3D - Modellrechnung der Karststrukturen des Ox Bel Ha Höhlensystems zur Methodenevaluierung - Aeroelektromagnetik

Die 3D-Modellrechnung stellt in der Elektromagnetik ein wichtiges Werkzeug für die Analyse und Interpretation von gemessenen EM-Anomalien über unbekannten Störkörpern dar. Durch den Vergleich von theoretisch berechneten und gemessenen Daten lassen sich Abschätzungen über Störkörpereigenschaften treffen, die für die Dateninterpretation wichtig sind. Im Falle von Karstgebieten handelt es sich bei den Störkörpern vorwiegend um wassergefüllte Höhlen, deren Einfluss auf den Grundwasserhaushalt eines Gebietes von großer Bedeutung ist. Das Ziel des internationalen Forschungsprojektes „Hydrogeophysical methods for integrated water resource modelling of the Sian Ka’an biosphere reserve, Quintana Roo, Mexico“ ist, die Genauigkeit der Modellierung der Grundwassersysteme dieser Karstregion, auf Basis von genaueren und umfangreicheren Eingangsdaten, zu verbessern. Einen Teil dieser Eingangsdaten soll das FWF Projekt „XPLORE“ (LN524-N10) liefern, worin auch Aeroelektromagnetik-Messungen enthalten sind. Den Ausgangspunkt für diese Diplomarbeit stellt die Tatsache dar, dass noch keinerlei Erfahrungswerte über den Einfluss von wassergefüllten Karsthöhlen auf das verwendete EM-Messsystem vorhanden waren. Das Ziel war es nun mittels 3D-Modellrechnung diesen Einfluss zu bestimmen (Abhängigkeiten der Messsignale von: Größe, Tiefe, spezifische elektrische Leitfähigkeit, etc. der Höhlen). Diese Untersuchungen haben gezeigt, dass vor allem salzwassergefüllte Höhlen gut detektierbar sind. Voraussetzungen dafür sind zusätzlich eine geringe Tiefe (entscheidend ist die Distanz zur Halokline) und eine entsprechende Größe (ca. 3×3 m) der Höhle. Der anschließende Vergleich der theoretisch berechneten mit den realen Messdaten liefert die Erkenntnis, dass in der Realität im Allgemeinen wesentlich stärkere Anomalien über vergleichbaren Karsthöhlen zu beobachten sind. Dies wird darauf zurückgeführt, dass in der Realität die unmittelbare Umgebung der Karsthöhlen stark zerklüftet sein muss und seinerseits einen verstärkenden Einfluss auf die beobachteten Messwerte hat.3D modelling acts as an essential tool in electromagnetics, in particular for the analysis and interpretation of recorded anomalies over unknown formations. The comparison between computed and recorded data paves the way for estimates concerning the properties of the discovered anomalies. Such information is crucial for further data interpretation. In the case of karst landscapes, EM anomalies are predominately caused by water-filled caves, which play an important role in the local groundwater balance. The project „Hydrogeophysical methods for integrated water resource modelling of the Sian Ka’an biosphere reserve, Quintana Roo, Mexico“ is an international research program with the aim of improving the accuracy of groundwater system modelling in karst regions. One requirement for this task is a more complete and accurate dataset than was available up to now. Parts of the input data are to be acquired during the FWF project „XPLORE“ (LN524-N10) which also includes electromagnetic surveys. The motivation behind this thesis is the fact that there is no experience regarding effects of water-logged caves on the employed EM acquisition system. Hence the goal was to determine the influence of such caves with the help of 3D modelling, with a particular focus on the EM signal’s dependence on various properties e.g. cave size, depth, electrical conductivity, etc. The conclusion of these investigations is that we can expect noticeable signal strength only from saltwater filled caves with a minimum size of 3×3 m which are placed in the vicinity of the halocline. The comparison between theoretical computations and physically measured data shows that all recorded data had noticeably larger anomalies than the computed data for comparable cave structures. This could be explained through the fact that in real situations, it is not only the water-filled caves which contribute towards the measurement, but also the surrounding material and its fissures

A swamp as an obstacle to approach – archaeological and geoelectrical investigations on the Early Bronze Age fortification of Ratzersdorf, Lower Austria

