BGR Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

Handbuch zur Erkundung des Untergrundes von Deponien und Altlasten

Band 3

Dieses Methodenhandbuch "Deponieuntergrund"ist im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF) geförderten Forschungsverbundvorhabens "Me­thoden zur Erkundung und Beschreibung des Untergrundes von De­ponien und Altlasten,, ( Projektträger ''Abfallwirtschaft und Altlasten­sanieq.mg,, im Umweltbundesamt; Förderkennzeichen 1460605, 146o6o5A und 146o6o5B) entstanden. Die Verantwortung für den Inhalt der jeweiligen Beiträge liegt bei den Autoren.

Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

Klaus Knödel · Heinrich Krummel · Gerhard Lange

Geophysik

Mit Beiträgen von Alfred Berktold, Norbert Blindow, Frank Börner, Gerhard Brandt, Ewald P. Brückl, Thomas Büttgenbach, Günter Buntebarth, Uwe Casten, Wolfgang G. Debschütz, Lothar Dresen, HansA. K. Edelmann, Jürgen Fertig, Imre Fejes, Helmut Gaertner, Christoph Gelbke, Siegfried Greinwald, Eckart Hurtig, Bernhard Illich, Pranz Jacobs, Wolfgang Jäger, Pranz Kirchheimer, Herbert Klein, Klaus Knödel, Artur Wilhelm Kolodziey, Johannes M. Kulenkampff, Heinrich Krumme!, Gerhard Lange, Kurt Lhotzky, Gerd Liebhardt, Harald Lindner, Hans-Martin Maurer, Christian Oelsner, Dirk Orlowsky, Hellfried Petzold, Burkhard Pfeifer, Ernö Pnicser, Carsten Pretzschner, Tino Radic, Lutz Reimers, Geza Rezessy, Thomas Richter, Karl-Josef Sandmeier, Jochen Schade, Gerlinde Schaumann, Christian Schneider, Jürgen R. Schopper, J oachim Sebulke, Heinz Schubert, Knut Seidel, Klaus-Peter Sengpiel, Die­ter Steinbrecher, Janos Stickel, Laszl6 Szabadvary, Tomm Utecht, Laszl6 Vertesy, Laszl6 Verö, Richard Vogt, Bernhard Wagenbreth, Andreas Weller, Peter Weidelt, Thomas Witka, Uwe Wolf, Ugur Yaramanci und Gerhard Zscherpe

mit 421 Abbildungen und 53 Tabellen

i Sprii:tger

DR. KLAUS KNöDEL

DR. HEINRICH KRUMMEL

DIPL. GEOPHYS. GERHARD LANGE

Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Außenstelle Berlin Wilhelmstraße 25-30 D-13593 Berlin

ISBN 978-3-662-07724-5

Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme

Handbuch zur Erkundung des Untergrundes von Deponien und Altlasten/ BGR, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Bd. 3. Geophysik I Klaus Knödel .... - 1997 ISBN 978-3-662-07724-5 ISBN 978-3-662-07723-8 (eBook)DOI 10.1007/978-3-662-07723-8

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funk­sendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Ver­vielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. Sep­tember 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwi­derhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtgesetzes.

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©Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1997 Softcover reprint of the bardeover Ist edition 1997

Umschlaggestaltung: E. Kirchner, Heide1berg Satz: Reproduktionsfertige Vorlage vom Herausgeber

SPIN: 10495859 30/3136 - 54 3 2 1 0- Gedruckt aufsäurefreien Papier

Dank

Das Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Techno­logie (BMBF) hat im Rahmen des Programms "Umweltforschung und Um­welttechnologie" das Forschungsverbundvorhaben "Methoden zur Erkundung und Beschreibung des Untergrundes von Deponien und Altlasten" (Kurztitel "Deponieuntergrund") gefördert. Als ein Ergebnis des Verbundvorhabens wird der Band Geophysik des "Handbuchs zur Erkundung des Untergrundes von Deponien und Altlasten" vorgelegt. Der Herausgeber dankt dem BMBF für die Anregung und Förderung des Handbuchs.

Zu danken ist auch dem Projektträger des BMBF "Abfallwirtschaft und Altlastensanierung" im Umweltbundesamt (UBA) für die fachliche und ad­ministrative Betreuung des Verbundvorhabens und des Methodenhandbuchs. Die Ermutigungen, kritischen Fragen und zahlreichen Hinweise durch die Mitarbeiter des Projektträgers und der Fachreferate im Umweltbundesamt ha­ben die Bearbeitung des Handbuchs wesentlich vorangebracht

Der vorliegende Band ist ein Gemeinschaftswerk von Geophysikern in Firmen, Hochschulen, Forschungsinstituten und Behörden. Die Forschung an den Teststandorten, wo instruktive Beispiele für das Handbuch gewonnen sowie die Methoden nach Kosten und Nutzen bewertet wurden, ist nachhaltig von den zuständigen Geologischen Landesämtern, Kreisbehörden und Depo­niebetreibern unterstützt worden. Zu danken ist neben den Autoren allen Fachkollegen und Firmen, die durch Beiträge und Fallbeispiele den Band Geophysik mitgestaltet haben.

