Magnetotellurische und elektrische Untersuchungen in der Bajkalzone

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 (flt1Hz)
• (Gewitter-)Blitze (fgt1Hz)
• 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
Verfahrensskizze (4 Punkt Anordnung)
Gleichstrom-Geolektrik

• Stromeinspeisung AB
• Spannungsmessung MN

• Ohmsches Gesetz

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
(No Transcript)
21
Profil S-S, Q-Tomographie und MT
22
MT Messgebiet
23
MT Kurven
24
MT
25
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