Interdisciplinary cooperation between geoelectrics and archaeology made it possible to identify a swamp as an integral part of a defense concept for the first time in Austria at the Early Bronze Age hilltop settlement of Ratzersdorf, Lower Austria. The marsh and a spring were included as natural topographic structures in the defense conception of the fortification

Geoelektrisches Monitoring - Hangrutschung Laakirchen (OÖ)

The geoelectrical monitoring dataset was acquired on a landslide in Laakirchen, located in the judicial district of Gmunden (Upper Austria). During March 2010, a shallow rotational landslide was triggered by snow melting and intense rainfall, in the vicinity of a renovated house. The particular area is known for its high potential for landslides. From a geological point of view the location is dominated by the so called "Buntmergel" and younger age fluvial sediments. The Laakirchen landslide was monitored by geophysical/geotechnical systems from September 2011 to June 2013. In less than two years, a cumulative displacement of about 70 mm has been recorded at a depth of 3.5 m below ground level by an automatic inclinometer. The orientation of the geoelectrical monitoring profile was parallel to the gradient of the slope, including 61 electrodes, placed at intervals of 1 m. The power supply for the measuring instruments was provided by the connection to the local power grid. Therefore, the number of daily measurements was not limited to electrical power saving reasons. The main purpose of the collection of continuous geoelectrical data was to investigate the correlation between the temporal change of electrical resistivity and the acceleration of the landslide body, which was directly influenced by increased water saturation of the subsurface. Therefore, the recorded temporal changes of electrical resistivity are mainly based on the changes of water saturation and soil temperature. The monitoring period lasts for almost two years (09/2011 to 06/2013) and a complete geoelectrical dataset was collected every 4 hours, consisting of 1765 data points. The data collection was achieved with the Geomon4D system, which was developed by the Department of Geophysics of the Geological Survey of Austria. The provided series of geoelectrical datasets represents raw data, where a very simple preliminary filtering is performed, to eliminate data points that are erroneous due to technical limitations of the monitoring system. This is applied to all data points exceeding the voltage range of -9.95 to +9.95 V or with injection current below 0.5 mA (forward or reverse). Therefore, a comprehensive data analysis, processing and inversion are possible with the published datasets.Der geoelektrische Monitoringdatensatz wurde auf einer Hangrutschung in Laakirchen im Bezirk Gmunden (Oberösterreich) aufgenommen. Im März 2010 wurde knapp unterhalb eines sanierten Hauses eine oberflächennahe Rotationsrutschung durch heftige Regenfälle kombiniert mit der Schneeschmelze ausgelöst. Das Gebiet ist grundsätzlich für das hohe Hangrutschungspotenzial bekannt. Aus geologischer Sicht wird der Standort von den sogenannten „Buntmergeln“ und jüngeren fluviatilen Sedimenten dominiert. Die Hangrutschung in Laakirchen wurde von September 2011 bis Juni 2013 mittels geophysikalischer/geotechnischer Monitoringsysteme beobachtet. Im entsprechenden Zeitraum wurde mit dem automatischen