Ein besonderer Dank gilt den Revisoren, die in der Liste der Reviewer ge­nannt werden, für die gründliche Durchsicht der Manuskripte und zahlreiche konstruktive Hinweise zu deren Verbesserung.

Frau Ingrid Boiler, Frau Hannelore Groll, Herr Matthias Sack und Frau Claudia Wießner haben mit Fleiß, Kreativität und Umsicht Text und Abbil­dungen in die vorliegende Form gebracht. Für ihre mühevolle Arbeit gebührt ihnen der herzliche Dank der Autoren und des Herausgebers.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Vorbereitung geophysikalischer Messungen 5

2.1 Information und Genehmigungen (Permitting) 5 2.2 Mobilisation und Demobilisation 9 2.3 Vermessungsarbeiten 9

3 Magnetik 15

3.1 Prinzip der Methode 15 3.2 Anwendungsmöglichkeiten 16 3.3 Grundlagen 16 3.4 Meßgeräte 20 3.5 Feldarbeiten 22 3.6 Bearbeitung und Interpretation der Meßdaten 24 3.7 Qualitätssicherung 26 3.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 27 3.9 Abschätzung der zu erwartenden Meßeffekte 27 3.10 Beispiele 29

4 Gravimetrie 37

4.1 Prinzip der Methode 37 4.2 Anwendungsmöglichkeiten 39 4.3 Grundlagen 40 4.4 Meßgeräte 44 4.5 Feldarbeiten 45 4.6 Bearbeitung und Interpretation der Meßdaten 47 4.7 Qualitätssicherung 49 4.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 50 4.9 Abschätzung der zu erwartenden Meßeffekte 51 4.10 Beispiele 52

5 Geoelektrik 65

5.1 Grundlagen 65 5.1.1 Klassifizierung der Verfahren 65 5.1.2 Grundgleichungen 68

VIII Inhaltsverzeichnis

5.1.3 Einfache Anwendungen der Grundgleichungen 73 5.1.3.1 Die Gleichstrom-Grundgleichung 73 5.1.3.2 Die Wellengleichung für homogene Bereiche 74 5.1.3.3 Typischer Frequenzgang einer induktiven Übertra- 76

gungsfunktion 5.1.4 Typische Signalamplituden künstlicher Quellen 80 5.1.5 Die elektrische Leitfähigkeit 83

5.2 Eigenpotentialmethode 95 5.2.1 Prinzip der Methode 95 5.2.2 Anwendungsmöglichkeiten 97 5.2.3 Grundlagen 97 5.2.4 Meßgeräte und Ausrüstung 101 5.2.5 Feldarbeiten 102 5.2.6 Bearbeitung und Interpretation 104 5.2.7 Qualitätssicherung 105 5.2.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 105 5.2.9 Abschätzung der zu erwartenden Meßeffekte 106 5.2.10 Beispiele 110

5.3 Gleichstromgeoelektrik 122 5.3.1 Prinzip der Methode 122 5.3.2 Anwendungsmöglichkeiten 125 5.3.3 Grundlagen 125 5.3.4 Meßgeräte und Ausrüstung 131 5.3.5 Feldarbeiten 133 5.3.6 Auswertung und Interpretation 145 5.3.7 Qualitätssicherung 153 5.3.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 155 5.3.9 Beispiele 156

5.4 Induzierte Polarisation 166 5.4.1 Prinzip der Methode 166 5.4.2 Anwendungsmöglichkeiten 168 5.4.3 Grundlagen 168 5.4.3.1 Ursachen und Modelle zur Beschreibung des IP-Effekts 169

im Zeit- und Frequenzbereich 5.4.3.2 Meßgrößen und Meßeffekte 175 5.4.3.3 Die Aufladbarkeit von Gesteinen 179 5.4.4 Meßgeräte und Ausrüstung 179 5.4.5 Feldarbeiten 182 5.4.6 Auswertung, Ergebnisdarstellung und Interpretation 184 5.4.7 Qualitätssicherung 186

Inhaltsverzeichnis IX

5.4.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 187 5.4.9 Abschätzung der zu erwartenden Meßgrößen 188 5.4.10 Beispiele 191

5.5 Mise-a-la Masse 207 5.5.1 Anwendungsmöglichkeiten 209 5.5.2 Meßgeräte und Ausrüstung 209 5.5.3 Feldarbeiten 210 5.5.4 Bearbeitung und Interpretation 211 5.5.5 Qualitätssicherung 214 5.5.6 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 215 5.5.7 Beispiel 215

5.6 Geoelektrische Messung der Grundwasserbewegung 220 5.6.1 Meßgeräte und Ausrüstung 224 5.6.2 Bearbeitung und Interpretation der Meßdaten 224 5.6.3 Qualitätssicherung 227 5.6.4 Personeller und zeitlicher Aufwand 228 5.6.5 Beispiel 228

5.7 Elektromagnetische Zweispulen-Systeme 233 5.7.1 Prinzip der Methode 233 5.7.2 Anwendungsmöglichkeiten 236 5.7.3 Grundlagen 237 5.7.4 Feldarbeiten 247 5.7.5 Auswertung und Interpretation 250 5.7.6 Fehlermöglichkeiten . 256 5.7.7 EM 38, EM 31, EM 34 257 5.7.8 MAXMIN 265 5.7.9 GENIE 277 5.7.10 MAXIPROBE 284

