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
