Erkundung der Cuxhavener Rinne mit TEM

Beitrag zum Projekt:

• BURVAL – Ancient groundwater reservoirs in buried valleys (BurVal) – sustainable water resources for the future
• BURVAL – Ancient groundwater reservoirs in buried valleys (BurVal) – sustainable water resources for the future

Ziel des interregionalen BURVAL-Projektes (http://www.burval.org) (Buried Valleys) ist die länderübergreifende Erkundung eiszeitlicher Rinnen in der Nordeuropäischen Tiefebene mit verschiedenen geophysikalischen und hydrogeologischen Methoden. Diese Rinnen enthalten ergiebige Grundwasserreservoire und sind somit für die zukünftige Wasserversorgung von Bedeutung.

Eines der zu untersuchenden Gebiete ist die Cuxhavener Rinne. In den letzten Jahren wurden dort von dem Institut für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben (GGA) und von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) bereits verschiedene geophysikalische Messmethoden eingesetzt, wie Reflexionsseismik, Gravimetrie, Aerogeophysik, Geoelektrik und Bohrlochgeophysik.

Die Cuxhavener Rinne ist bis zu 300 m in den tertiären Untergrund eingeschnitten und mit Lagen von Sanden, Schluffen und Geschiebemergeln gefüllt. Im oberflächennahen Bereich der Rinne existieren Tonablagerungen, die Lauenburger Schichten, die sich durch ihre hohen elektrischen Leitfähigkeiten von dem Umgebungsmaterial abheben und somit gut erfassbar für elektromagnetische Methoden sind. Messungen mit der Hubschrauber-Elektromagnetik (HEM) haben den Vorteil, dass innerhalb kurzer Zeit flächendeckend in einer hohen räumlichen Auflösung die elektrische Leitfähigkeitsverteilung kartiert werden kann. Allerdings wird aufgrund der relativ geringen Eindringtiefe (innerhalb der Rinne im Untersuchungsgebiet ca. 80 m) nur der oberflächennahe Bereich erfasst.

Protem 47 - Apparatur im Einsatz Quelle: BGR

Protem-Empfangsspule Quelle: BGR

Um auch eine Aussage über die tiefere Leitfähigkeitsverteilung treffen zu können, haben wir die Methode der Transientelektromagnetik (TEM) zunächst auf einem Profil quer über die Rinne, parallel zu einer HEM-Fluglinie eingesetzt. Damit haben wir einen direkten Vergleich zweier elektromagnetischer Methoden und die Möglichkeit, zusätzlich tiefere Leitfähigkeitskontraste, wie zum Beispiel die Existenz einer Salz-/Süßwassergrenze, aufzulösen.

Die Auswertung der TEM-Daten erfolgte mittels eindimensionaler Inversion nach dem Verfahren von Marquardt. Die Ergebnisse der TEM-Inversionen ergänzen durch die größere Eindringtiefe die Ergebnisse der HEM und bestätigen diese im Überlappungsbereich.

Sirotem 3 - Apparatur Quelle: BGR

Sirotem 3 - Apparatur Quelle: BGR

Insbesondere die Lage der Lauenburger Schichten stimmt bei beiden Methoden gut überein.

Auch der Vergleich mit Ergebnissen der Geoelektrik und mit Bohrlochmessungen ist zufrieden stellend. Innerhalb der Rinne erreichen wir mit der benutzten Protem47-Apparatur bei einer Sendespulenfläche von 100 m x 100 m und 3A Sendestrom Tiefen bis zu 200 m; die Unterkante der Rinne wird mit dieser Messanordnung nicht aufgelöst.

Messungen mit der Sirotem3-Apparatur erfassen spätere Zeiten und erreichen damit größere Eindringtiefen. Um das Signal/Rausch-Verhältnis zu den späten Zeiten zu verbessern wird ein höherer Strom eingespeist und eine größere Sendespulenfläche (200 m x 200 m) benutzt.