5.8 Transientelektromagnetik 305 5.8.1 Transientelektromagnetische Sondierung 305 5.8.1.1 Prinzip der Methode 305 5.8.1.2 Anwendungsmöglichkeiten 306 5.8.1.3 Grundlagen 307 5.8.1.4 Meßgeräte 311 5.8.1.5 Feldarbeiten und Aufwand 314 5.8.1.6 Auswertung und Interpretation der Meßdaten 314 5.8.1.7 Qualitätssicherung 315 5.8.1.8 Beispiel 315

X Inhaltsverzeichnis

5.8.2 Tiefeindringender Metalldetektor 319 5.8.2.1 Prinzip der Methode 319 5.8.2.2 Anwendungsmöglichkeiten 320 5.8.2.3 Grundlagen 320 5.8.2.4 Meßgeräte 321 5.8.2.5 Feldarbeiten 321 5.8.2.6 Bearbeitung und Interpretation der Meßdaten 322 5.8.2.7 Qualitätssicherung 322 5.8.2.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 322 5.8.2.9 Abschätzung der zu erwartenden Meßgrößen 323 5.8.2.10 Beispiele 324

5.9 VLF, VLF-R und Radiomagnetotellurik 327 5.9.1 Prinzip der Methode 327 5.9.2 Anwendungsmöglichkeiten 328 5.9.3 Grundlagen 328 5.9.4 Meßgeräte 336 5.9.5 Feldarbeiten, Qualitätssicherung, personeller, technischer 338

und zeitlicher Aufwand 5.9.6 Bearbeitung und Interpretation der Meßdaten 339 5.9.7 Beispiel 340

5.10 CSAMT 350 5.10.1 Prinzip der Methode 350 5.10.2 Anwendungsmöglichkeiten 352 5.10.3 Grundlagen 352 5.10.4 Meßgeräte 357 5.10.5 Feldarbeiten 358 5.10.6 Bearbeitung und Interpretation 359 5.10.7 Qualitätssicherung 360 5.10.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 361 5.10.9 Abschätzung der zu erwartenden Meßgrößen 361 5.10.10 Beispiel 363

6 Bodenradar 369

6.1 Prinzip der Methode 369 6.2 Anwendungsmöglichkeiten 371 6.3 Grundlagen 371 6.4 Apparaturen 382 6.5 Feldarbeiten 385 6.6 Auswertung, Darstellung der Meßdaten und 386

Interpretation

Inhaltsverzeichnis XI

6.7 Qualitätssicherung 388 6.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 389 6.9 Abschätzung der zu erwartenden Eindringtiefen und 389

Amplituden 6.10 Beispiele 390

7 Seismik 405

7.1 Prinzip der Methode 405 7.2 Anwendungsmöglichkeiten 406

7.3 Grundlagen 409 7.3.1 Einführung in die Elastizitätstheorie 409 7.3.2 Elastische Parameter und seismische Geschwindigkeiten 413 7.3.3 Räumliche Wellenausbreitung und Absorption 417 7.3.4 Das Reflexions- und Transmissionsverhalten von ebenen 419

Wellen an ebenen Grenzflächen 7.3.5 Reflexion und Refraktion 428 7.3.6 Oberflächenwellen 434 7.3.7 Diffraktion 437 7.3.8 Das Auflösungsvermögen seismischer Daten 438 7.3.9 Geschwindigkeits- und Dichtewerte in Sedimenten 442

7.4 Meßgeräte 447 7.4.1 Seismische Quellen 447 7.4.1.1 Quellmechanismen zur Anregung seismischer Wellen 449 7.4.1.2 Typen seismischer Quellen 455 7.4.1.2.1 P-Wellen-Quellen 458 7.4.1.2.2 S-Wellen-Quellen 473 7.4.1.3 Qualitätssicherung beim Einsatz seismischer Quellen 478 7.4.2 Aufnehmer und Aufnahmeapparaturen 485 7.4.2.1 Aufnehmer 485 7.4.2.1.1 Das Geophon 485 7.4.2.1.2 Andere Aufnehmertypen 489 7.4.2.1.3 Der praktische Feldeinsatz von Geophonen 490 7.4.2.1.4 Typische Geophondaten 493 7.4.2.1.5 Qualitätssicherung 495 7.4.2.2 Aufnahmeapparaturen 496 7.4.2.2.1 Der technische Aufbau 496 7.4.2.2.2 Techniken der Störsignalunterdrückung 502 7.4.2.2.3 Typische Daten von Aufnahmeapparaturen 504 7.4.2.2.4 Praktische Bedienung im Feld, Optimierung der 505

