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Magnetotellurische und elektrische Untersuchungen in der Bajkalzone

Magnetotellurische und elektrische Untersuchungen in der Bajkalzone. Überblick. Grundlagen der Magnetotellurik (MT) Signalquellen Beeinflussung durch Untergrund Theorie der Inversion. Magnetotellurik – Feldmessungen. 3 Magnetfeld Komponenten (in x, y, z Richtung) Spulen

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Magnetotellurische und elektrische Untersuchungen in der Bajkalzone

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Presentation Transcript

  1. Magnetotellurische und elektrische Untersuchungen in der Bajkalzone

  2. Überblick • Grundlagen der Magnetotellurik (MT) • Signalquellen • Beeinflussung durch Untergrund • Theorie der Inversion

  3. Magnetotellurik – Feldmessungen • 3 Magnetfeld Komponenten (in x, y, z Richtung) • Spulen • 2 E-Feld Komponenten (in x, y Richtung) • Elektrodenpaare • Datalogger

  4. Magnetotellurik – Feldmessungen • Spule für B-Feld Messung • Länge der Spule bestimmt den Frequenzbereich • Sonden für E-Feld • Silber Silberchlorid oder Stahlspies

  5. Zeitreihe von E- und B-Feld

  6. Ziel der Magnetotellurik (MT) • Es werden Zeitreihen • des elektrischen (tellurischen) und • des magnetischen Feldes an der Erdoberfläche aufgezeichnet und miteinander verglichen → Abbildung der Leitfähigkeitverteilung im Untergrund

  7. Prinzip der MT • Verfahren beruht im Wesentlichen darauf, dass sich zeitlich variable elektrische und magnetische Felder gegenseitig induzieren können • Signale entstehen durch • Stromsysteme in der Ionosphäre (f<1Hz) • (Gewitter-)Blitze (f>1Hz) • Signalstärke kann in kurzer Zeit (min) um 1-2 Größenordnungen variieren • breites Frequenzspektrum: 10-6 bis 104Hz • betrachteter Frequenzbereich abhängig von zu untersuchender Struktur

  8. Signalentstehung

  9. Skintiefe

  10. Übertragungsfunktion • Übertragungsfunktion zwischen E und B: • Alle Größen sind frequenzabhängig und komplex • Durch Vergleich der Tensor-Elemente untereinander kann man die Dimensionalität der Leitfähigkeitsstruktur ermitteln • 2D: Streichrichtung durch Minimierung von bestimmbar

  11. Widerstand und Phase = Darstellung der komplexen Übertragungsfunktion als Betrag und Phase • Betrag → Widerstand • Phase: • homogener Halbraum: f = 45° Wannamaker et al., 1989b

  12. Ohmsches Gesetz: (µA-A) I U (µV-V) A M N B Verfahrensskizze (4 Punkt Anordnung) Gleichstrom-Geolektrik • Stromeinspeisung: AB • Spannungsmessung: MN

  13. Spezifischer Widerstand Ohmsches Gesetz: Spezifischer Widerstand: r Material-Eigenschaft Geometrie Messgrößen

  14. Zielsetzung • Bestimmung der Widerstandsverteilung im Untergrund • Schichtmodelle bzw. • Z.B.: Grundwasser • bedingte Rückschlüsse auf stoffliche Zusammensetzung des Untergrunds

  15. Leitfähigkeit • charakteristischer Materialparameter • hauptsächlich elektrolytische Leitung • außerdem Oberflächenleitfähigkeit • abhängig von: Korngröße und Wassersättigung

  16. Interpretation - Mehrschichtfälle • berechne aus Messdaten als ob ein homogener Halbraum vorliegt • → ra(L/2) • Dateninversion • endliche Datenmenge, Fehler • → Mehrdeutigkeit

  17. Geoelektrik

  18. Geoelektrik

  19. Geoelektrik

  20. Profil S-S‘, Q-Tomographie und MT

  21. MT Messgebiet

  22. MT Kurven

  23. MT

  24. Quellen • Popov et al., Geodynamical interpretation of crustal and upper mantle electrical conductivity anomalies in Sayan-Baikal region, Earth Planets Space, 51, 1999 • Nevedrova et al., Determination of rock mass structure and results of active electromagnetic monitoring, Journal of Mining Science, 40, 2004 • Berdichevsky et al., Geoelectrical model of the Baikal region, Physics of the Earth and planetatry interiors, 22, 1980

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