Aerogeophysikalische Kartierung im Weser-Elbe-Gebiet

Beitrag zum Projekt:

• D-AERO: Deutschlandweite Aerogeophysik-Befliegung zur Kartierung des nahen Untergrundes und seiner Oberfläche - Auswertung
• D–AERO: Airborne geophysical surveys for mapping the shallow subsurface in Germany – Evaluation

Das BGR-Projekt D-AERO hat in Zusammenarbeit mit den Staatlichen Geologischen Diensten und Forschungseinrichtungen das Ziel, durch Setzung von inhaltlichen und regionalen Schwerpunkten vorhandene Messgebiete zusammenzuführen und durch neue Befliegungen bei Bedarf zu ergänzen. Der aktuelle Schwerpunkt liegt an der Nordseeküste, wo u.a. die Ausbreitung der Grundwasserversalzung untersucht wird.

Die Ergebnisse der drei gleichzeitig eingesetzten Methoden Aeroelektromagnetik, Aeromagnetik und Aeroradiometrie sind für mehrere Messgebiete im Weser-Elbe-Gebiet, die in den Jahren 2000 bis 2010 mit dem Hubschrauber der BGR mit verschiedenen Messsystemen beflogen worden sind (Abb. 1), zu gemeinsamen Übersichtskarten (Abb. 2) zusammengestellt worden (Siemon et al., 2012a,b). Hierfür wurden die Ergebnisse aus 2000-2005 (Siemon et al., 2004; Wiederhold et al., 2008) mit neueren Befliegungen aus 2008-2010 kombiniert, die zusammen mit dem Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG) durchgeführt wurden (Wiederhold et al., 2010). Diese Zusammenstellung ermöglicht es, großflächig zusammenhängende lithologische Strukturen sowie Grundwasserversalzungen aufzudecken. Letzteres gelingt insbesondere mit den Ergebnissen der Hubschrauberelektromagnetik (Siemon et al., 2009). Das Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG) beabsichtigt, diese Daten ab 2014 für eine Detailauswertung der Grundwasserversalzung zu nutzen. Auch werden diese Daten genutzt, um geologische Modelle aufzubauen und interaktiv zu verbessern (Rumpel et al., 2009; Steinmetz et al., 2012).

Aerogeophysikalische Ergebnisse

Radiometrie: Hohe natürliche Gammastrahlung der Erdoberfläche (rote Bereiche bei Kalium K in Abb. 2d) zeigt die marinen Sedimente der Marschen an (Abb. 2a,c). Sande korrelieren mit geringerer Strahlung (gelb bis grün) und Hochmoore mit sehr geringer Strahlung (blau). Diese prinzipiellen Ergebnisse werden durch die entsprechenden Konzentrationen von Thorium eTh und Uran eU sowie durch die Totalstrahlung und der Strahlungsrate, abgeleitet aus K, eTh und eU, bestätigt.

Elektromagnetik: Halbraumwiderstände ρ_a, abgeleitet von hochfrequenten EM-Daten (f = 41 kHz, Abb. 2e), korrelieren ebenfalls mit der geologischen Karte (Abb. 2c) und zeigen – mit zunehmendem Tongehalt (blau bis orange) – Sand, Geschiebemergel und Ton, aber sie zeigen auch Bereiche (rot), in denen das Grundwasser oberflächennah (<10 m) in Übereinstimmung mit Grube et al. (2000) versalzen erscheint (Abb. 2b) oder wo Deponien existieren. Bei tiefen Frequenzen (z. B. bei f = 1,8 kHz, Abb. 2f), d. h. in größerer Tiefe (>30 m), werden Grundwasserversalzungen sowie quartäre Rinnen (tonige Füllung bei etwa 40 m Tiefe) durch niedrige und mittlere Halbraumwiderstände (gelb) angezeigt.

