Interpretationen.
Erkundung und Bestätigung von Lagerstätten: Bohrungen werden verwendet, um potenzielle Lagerstätten von Rohstoffen wie Erdöl, Erdgas, Mineralien oder Grundwasser zu erkunden und zu bestätigen. Sie liefern genaue Informationen über die Tiefe, Größe und Qualität der Lagerstätten.
Geotechnische Untersuchungen: Im Bauwesen werden Bohrungen durchgeführt, um die mechanischen Eigenschaften des Bodens zu bestimmen. Dies ist entscheidend für die Planung und Konstruktion von Bauwerken wie Gebäuden, Brücken und Tunneln.

Auswertung

Die Auswertung in der geophysikalischen Prospektion bezieht sich auf den Prozess der Analyse und Interpretation der gesammelten geophysikalischen Daten, um ein Verständnis der unterirdischen geologischen Strukturen und Materialien zu gewinnen. Diese Phase ist entscheidend, um aus den Rohdaten verwertbare Informationen zu extrahieren, die für verschiedene Anwendungen wie Rohstoffexploration, Umweltstudien, Bauprojekte und wissenschaftliche Forschung genutzt werden können.

Die Auswertung ein kritischer Schritt in der geophysikalischen Prospektion, der tiefgehendes Fachwissen und fortschrittliche Techniken erfordert, um aus den gesammelten Daten verlässliche und nützliche Informationen zu gewinnen.

Schritte der Auswertung:

Datenverarbeitung: Rohdaten, die während der Feldmessungen gesammelt wurden, müssen oft bearbeitet und bereinigt werden, um Rauschen und Fehler zu minimieren. Dies kann Filterung, Korrekturen für instrumentelle und Umwelteinflüsse sowie die Anpassung der Daten an einheitliche Standards umfassen.
Datenintegration: Verschiedene Arten von geophysikalischen Daten (z.B. seismische, gravimetrische, magnetische, geoelektrische) werden kombiniert, um ein umfassenderes Bild der Untergrundstruktur zu erhalten. Die Integration von Daten aus verschiedenen Quellen verbessert die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Interpretation.
Modellierung: Geophysikalische Daten werden verwendet, um geologische Modelle zu erstellen. Dies umfasst die Erstellung von 2D- oder 3D-Modellen, die die Verteilung und Eigenschaften der geologischen Schichten darstellen. Diese Modelle helfen, die räumliche Anordnung und die physikalischen Eigenschaften des Untergrunds zu verstehen.
Inversion: Bei der Inversion werden gemessene geophysikalische Daten verwendet, um die Verteilung der physikalischen Eigenschaften im Untergrund zu rekonstruieren. Dies ist ein iterativer Prozess, bei dem ein anfängliches Modell schrittweise angepasst wird, bis die berechneten Daten mit den gemessenen Daten übereinstimmen.
Interpretation: Geophysiker interpretieren die verarbeiteten und modellierten Daten, um geologische Strukturen, Anomalien und potenzielle Ressourcenvorkommen zu identifizieren. Dies erfordert Fachwissen in Geologie, Geophysik und oft auch in spezifischen Bereichen wie Hydrogeologie oder Petrologie.
Validierung: Die Interpretation der geophysikalischen Daten wird oft durch zusätzliche Informationen wie Bohrproben, geologische Kartierungen oder frühere Studien validiert. Dies hilft, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu überprüfen.

Eigenentwicklung

Die Eigenentwicklung von technischen Geräten in der geophysikalischen Prospektion spielt eine wesentliche Rolle, um spezifische Anforderungen und Herausforderungen in verschiedenen geologischen Umgebungen zu adressieren. Dies umfasst die Entwicklung neuer Instrumente, die Verbesserung bestehender Geräte und die Anpassung von Technologien für spezielle Anwendungen.

Aspekte der Eigenentwicklung

Anpassung an spezifische Anforderungen: Geophysikalische Untersuchungen erfordern oft maßgeschneiderte Lösungen, die auf die spezifischen geologischen Bedingungen und Ziele der Prospektion abgestimmt sind. Durch Eigenentwicklung können Instrumente genau an diese Bedürfnisse angepasst werden.
Innovationen und Verbesserungen: Die Eigenentwicklung ermöglicht es, innovative Technologien und Methoden zu entwickeln, die die Leistungsfähigkeit und Genauigkeit der geophysikalischen Messungen verbessern.
Kosteneffizienz: Durch die Entwicklung eigener Geräte können Kosten gesenkt werden, insbesondere wenn kommerzielle Lösungen entweder zu teuer oder nicht verfügbar sind.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit: Die Entwicklung neuer geophysikalischer Geräte erfordert oft die Zusammenarbeit von Geophysikern, Ingenieuren, Informatikern und anderen Fachleuten.

Beispiele für Eigenentwicklungen

Seismische Sensoren und Systeme: Entwicklung von hochauflösenden seismischen Sensoren, die in der Lage sind, feinste seismische Wellen zu detektieren. Dies kann die Entwicklung von MEMS-basierten (Micro-Electro-Mechanical Systems) Sensoren umfassen, die kleiner und empfindlicher sind als herkömmliche Sensoren.
Gravimeter und Magnetometer: Entwicklung leichterer und tragbarer Gravimeter für den Feldeinsatz. Ebenso können Fluxgate-Magnetometer oder Overhauser-Magnetometer weiterentwickelt werden, um höhere Genauigkeiten und niedrigeren Energieverbrauch zu erreichen.
Geoelektrische und elektromagnetische Geräte: Entwicklung von Multi-Elektroden-Arrays für geoelektrische Messungen, die eine schnellere Datenerfassung und höhere Auflösung ermöglichen. Ebenso die Entwicklung von tragbaren elektromagnetischen Geräten für die Erkundung in schwer zugänglichen Gebieten.
Datenverarbeitung und -analyse: Entwicklung spezialisierter Software und Algorithmen zur Echtzeitdatenverarbeitung und Interpretation. Dies kann Machine-Learning-Algorithmen umfassen, die geophysikalische Daten analysieren und Muster erkennen, die von herkömmlichen Methoden übersehen werden könnten.
Drohnen und UAVs (Unmanned Aerial Vehicles): Integration von geophysikalischen Sensoren in Drohnen, um schwer zugängliche oder gefährliche Gebiete sicher und effizient zu untersuchen. Drohnen können mit Magnetometern, Gravimetern oder hyperspektralen Kameras ausgestattet werden.