Sondierung von Erzgängen und Stollen mit geoelektrischer Widerstandstomographie
Von der Arbeitsgemeinschaft „EG Geosciences“ am Einstein-Gymnasium Kehl wurden unter der Leitung von Philipp Moll (StR) mehrere Messungen mit Geoelektrischer Widerstands-Tomographie zur Sondierung von Erzgängen und historischen Stollen am Silberbergwerk Suggental durchgeführt.
Methoden
Eindimensionaler Fall
Bei 1D-Widerstands-Messungen werden vier Elektroden in den Untergrund gesteckt und über Monokabel mit einem Erdwiderstands-Messgerät verbunden.
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Über die Elektroden A und B wird niederfrequenter Wechselstrom in den Untergrund gespeist. Die Elektroden M und N sind die Spannungssonden, die die elektrische Spannung des AB-Stroms messen. Nach einer derartigen Vierpunktmessung der Elektroden A-M-N-B wird eine erneute Vierpunktmessung durchgeführt. Dabei bleiben die Meßelektroden MN am selben Platz, wogegen die Einspeisungselektroden AB symmetrisch auseinandergezogen werden. Die Vierpunktmessung entspricht nun der Elektrodenabfolge A‘-N-M-B‘. Bei dieser Absteckung sinkt das Stromfeld tiefer in den Boden (Abb.1). Taucht das Stromfeld, wie im Bild dargestellt, in eine neue Bodenschicht mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit, wird das Stromfeld deformiert. Anhand der bei MN gemessenen Millivoltdaten lässt sich ermitteln, in welcher Tiefe eine anders leitende Bodenschicht einsetzt.
Aus den bei MN gemessenen mV-Werten und dem AB-Senderstrom in Ampere wird der spezifische Widerstand (Rho) errechnet. Die Rho-Kurve, welche mit der Tiefe variiiert, wird nun einer Inversionsrechnung unterzogen. Hierbei werden die Rho-Daten mit einer hypothetischen Kurve eines homogenen Halbraumes verglichen. Wo die Kurven voneinander abweichen, findet sich im Boden ein Übergang zu einer anders leitenden Schicht. Das Ergebnis ist ein lineares Profil, welches senkrecht in die Tiefe reicht, vergleichbar einem Bohrprofil. Man erhält eine Information über mögliche Schichtwechsel an einer bestimmten Stelle.
Zweidimensionaler Fall
Im suggentaler Silberbergwerk wurde mit dem zweidimensionalen Fall gemessen. Es wird eine geradlinige Elektrodenkette im Boden installiert. Die Elektroden dieser Reihe werden wahlweise zu Vierpunktmessungen (siehe oben) genutzt. Die Auswahl der Elektroden erfolgt systematisch, so daß sich die 2D-Fläche unterhalb der Elektrodenkette lückenlos mit Datenpunkten füllt.
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Im Vergleich zum eindimensionalen Fall werden bei der 2D-Messung nicht nur die Widerstandswerte vertikaler Bodenzonen, sondern auch die horizontal versetzter Bereiche gemessen. Die Roh-Daten werden mit Hilfe einer forward modeling-Routine in mehreren Phasen durchgerechnet (Iterationen). Ergebnis der Inversionsrechnung ist ein Modell, das die Bodenzonen hinsichtlich ihrer Leitfähigkeit kontrastiert.
Messungen im Silberbergwerk
Die Schüler des Einstein-Gymnasiums in Kehl haben als Test einen Schwerspat-Gang in einer Wand des Josephi-Stollens gemessen.
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Die Messlinie erstreckte sich über eine Länge von 1,8 m mit 25 Elektroden bei einem Elektrodenabstand von 0,075m. Für die Messung wurden Löcher in die Wand gebohrt und mit einer Spezialmischung gefüllt, die der Stromanbindung dient. Das Ergebnis wird in der folgenden Abbildung dargestellt.
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Zu sehen ist eine klare Definition eines Barytganges im Orthogneis. Auffällig ist eine höhere elektrische Leitfähigkeit an der Oberfläche. Diese höhere elektrische Leitfähigkeit kommt wahrscheinlich durch die Befeuchtung aufgrund des Anbindungsmittels sowie durch wassergefüllte Feinzerklüftungen (Erosion) des oberflächennahen Gesteins zustande.
Aufgrund des guten Ergebnisses wurden weitere Messungen an der Erdoberfläche durchgeführt, die den Bergwerksforschern dienen sollen, bis zu 1000 Jahre alte Stollen wiederzuentdecken oder unbekannte Erzgänge zu finden. Befunde dieser Art wurden in den Folgemessungen erbracht.
Weiteres folgt!
Mit herzlichem Dank an die Herren Philipp Moll und Stefan Ostermaier, Frau Josy Strunden und das Einstein-Gymnasium Kehl!