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 2 E-Feld Komponenten (in x, y Richtung) Elektrodenpaare Datalogger

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

Zeitreihe von E- und B-Feld

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

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

Signalentstehung

Skintiefe

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

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

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

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

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

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

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

Geoelektrik

Geoelektrik

Geoelektrik

Profil S-S‘, Q-Tomographie und MT

MT Messgebiet

MT Kurven

MT

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