Magnetik: Die Anomalien des Erdmagnetfeldes ΔT werden in der Regel genutzt, um Strukturen in der Erdkruste zu interpretieren. Zusätzlich zu den Informationen über das mehrere Kilometer tiefe Norddeutsche Becken (Abb. 2g) zeigen die hochpass-gefilterten (Grenzwellenlänge: 5 km) magnetischen Daten (ΔT_HP) laterale Änderungen der flachen, schwach magnetisierten Sedimente, die oft mit den Rändern der quartären Rinnen oder Salzstöcke korrelieren (rote Doppellinien, Abb. 2h).

Abb. 1: Aerogeophysikalische Messgebiete im Weser-Elbe-Gebiet

Abb. 2: Geländehöhen (a), Geologie (b), Radiometrie (c), Elektromagnetik (de) und Magnetik (f-g)

Literatur:

BKG: Geoinformationen © Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (www.bkg.bund.de)

S.Grube, A., Wichmann, K., Hahn, J. & Nachtigal, K-H., 2000. Geogene Grundwasserversalzung in den Poren- Grundwasserleitern Norddeutschlands und ihre Bedeutung für die Wasserwirtschaft (Band 9), DVGW-Technologiezentrum Wasser (ed), Karlsruhe.

Rumpel, H.-M., Binot, F., Gabriel, G., Siemon, B., Steuer, A. & Wiederhold, H., 2009. The benefit of geophysical data for hydrogeological 3D modelling - an example using the Cuxhaven buried valley. Z. dt. Ges. Geowiss, 160(3), 259-269.

Siemon, B., Christiansen, A.V. & Auken, E., 2009. A review of helicopter-borne electromagnetic methods for groundwater exploration. – Near Surface Geophysics, 7, 629–646.

Siemon, B., Eberle, D. & Binot, F., 2004. Helicopter-borne electromagnetic investigation of coastal aquifers in North-West Germany. Zeitschrift für Geologische Wissenschaften, 32, 385-395.

Siemon, B., Steuer, A., Ibs-von Seht, M., Voß, W., Meyer, U. & Wiederhold, H., 2012a. Combination of Airborne Geophysical Surveys at the Estuaries of the Weser and Elbe Rivers in Northern Germany. In: Proceedings of 18th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics – Remote Sensing Workshop, 3.-5.9.2012, Paris, France, RS30, 5 pp.

Siemon, B., Steuer, A., Ibs-von Seht, M., Voß, W., Miensopust, M.P., Meyer, U. & Wiederhold, H., 2012b. Aerogeophysikalische Untersuchungen in der Weser-Elbe-Region. In: Kümpel, H.-J., Röhling, H.-G. & Steinbach, V. (Hrsg.) GeoHannover 2012 – Rohstoffe für das 21. Jahrhundert. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften (SDGG), Heft 80, Hannover, 476.

Stackebrandt, W., Ludwig, A. O. & Ostaficzuk, S., 2001. Base of Quaternary deposits of the Baltic Sea depression and adjacent areas. Brandenburgische Geowiss. Beitr. 1/2001, 13–19.

Steinmetz, D., Winsemann, J., Menzel, P., Ullmann, A., Siemon, B., Brandes, C., Götze, H.-J., Meyer, U. & Wiederhold, H., 2012. Enhancing the quality of 3D subsurface models by integrating geophysical data sets. In: Kümpel, H.-J., Röhling, H.-G. & Steinbach, V. (Hrsg.) GeoHannover 2012 – Rohstoffe für das 21. Jahrhundert. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften (SDGG), Heft 80, Hannover, 298.

Wiederhold, H., Rumpel, H.-M., Auken, E., Siemon, B., Scheer, W. & Kirsch, R., 2008. Geophysikalische Verfahren zur Erkundung und Charakterisierung von Grundwasserleitern in Quartären Rinnen. Grundwasser, 13, 68–77.

Wiederhold, H., Siemon, B., Steuer, A., Schaumann, G., Meyer, U., Binot, F.& Kühne, K., 2010. Coastal aquifers and saltwater intrusions in focus of airborne electromagnetic surveys in Northern Germany. 21th Salt Water Intrusion Meeting 2010, Azores, Portugal.