Inklinometer eine kumulative Verschiebung von etwa 70 mm in einer Tiefe von 3,5 m unter der Geländeoberkante aufgezeichnet. Die Ausrichtung des geoelektrischen Monitoringsprofils war parallel zur Hangneigung bzw. Bewegungsrichtung. Das Profil umfasste 61 Elektroden, die mit einem konstanten Abstand von 1 m positioniert wurden. Die Stromversorgung des geoelektrischen Monitoringsystems erfolgte durch den Anschluss an das lokale Stromnetz. Durch die uneingeschränkte Energieversorgung konnten 6 Tiefensektionen pro Tag gemessen werden. Der Hauptzweck der Akquirierung kontinuierlicher geoelektrischer Messdaten bestand darin, die Korrelation zwischen der Änderung des elektrischen Widerstandes (zeitlich) und der Beschleunigung des Hangrutschungskörpers, die direkt durch die Wassersättigung des Untergrundes beeinflusst war, zu untersuchen. Daher stehen die aufgezeichneten Änderungen des elektrischen Widerstandes (zeitlich) in direkten Bezug zu den Änderungen der Wassersättigung des Untergrundes und der Bodentemperatur. Der Monitoringzeitraum umfasste fast zwei Jahre (09/2011 bis 06/2013). In diesem Zeitraum wurde im zeitlichen Abstand von vier Stunden ein vollständiger geoelektrischer Datensatz mit 1765 Datenpunkten erfasst. Die Datenerfassung erfolgte mit dem Geomon4D-System, das von der Fachabteilung Geophysik der Geologischen Bundesanstalt entwickelt wurde. Die hier veröffentlichten geoelektrischen Datensätze stellen Rohdaten dar, bei denen ausschließlich aus messtechnischer Sicht fehlerhafte Datenpunkte entfernt wurden (Stromeinspeisung kleiner als 0,5 mA und Spannungen größer als ±9,95 V). Daher ist mit den veröffentlichten Datensätzen weiterhin eine umfassende Datenanalyse, -verarbeitung und -inversion möglich.The published dataset consists of more than 2900 individual geoelectric depth sections that were acquired over a period of almost two years. Each individual depth section can be inverted into a 2D model of the electrical resistivity of the subsurface. The temporal change of these models represents the essential information content of this dataset. The geoelectrical monitoring was carried out with the measuring system (Geomon4D) developed by the Department of Geophysics of the Geological Survey of Austria, which is specially designed for monitoring application. The measuring point distribution (in total 1765 measuring points per depth section) corresponds to the so-called multiple-gradient array. The geoelectric monitoring profile consists of 61 stainless steel electrodes with a constant electrode spacing of 1 m.Der publizierte Datensatz besteht aus über 2900 einzelnen geoelektrischen Tiefensektionen, die über einen Zeitraum von knapp zwei Jahren aufgenommen wurden. Jede einzelne Tiefensektion kann mittels Inversionsrechnung in ein 2D-Modell des spezifischen elektrischen Widerstandes des Untergrundes umgesetzt werden. Die zeitliche Änderung dieser Modelle stellt den wesentlichen Informationsgehalt dieses Datensatzes dar. Das geoelektrische Monitoring erfolgte mit einem an der Geologischen Bundesanstalt entwickelten Messsystem (Geomon4D), das speziell für den Monitoring Einsatz konzipiert ist. Die Messpunktverteilung (in Summe 1765 Messpunkte pro Tiefensektion) entspricht der sogenannten Multiplen-Gradienten-Anordnung. Das geoelektrische Monitoring Profil umfasst in Summe 61 Edelstahlelektroden mit einem konstanten Elektrodenabstand von 1 m