Aufnahmeparameter

XII Inhaltsverzeichnis

7.4.2.3 Qualitätssicherung bei der Datenerfassung 506 7.5 Refraktionsseismik 510 7.5.1 Prinzip der Methode 510 7.5.2 Anwendungsmöglichkeiten 515 7.5.3 Datenakquisition 515 7.5.3.1 Modelle 516 7.5.3.2 Meßgeometrie 517 7.5.3.3 Wahl der Feldparameter 519 7.5.3.4 Qualitätskontrolle 524 7.5.4 Erstellung und Interpretation von Laufzeitfeldern 525 7.5.4.1 Darstellung 526 7.5.4.2 Interpretation 529 7.5.4.3 Anwendung auf klassische Inversionsverfahren 532 7.5.4.4 Schlußfolgerungen 533 7.5.5 Standard-Inversionsverfahren 533 7.5.5.1 Interaktive 1-D-Modellierung 536 7.5.5.2 Intercept-Zeit-Methode 538 7.5.5.3 Generalized Reciprocal Method (GRM) 539 7.5.5.4 Wellenfrontenverfahren 543 7.5.6 Iterative Interpretationsmethoden 546 7.5.6.1 Iterative 2-D- und 3-D-Vorwärtsmodellierungsverfahren 546 7.5.6.2 Beispiele 549 7.5.6.3 Refraktionstomographie 553 7.5.6.3.1 Prinzip der Methode 553 7.5.6.3.2 Anwendungsmöglichkeiten 554 7.5.6.3.3 Grundlagen 554 7.5.6.3.4 Praktische Durchführung 555 7.5.6.3.5 Beispiele 556 7.5.7 CMP-Refraktionsseismik (W ellenfeldverfahren) 563 7.5.7.1 Prinzip der Methode 563 7.5.7.2 Anwendungsmöglichkeiten 563 7.5.7.3 Grundlagen 564 7.5.7.4 Kombination der CMP-Refraktionsseismik mit der GRM 570 7.5.7.5 Beispiele 572 7.5.8 Einsatz der refraktionsseismischen Standard- und 579

iterativen Interpretationsverfahren in der Praxis 7.5.9 Ansätze zur flächenhaften Refraktionsseismik 580 7.5.9.1 Prinzip der Methode 580 7.5.9.2 Anwendungsmöglichkeiten 581 7.5.9.3 Grundlagen 582 7.5.9.4 Praktische Durchführung 586 7.5.9.5 Einordnung der von der Methode gelieferten Resultate 589 7.5.9.6 Beispiel 590

Inhaltsverzeichnis XIII

7.5.10 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 596 7.6 Reflexionsseismik 600 7.6.1 2-D-Reflexionseismik 600 7.6.1.1 Prinzip der Methode 600 7.6.1.2 Anwendungsmöglichkeiten 605 7.6.1.3 Methodik der Feldarbeiten 605 7.6.1.4 Processing 612 7.6.1.5 Interpretation und Zeit-Tiefen-Transformation 619 7.6.1.6 Beispiele 624 7.6.2 3-D-Reflexionsseismik 631 7.6.2.1 Prinzip der Methode 631 7.6.2.2 Anwendungsmöglichkeiten 632 7.6.2.3 Entwurf eines 3-D-seismischen Meßschemas 632 7.6.2.4 Meßgeräte 641 7.6.2.5 Feldarbeiten 641 7.6.2.6 Processing und Interpretation 644 7.6.2.7 Qualitätssicherung 647 7.6.2.8 Personeller; technischer und zeitlicher Aufwand 649 7.6.2.9 Beispiele 650

7.7 Oberflächenwellenseismik 663 7.7.1 Prinzip der Methode 663 7.7.2 Anwendungsmöglichkeiten 665 7.7.3 Grundlagen 665 7.7.4 Feldarbeiten 668 7.7.5 Auswertung und Interpretation 670 7.7.6 Qualitätssicherung 671 7.7.7 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 673 7.7.8 Beispiel 673

7.8 Bohrlochseismik 679 7.8.1 Prinzip der Methode 679 7.8.2 Anwendungsmöglichkeiten 682 7.8.3 Meßmethoden mit Beispielen 683 7.8.3.1 Hochfrequenz-Bohrlochseismik beim Logging 683 7.8.3.2 Quelle und Aufnehmer im selben Bohrloch 684 7.8.3.3 Quelle und Aufnehmer in unterschiedlichen Bohrlöchern 687 7.8.3.3.1 Paralleldurchschallung 687 7.8.3.3.2 Tomographie 690 7.8.3.4 Vertikale Seismische Profile (VSP) 694 7.8.4 Meßgeräte 697 7.8.5 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 700 7.8.6 Qualitätssicherung 702

XIV Inhaltsverzeichnis

7.9 Meßgrößen und Maßeinheiten der seismischen Verfahren 705

8 Geothermik 707

8.1 Prinzip der Methode 707 8.2 Anwendungsmöglichkeiten 708 8.3 Grundlagen 708 8.4 Meßgeräte 710 8.5 Feldarbeiten 713 8.6 Bearbeitung und Interpretation der Meßdaten 714 8.7 Qualitätssicherung 715 8.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 716 8.9 Zu erwartende Meßeffekte 716 8.10 Beispiele 717

9 Radiometrie 725

9.1 Prinzip der Methode 725 9.2 Anwendungsmöglichkeiten 726 9.3 Grundlagen 727 9.4 Meßgeräte 734 9.5 Feldarbeiten 736 9.6 Bearbeitung und Interpretation der Meßdaten 737 9.7 Qualitätssicherung 738 9.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 739 9.9 Abschätzung der zu erwartenden Meßeffekte 739 9.10 Beispiele 740

