Hochauflösende TEM-Untersuchungen für hydrogeophysikalische Anwendungen

Abstract

Hangrutschungen treten in Österreich großflächig auf und stellen besonders in Siedlungsgebieten ein Sicherheitsrisiko dar. Andererseits stellt die Kontamination von Böden mit Teeröl ein gesundheitliches Risiko dar. Das als krebserregend geltende Teeröl wurde zur Imprägnierung von Bahnschwellen in ganz Österreich verwendet. Eine etablierte Methode, um Gleitflächen von Hangrutschungen oder kontaminierte Bereiche zu erfassen ist die spezifische Widerstandstomographie (ERT). Diese Methode ist jedoch kosten- und zeitintensiv. Daher wurde in dieser Arbeit die einfach anwendbare Transiente Elektromagnetische (TEM) Methode getestet. Dabei fließt Strom durch eine am Boden liegende Schleife und induziert durch das abrupte abschalten des Stroms durch das zeitlich variierende magnetische Feld Strom in den Untergrund. Das dadurch erzeugte sekundäre Magnetfeld wird in der Empfängerspule gemessen. Dadurch kann der scheinbare spezifische Widerstand im Untergrund berechnet und ein Modell erstellt werden. Die beiden Methoden wurden in zwei Messgebieten miteinander verglichen. Die TEM-Methode eignet sich besonders für die Detektion von Schichten mit niedrigen spezifischen Widerständen, die von hochohmigen Schichten umgeben sind. Die TEM-Methode lieferte im ersten Messgebiet auf einem Rutschhang gute Ergebnisse, die sich mit den Daten eines Bohrloches decken. Im zweiten, mit Teeröl kontaminierten Messgebiet, konnten die Methoden aufgrund der schlechten TEM-Daten nicht verglichen werden. Das Modell des Untergrundes wurde hier aus den ERT-Daten abgeleitet. Das Gebiet im Rutschhang war nicht von offensichtlichen elektromagnetischen Feldern umgeben und der leitfähige Untergrund für die TEM-Messungen optimal. Da das Messgebiet des kontaminierten Bereiches an die Hochspannungsleitung einer Zugstrecke grenzt und deshalb keine eindeutige Aussage über die Ursache der verrauschten Messdaten getroffen werden kann sollte im kontaminierten Bereich noch eine weitere Validierung durchgeführt werden.

Slope landslides occur in large areas in Austria and pose a security risk, particularly in settlement areas. On the other hand, contamination of soils with tar oil represents a health risk. The tar oil, which is considered to be carcinogenic, was used to impregnate railway sleepers throughout Austria. The electrical resistivity tomography (ERT) is an established method to detect sliding surfaces from landslides or contaminated areas. However, this method is costly and time consuming. Therefore, the easy to use transient electromagnetic (TEM) method was tested in this work. Current flows through a loop lying on the ground and induces current into the subsurface due to the abrupt switching off of the current through the time-varying magnetic field. The secondary magnetic field generated in this way is measured in the receiver coil. This allows the apparent resistivity in the subsurface to be calculated and a model to be created. The two methods were compared in two measurement areas. The TEM method is particularly suitable for the detection of layers with low resistivities, which are surrounded by high-resistance layers. The TEM method delivered good results on a slide in the first measurement area, which corresponded to the data from a borehole. In the second measuring area contaminated with tar oil, the methods could not be compared due to the poor TEM data. The model of the subsurface was derived from the ERT data. The area in the slide was not surrounded by obvious electromagnetic fields and the conductive surface was ideal for the TEM measurements. Since the measuring area of the contaminated area borders the high-voltage line of a train route and therefore no clear statement can be made about the cause of the noisy measurement data, a further validation should be carried out in the contaminated area.