Geoelektrisches Monitoring - Hangrutschung Ampflwang (OÖ)

The geoelectrical monitoring dataset was acquired on a landslide formed after a house construction within the area of an old deep-seated landslide near to the town of Ampflwang (Upper Austria). The deep-seated landslide developed mostly in quaternary slope/landslide deposits and anthropogenic deposits, situated above the underlying Neogene rocks, i.e.: fluvial gravels of Hausruck Formation at the top, limnic to fluvial coal-rich clay with brown coal beds of Ampflwang Formation in the middle, and marine silty-sandy marl to silty sand of Ottnang Formation at the base. The small part of the old deep-seated landslide reactivated in March 2010, was observed by topographic changes and inclinometric data. It is about 110 m long, 40 m wide, 4 m thick and represents a shallow rotational-translational landslide of an elliptic shape and quite smooth topography. The surrounding infrastructure (e.g. terrace, sewage pipes) of the newly constructed family house was partly damaged by the landslide. The main purpose of the collection of continuous geoelectrical data was to investigate the correlation between the temporal change of electrical resistivity and the acceleration of the landslide body, which was directly influenced by increased water saturation of the subsurface. Therefore, the recorded temporal changes of the electrical resistivity are mainly based on the changes of water saturation and soil temperature. The monitoring period lasts for almost one year (12/2010 to 09/2011) and a complete geoelectrical dataset was collected every four hours, consisting of 1765 data points. The data collection was achieved with the Geomon4D system, which was developed by the Department of Geophysics of the Geological Survey of Austria. The provided series of geoelectrical datasets represents raw data, where a very simple preliminary filtering is performed, to eliminate data points that are erroneous due to technical limitations of the monitoring system. This is applied to all data points exceeding the voltage range of -9.95 to +9.95 V or with injection current below 0.5 mA (forward or reverse). Therefore, a comprehensive data analysis, processing and inversion are possible with the published datasets.Der geoelektrische Monitoringdatensatz wurde auf einer Hangrutschung aufgenommen, die unmittelbar nach der Neuerrichtung eines Einfamilienhauses im Bereich einer älteren, tieferreichenden Hangrutschung in der Nähe der Ortschaft Ampflwang (Oberösterreich), entstanden war. Die ältere, tieferreichende Hangrutschung entwickelte sich ausschließlich in quartären Hang- und Erdrutschablagerungen und anthropogenen Ablagerungen, die sich über den darunterliegenden Gesteinen aus dem Neogen befinden. Diese umfassen Flusskies der Hausruck-Formation oben, limnischer bis fluvialer kohlereiche Tone mit Braunkohle-Zwischenlagen der Ampflwang-Formation in der Mitte und marine schluffig-sandige Mergel bis schluffige Sande der Ottnang-Formation an der Basis. Der kleine Teil der älteren, tieferreichenden Hangrutschung, deren Reaktivierung im März 2010 durch topografische Veränderungen und Inklinometer-Daten bemerkt wurde, ist etwa 110 m lang, 40 m breit und erstreckt sich bis in eine Tiefe von etwa 4 m. Es ist eine flache rotations-translatorische Hangrutschung mit elliptischer Form und relativ glatter Topografie. Die umgebende Infrastruktur (z. B. Terrasse, Abwasserrohre) des neu errichteten Einfamilienhauses wurde durch die Hangrutschung teilweise beschädigt. Der Hauptzweck der Akquirierung kontinuierlicher geoelektrischer Messdaten bestand darin, die Korrelation zwischen der Änderung des elektrischen Widerstandes (zeitlich) und der Beschleunigung des Hangrutschungskörpers, die direkt durch die Wassersättigung des Untergrundes beeinflusst war, zu untersuchen. Daher stehen die aufgezeichneten Änderungen des elektrischen Widerstandes (zeitlich) in direkten Bezug zu den Änderungen der Wassersättigung des Untergrundes und der Bodentemperatur. Der Monitoringzeitraum umfasste fast ein Jahr (12/2010 bis 09/2011). In diesem Zeitraum wurde im zeitlichen Abstand von vier Stunden ein vollständiger geoelektrischer Datensatz mit 1765 Datenpunkten erfasst. Die Datenerfassung erfolgte mit dem Geomon4D-System, das von der Fachabteilung Geophysik der Geologischen Bundesanstalt entwickelt wurde. Die hier veröffentlichten geoelektrischen Datensätze stellen Rohdaten dar, bei denen ausschließlich aus messtechnischer Sicht fehlerhafte Datenpunkte entfernt wurden (Stromeinspeisung kleiner als 0.5 mA und Spannungen größer als ±9.95 V). Daher ist mit den veröffentlichten Datensätzen weiterhin eine umfassende Datenanalyse, -verarbeitung und -inversion möglich.The published dataset consists of more than 1600 individual geoelectric depth sections that were acquired over a period of almost one year. Each individual depth section can be inverted into a 2D model of the electrical resistivity of the subsurface. The temporal change of these models represents the essential information content of this dataset. The geoelectrical monitoring was carried out with the measuring system (Geomon4D) developed by the Department of Geophysics of the Geological Survey of Austria, which is specially designed for monitoring application. The measuring point distribution (in total 1765 measuring points per depth section) corresponds to the so-called multiple-gradient array. The geoelectric monitoring profile consists of 61 stainless steel electrodes with a constant electrode spacing of 1 m.Der publizierte Datensatz besteht aus über 1600 einzelnen geoelektrischen Tiefensektionen, die über einen Zeitraum von knapp einem Jahr aufgenommen wurden. Jede einzelne Tiefensektion kann mittels Inversionsrechnung in ein 2D-Modell des spezifischen elektrischen Widerstandes des Untergrundes umgesetzt werden. Die zeitliche Änderung dieser Modelle stellt den wesentlichen Informationsgehalt dieses Datensatzes dar. Das geoelektrische Monitoring erfolgte mit einem an der Geologischen Bundesanstalt entwickelten Messsystem (Geomon4D), das speziell für den Monitoring Einsatz konzipiert ist. Die Messpunktverteilung (in Summe 1765 Messpunkte pro Tiefensektion) entspricht der sogenannten Multiplen-Gradienten-Anordnung. Das geoelektrische Monitoring Profil umfasst in Summe 61 Edelstahlelektroden mit einem konstanten Elektrodenabstand von 1 m