10 Aerogeophysik 749

10.1 Prinzip der Methoden 749 10.2 Anwendungsmöglichkeiten 751

10.3 Aeroelektromagnetische Verfahren 752 10.3.1 Grundlagen der aktiven Flugelektromagnetik 755 10.3.2 Beispiele 765

10.4 Aeromagnetik 771 10.4.1 Besonderheiten der magnetischen Flugvermessung 771 10.4.2 Meßgeräte 773

Inhaltsverzeichnis XV

10.4.3 Darstellung und Auswertung aeromagnetischer 773 Meßergebnisse

1 0.4.4 Beispiel 778

10.5 Aeroradiometrie 778 10.5.1 Besonderheiten der radiometrischen Flugvermessung 778 10.5.2 Meßgeräte 784 10.5.3 Darstellung und Interpretation radiometrischer 785

Meßergebnisse 10.5.4 Beispiel 785

10.6 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 787

11 Bohrlochgeophysik 789

11.1 Prinzip der Bohrlochmessung 789 11.2 Anwendungsmöglichkeiten 790 11.3 Meßtechnik 791 11.4 Meßbedingungen, Teufenauflösung und Aussagebereich 799

11.5 Bohrlochmeßverfahren 801 11.5.1 Elektrische Bohrlochmessungen 808 11.5.2 Elektromagnetische Bohrlochmessungen 819 11.5.3 Akustische Bohrlochmessungen 823 11.5.4 Messung der natürlichen Gamma-Strahlung 831 11.5.5 Aktive Messung mit Gamma-Strahlung in Bohrungen 837 11.5.6 Messung mit Neutronen-Strahlung 847 11.5.7 Technische Bohrlochmessungen 863 11.5.7.1 Kalibermessung 863 11.5.7.2 Messung des Bohrlochverlaufs 863 11.5.7.3 Messung der vertikalen Flüssigkeitsströmung 864 11.5.7.4 Optische Untersuchungen, Bohrlochfernsehen 864

11.6 Projektierung, Ausführung und Qualitätssicherung von 864 Bohrlochmessungen

11.6.1 Auswahl des Meßprogramms 864 11.6.2 Ausführung der Messung 865 11.6.3 Qualitätssicherung 866

11.7 Auswertung und Interpretation 867 11.7.1 Auswertung 867 11.7.2 Interpretation 869 11.7.3 Korrelation der Meßkurven 871

XVI Inhaltsverzeichnis

11.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 874 11.9 Beispiele 875

12 Geophysikalische Penetrationssondierungen 897

12.1 Prinzip der Methode 897 12.2 Anwendungsmöglichkeiten 899 12.3 Grundlagen 900 12.4 Meßgeräte 904 12.5 Feldarbeiten 906 12.6 Bearbeitung und Interpretation der Meßdaten 907 12.7 Qualitätssicherung 912 12.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 912 12.9 Beispiele 913

13 Milieusondenmessungen 923

13.1 Prinzip der Methode 923 13.2 Anwendungsmöglichkeiten 925 13.3 Grundlagen 925 13.4 Meßgeräte 929 13.5 Feldarbeiten 930 13.6 Auswertung 931 13.7 Qualitätssicherung 931 13.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 932 13.9 Beispiele 932

14 Petrophysik 943

14.1 Dichte 943 14.1.1 Komdichte 945 14.1.2 Trockendichte 949 14.1.3 Feuchtrohdichte 952 14.1.4 Sättigungsdichte 955

14.2 Porosität 956 14.2.1 Gesamtporosität 959 14.2.2 Nutzporosität 960

14.3 Wassergehalt und Sättigung 962 14.3.1 Wassergehalt 962

Inhaltsverzeichnis XVII

14.3.2 Sättigungsgrad 964 14.3.3 Haftwassersättigung 966

14.4 Porengeometrische Parameter 969 14.4.1 Porenradienverteilung 969 14.4.2 Spezifische innere Oberfläche 973

14.5 Durchlässigkeit 977 14.6 Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen 983

14.7 Elektrische Eigenschaften 986 14.7.1 Spezifischer elektrischer Widerstand 987 14.7.2 Grenzflächenleitfähigkeit 992 14.7.3 Polarisierbarkeit, Frequenzeffekt, Phasenverschiebung 995

14.7.4 Dielektrizitätszahl 998 14.7.5 Eigenpotential 1001

14.8 Magnetische Suszeptibilität 1007 14.9 Wärmeleitfähigkeit, Temperaturleitfähigkeit und 1008

spezifische Wärmekapazität 14.10 Normen 1010

15 Überwachungssysteme 1013

15.1 Geophysikalische Sonden 1014 15.1.1 Prinzip der Methode 1014 15.1.2 Anwendungsmöglichkeiten 1015 15.1.3 Grundlagen 1015 15.1.4 Meßgeräte 1015 15.1.5 Feldarbeiten 1017 15.1.6 Bearbeitung und Interpretation der Meßdaten 1018 15.1.7 Qualitätssicherung 1019 15.1.8 Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand 1019 15.1.9 Beispiel 1019

15.2 Ionenselektive Sonden 1024 15.2.1 Prinzip der Methode 1025 15.2.2 Anwendungsmöglichkeiten 1027 15.2.3 Grundlagen 1027 15.2.4 Meßgeräte 1030 15.2.5 Feldarbeiten 1031 15.2.6 Bearbeitung und Interpretation der Meßdaten 1032

XVIII

15.2.7 15.2.8 15.2.9 15.2.10

Qualitätssicherung Personeller, technischer und zeitlicher Aufwand Abschätzung der zu erwartenden Meßgrößen Beispiele

Glossar Sachverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1032 1032 1033 1034

1041 1051

Autorenverzeichnis

Dr. Alfred Berktold Universität München Institut für Allgemeine und Angewandte Geophysik Theresienstraße 4114 D-80333 München

Dr. Frank Börner Dresdner Grundwasserforschungszentrum Meraner Straße 10 D-0 1217 Dresden

Prof. Dr. Ewald P. Brückl Institut für Theoretische Geodäsie und Geophysik Technische Universität Wien Gußhausstraße 25-29 A-1040Wien Austria

Dr. Günter Buntebarth Technologiezentrum Burgstättee Straße 6 D-38678 Clausthal-Zellerfeld

Wolfgang G. Debschütz TU Clausthal Institut für Geophysik Arnold-Sommerfeld-Straße 1 D-38678 Clausthal-Zellerfeld

Dr. Norbert Blindow Westf. Wilhelms-Universität Institut für Geophysik Corrensstraße 24 D-48149 Münster

Gerhard Brandt HGN Hydrogeologie GmbH Nordhausen Ingenieurgesellschaft für Grundwasser, Boden und Umwelt Süptitzer Weg D-04860 Torgau

Dr. Thomas Büttgenbach GECO-PRAKLA Buchholzer Straße 100 Postfach 510530 D-30635 Hannover

Dr. Uwe Casten Ruhr-Universität Bochum Institut für Geophysik Universitätsstraße 150 D-44780 Bochum

Prof. Dr. Dr. h. c. Lotbar Dresen Ruhr-Universität Bochum Institut für Geophysik Universitätsstraße 150 D-44780 Bochum

XX

Dr. HansA. K. Edelmann Pirolweg 6 D-30627 Hannover

ImreFejes Eötvös Lorand Geophysical Institute of Hungary Kolumbusz u. 17-23 H-1440 Budapest Hungary

Dr. Christoph Gelbke DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH Postfach 102749 D-44727 Bochum

Prof. Dr. Eckart Hurtig GESO GmbH Teltow Oderstraße 42 D-14513 Teltow

Prof. Dr. Pranz J acobs Universität Leipzig Institut für Geophysik Talstraße 35 D-04130 Leipzig

Dr. Pranz Kirchheimer GECO-PRAKLA Buchholzer Straße 100 Postfach 510530 D-30635 Hannover

Autorenverzeichnis

Prof. Dr. Jürgen Fertig TU Clausthal Institut für Geophysik Arnold-Sommerfeld-Straße 1 D-38678 Clausthal-Zellerfeld

Dr. Helmut Gaertner Geophysik GGD Gesellschaft für Geowissenschaftliehe Dienste Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

Dr. Siegfried Greinwald Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Bernhard Illich GGU Gesellschaft für Geophysikalische Untersuchungen Amalienstraße 4 D-76133 Karlsruhe

Dr. Wolfgang Jäger Geophysik GGD Gesellschaft für Geowissenschaftliehe Dienste Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

Herbert Klein terratec Büro für Geologie und Geophysik Am Sulzbach 26 D-79423 Reitersbei

Autorenverzeichnis

Dr. Klaus Knödel Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Außenstelle Berlin Wilhelmstraße 25-30 D-13593 Berlin

Dr. Johannes M. Kulenkampff TU Clausthal Institut für Geophysik Arnold-Sommerfeld-Straße 1 D-38678 Clausthal-Zellerfeld

Gerhard Lange Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Außenstelle Berlin Wilhelmstraße 25-30 D-13593 Berlin

Gerd Liebhardt Universität Karlsruhe Geophysikalisches Institut Hertzstraße 16 D-76187 Karlsruhe

Dr. Hans-Martin Maurer TU Braunschweig Institut für Geophysik und Meteorologie Mendelssohnstraße 3 D-38106 Braunschweig

Dr. Dirk Orlowsky DMT-Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH Postfach 102749 D-44727 Bochum

Artur Wilhelm Kolodziey Geophysik Consultancy Am Gänsepfad 16 D-64846 Groß-Zimmern

XXI

Dr. Heinrich Krummel Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Kurt Lhotzky Lhotzky & Partner Ingenieurgesellschaft mbH Petzvalstraße 36a D-38104 Braunschweig

Prof. Dr. Harald Lindner TU Bergakademie Freiberg Institut für Geophysik Gustav-Zeuner-Straße 12 D-09599 Freiberg

Prof. Dr. Christian Oelsner TU Bergakademie Freiberg Institut für Geophysik Gustav-Zeuner-Straße 12 D-09599 Freiberg

Dr. Hellfried Petzold Lausitzer Braunkohle AG (LAUBAG) Knappenstraße 1 D-0 1968 Senftenberg

XXII

Burkhard Pfeifer U.T.A.B. Umwelttechnik im Altlastenbereich GmbH Poststraße 5 D-04600 Altenburg

Dr. Carsten Pretzschner TU Bergakademie Freiberg Institut für Geophysik Gustav-Zeuner-Straße 12 D-09599 Freiberg

Dr. Lutz Reimers DMT-Gesellschaft für Forschung und PrÜfung mbH Postfach 102749 D-44727 Bochum

Dr. Thomas Richter Kali-Umwelttechnik K-UTEC Sondershausen GmbH Am Schacht II D-99701 Sondershausen

Jochen Schade THOR Geophysikalische Prospektion GmbH Im SaalS D-24145 Kiel

Dr. Christian Schneider BEB Erdoel - Erdgas Riethorst 12 D-30659 Hannover

Autorenverzeichnis

Emö Pracser Eötvös Lorand Geophysical Institute of Hungary Kolumbusz u. 17-23 H-1445 Budapest Hungary

Tino Radic TUBerlin Institut für Angewandte Geophysik Ackerstraße 71-76 D-13355 Berlin

Geza Rezessy Hungarian Geological Survey Stefania ut. 14 H-1143 Budapest Hungary

Dr. Karl-Josef Sandmeier scientific software development Zipser Straße 1 D-76227 Karlsruhe

Gerlinde Schaumann Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Prof. Dr. Jürgen R. Schopper TU Clausthal Institut für Geophysik Amold-Sommerfeld-Straße 1 D-38678 Clausthal-Zellerfeld

Autorenverzeichnis

Dr. Joachim Sebulke Umweltanalytik und Geophysik GmbH Dollartstraße 5 G D-14167 Berlin

Knut Seidel Geophysik GGD Gesellschaft für Geowissenschaftliehe Dienste Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

Dr. Dieter Steinbrecher BLM Gesellschaft f. bohrloch­geophysikalische und geoökologische Messungen mbH Niederlassung Leipzig Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

Dr. Lliszl6 Szabadvary Eötvös Lorand Geophysical Institute of Hungary Kolumbusz u. 17-23 H-1445 Budapest Hungary

U.szl6 V ertesy Eötvös Lorand Geophysical Institute of Hungary Kolumbusz u. 17-23 H-1445 Budapest Hungary

Dr. Heinz Schubert Geophysik GGD Gesellschaft für Geowissenschaftliehe Dienste Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

XXIII

Dr. Klaus-Peter Sengpiel Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Janos Stickel Eötvös Lorand Geophysical Institute of Hungary Kolumbusz u. 17-23 H-1445 Budapest Hungary

TommUtecht THOR Geophysikalische Prospektion GmbH Im SaalS D-24145 Kiel

Laszl6 Verö Eötvös Lorand Geophysical Institute of Hungary Kolumbusz u. 17-23 H-1445 Budapest Hungary

XXIV

Richard Vogt ORPHEUS Geophysik Gesellschaft für Baugrund- und Umweltanalytik mbH Leieherstraße 21 D-65830 Kriftel!Ts

Dr. Andreas Weller TU Braunschweig Institut für Geophysik und Meteorologie Mendelssohnstraße 3 D-38106 Braunschweig

Dr. Thomas Witka GECO-PRAKLA Buchholzer Straße 100 Postfach 510530 D-30635 Hannover

Prof. Dr. Ugur Yaramanci TUBerlin Fachbereich 9 Bauingenieurwesen und Angewandte Geowissenschaften Ackerstraße 71-76 D-13355 Berlin

Autorenverzeichnis

Bernhard Wagenbreth TU Bergakademie Freiberg Institut für Geophysik Gustav-Zeuner-Straße 12 D-09599 Freiberg

Prof. Dr. Peter Weidelt TU Braunschweig Institut für Geophysik und Meteorologie Mendelssohnstraße 3 D-38106 Braunschweig

UweWolf GECO-PRAKLA Buchholzer Straße 100 Postfach 510530 D-30635 Hannover

Prof. Dr. Gerhard Zscherpe BLM Gesellschaft für bohrlochgeophysikalische und geoökologische Messungen mbH Niederlassung Leipzig Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

Reviewerverzeichnis

Dr. Alfred Berktold Universität München Institut für Allgemeine und Augewandte Geophysik Theresienstraße 4114 D-80333 München

Gerhard Brandt HGN Hydrogeologie GmbH Nordhausen Ingenieurgesellschaft für Grundwasser, Boden und Umwelt Süptitzer Weg D-04860 Torgau

Prof. Dr. Hans Burkhardt TU Berlin Institut für Augewandte Geophysik Ackerstraße 71-76 D-13355 Berlin

Dr. Christoph Clauser Niedersächsisches Landesamt für Bodenforschung Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Dr. Klaus Deubel Geophysik GGD Gesellschaft für Geowissenschaftliehe Dienste Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

Dr. Frank Bömer Dresdner Grundwasserforschungszentrum Meraner Straße 10 D-01217 Dresden

Dr. Jan Brouwer OYOCAG Archimedesbaan 16 NL-3439 ME Nieuwegein Netherlands

Dr. Burkhard Buttkus Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Dr. Manfred Degutsch Westf. Wilhelms-Universität Institut für Geophysik Corrensstraße 24 D-48149 Münster

Dr. Folker Donner TU Bergakademie Freiberg Institut für Geophysik Gustav-Zeuner-Straße 12 D-09599 Freiberg

XXVI

Prof. Dr. Dr. h. c. Lotbar Dresen Ruhr-Universität Bochum Institut für Geophysik Universitätsstraße 150 D-44780 Bochum

Hermann Frese Tegtmeyer Geophysik GmbH Bruchkampweg 28A D-29227 Celle

Prof. Dr. Hans-Jürgen Götze Freie Universität Berlin Institut für Geophysikalische Wissenschaften Malteserstraße 7 4-1 00 D-12249 Berlin

Prof. Dr. Volker Haak Geoforschungszentrum Telegraphenberg D-14473 Potsdam

Prof. Dr. Hans-Peter Harjes Ruhr-Universität Bochum Institut für Geophysik Universitätsstraße 150 D-44780 Bochum

Dr. Klaus-Günter Hinzen Erdbebenstation Bensberg Universität zu Köln Vinzenz Pallotti-Straße 26 D-51429 Bergisch-Gladbach

Reviewerverzeichnis

Dr. Klaus Fielitz Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Dr. Helmut Gaertner Geophysik GGD Gesellschaft für Geowissenschaftliehe Dienste Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

Dr. Christoph Grissemann Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Dr. Ludwig Harnheck WismutGmbH Jagdschänkenstraße 29 D-09034 Chemnitz

Prof. Dr. Klaus Helbig Kiebitzrain 84 D-30657 Hannover

Prof. Dr. Franz Jacobs Universität Leipzig Institut für Geophysik Talstraße 35 D-04130 Leipzig

ltevievververzeichmds

Wolfgang Korbmacher GECO-PRAKLA Buchholzer Straße 100 Postfach 510530 D-30635 Hannover

Ernst Niederleithinger Büro für Geophysik B. Lorenz Kochstraße 60/61 D-10969 Berlin

Prof. Dr. Ludwig Luckner Dresdner Grundwasserforschungszentrum Meraner Straße 10 D-0 1217 Dresden

Dr. Rainer Müller Institut für Geologie und Paläontologie Technische Universität Clausthal Arbeitsgruppe Hydrogeologie Leibnizstraße 12 D-38678 Clausthal-Zellerfeld

Prof. Dr. Gottfried Porstendorier TU Bergakademie Freiberg Institut für Geophysik Gustav-Zeuner-Straße 12 D-09599 Freiberg

Dr. Helmut Rodemann Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Prof. Dr. Harald Lindner TU Bergakademie Freiberg Institut für Geophysik Gustav-Zeuner-Straße 12 D-09596 Freiberg

Klaus Lorenz Geophysik GGD

xxvn

Gesellschaft für Geowissenschaftliehe Dienste Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

Prof. Dr. Helmut Meyer Universität Leipzig Institut für Geowissenschaften Talstraße 35 D-041 03 Leipzig

Dr. Klaus-Peter Nick STN Atlas Elektronik GmbH Sebaldsbrücker Heerstraße 235 D-28305 Bremen

Dr. Christian Reichert Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Prof. Dr. Fritz Rummel Ruhr-Universität Bochum Institut für Geophysik Universitätsstraße 150 D-44780 Bochum

XXVIII

Prof. Dr. Horst Rüter DMT -Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH Postfach 102749 D-44727 Bochum

Prof. Dr. Jürgen Schön Montanuniversität Leoben Institut für Angewandte Geophysik Roseggerstraße 17 A-8700 Leoben Austria

Dr. Bemd-Michael Schulze Geophysik Consulting GmbH Wildrosenweg 3 D-24119 Kiel

Olaf Seidemann Geophysik GGD Gesellschaft für Geowissenschaftliehe Dienste Bautzener Straße 67 D-04347 Leipzig

Rudolf Thierbach Niedersächsisches Landesamt für Bodenforschung Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Dr. Andreas Weller TU Braunschweig Institut für Geophysik und Meteorologie Mendelssohnstraße 3 D-38106 Braunschweig

Reviewerverzeichnis

Prof. Dr. Ladislaus Rybach Eidg. Technische Hochschule Institut für Geophysik ETH-Hönggerberg CH-8093 Zürich Schweiz

Dr. Heinz Schubert Geophysik GGD Gesellschaft für Geowissenschaftliehe Dienste Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

Prof. Dr. Wolfgang Seiberl Geologische Bundesanstalt Fach-Abt. Geophysik Seidlgasse 28/IV A-1030Wien Austria

Dr. Ulrich Stötzner Geophysik GGD Gesellschaft für Geowissenschaftliehe Dienste Bautzner Straße 67 D-04347 Leipzig

Dr. Hans-Jürgen Voigt UWG Umwelt- und Wirtschaftsgeologie mbH Berlin Wolfener Straße 36 D-12681 Berlin

Dr. Thomas Wonik Niedersächsisches Landesamt für Bodenforschung Stilleweg 2 D-30655 Hannover