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Thomas Agricola

• Geoelektrische Methoden sind weit verbreitet und werden häufig zur Erkundung des oberflächennahen Untergrundes eingesetzt. Angewendet werden standardmäßig meist nur linienhafte Anordnungen der Sender- und Empfängerelektroden, die nur wenige Zehner Meter lang sind. Hierdurch haben diese Methoden nur geringe Eindringtiefen. Um größere Eindringtiefen und 3-dimensionale Informationen über den Untergrund zu erhalten, sind in der vorgestellten Studie die Empfänger- und Senderdipole in mehr oder weniger regelmäßigen Abständen über das Untersuchungsgebiet verteilt worden. Mit jeder Empfängerstation sind kontinuierlich die elektrischen Spannungen in bis zu drei Richtungen aufgezeichnet worden. Für die Einspeisungen wurde ein Rechtecksignal verwendet, das sich gut von den Störfrequenzen und den natürlichen Spannungen abhebt. Die Richtungen der Einspeisedipole sind entsprechend den örtlichen Gegebenheiten, jedoch möglichst parallel zu den Messrichtungen, gewählt worden. Zur Auswertung der erhobenen Messdaten wurde ein Programmpaket entwickelt, das eine weitestgehend automatisierte Auswertung der Daten erlaubt. Die Bestimmung der scheinbaren spezifischen Widerstände und ihrer Messfehler wurde an den fouriertransformierten Datenzeitreihen durchgeführt. Hierdurch konnten Störeinflüsse minimiert werden und es wurde möglich selbst stark verrauschte Datensätze auszuwerten. Um die erhobenen Daten interpretieren zu können sind die berechneten scheinbaren spezifischen Widerstände als Grundlage für Inversionen und Modellstudien verwendet worden. Die oben beschriebene Methode wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit in zwei unterschiedlichen Messgebieten angewandt. Messgebiet im Hohen Vogelsberg Im Juli 2007 wurde damit begonnen, die Forschungsbohrung Sichenhausen-Eschwald im Hohen Vogelsberg abzuteufen. Ziel war es, Informationen über den strukturellen Aufbau des größten geschlossenen Vulkankomplexes Mitteleuropas zu gewinnen. Die Gesteinsansprache der Tiefbohrung lieferte bereits relativ früh Hinweise darauf, dass ein großer magmatischer Körper aufgeschlossen wurde.Aufgrund der begrenzten räumlichen Aussagekraft der Bohrung und fehlender Geländebefunde war es nicht möglich, den Mechanismus der Platznahme und die Größe des Körpers näher zu beschreiben. Die Kampagne hatte das Ziel diese Lücke zu schließen und ein 3-dimensionales Modell des Untergrundes zu erstellen.In dem annähernd quadratischen Untersuchungsgebiet, das eine Fläche von ca. 25 $km²$ aufweist, wurden 20 Datenlogger zur Aufzeichnung der elektrischen Spannungen aufgebaut. Die Empfängerdipole waren zwischen 20 m und 30 m lang. Insgesamt wurden 36 Stromeinspeisungen mit Stromstärken zwischen 28 A und 40 A an 16 unterschiedlichen Positionen für jeweils 2 bis 3 verschiedene Dipolrichtungen vorgenommen. Die Einspeisedipole waren zwischen 100 m und 300 m lang. Insgesamt konnten 1.439 scheinbare spezifische Widerstände berechnet werden.Die Ergebnisse der Modellierungen und der Inversion der Daten zeigen, dass mit der Forschungsbohrung ein domartiger Körper angebohrt wurde. Anhand der Ergebnisse kann die räumliche Ausdehnung des Körpers eingegrenzt und ein vorher noch nicht kartierter Gang nachgewiesen werden. Messgebiet im Bereich der Kinzigtalsperre Das etwa Ost-West verlaufende Kinzigtal bildet die naturräumliche und geologische Grenze zwischen dem vulkanischen Vogelsberg im Norden und dem, in diesem Bereich aus Sedimentgesteinen aufgebauten, Spessart im Süden.Die zwischen Steinau a. d. Str. und Bad Soden-Salmünster befindliche Kinzigtalsperre dient dem Hochwasserschutz und der Regulierung des Pegels der Kinzig bei Dürreperioden. Der aufgestaute See ist relativ flach und weist im Normalstau maximale Tiefen von ca. 6~m auf. Der Stausee ist jedoch über weite Teile etwa 4~m tief. In dieser Kampagne betrug der Abstand zwischen den einzelnen Empfängerstationen etwa 100 m bis 300 m. Es wurde aufgrund der beengten Platzverhältnisse eine Dipollänge von ca. 48 m für die Einspeise- und die Empfängerdipole im Messgebiet gewählt. Insgesamt wurden 14 Empfängerstationen im Messgebiet aufgebaut, von denen sich Neun auf dem Seegrund befanden. Das Messraster orientierte sich am vermuteten Verlauf der Kinzigtalstörung. An 8 Positionen sind in 21 Richtungen elektrische Ströme mit Stärken zwischen 2,2 A und 40 A in den Untergrund eingespeist worden. Es konnten 536 scheinbare spezifische Widerstände berechnet werden. Ziel war es, den Verlauf der Störung näher zu bestimmen und die Tiefe der im Untergrund vorhandenen salinären Grundwässer zu bestimmen. Die Bestimmung des Verlaufs der Kinzigtalstörung sowie die Tiefenbestimmung der salinären Grundwässer war mit den erhobenen Daten jedoch nicht möglich.
• Geoelectric methods are often used to explore the shallow subsurface. Usually there are only line-like arrangements of the transmitter and the receiver electrodes used. These arrangements are only a few tens of meters long. In fact of this, these methods have low penetration. To obtain greater penetration and 3-dimensional information of the subsurface, the receiver and transmitter electrodes have been distributed in more or less regular intervals over the study area. At each receiver station, the voltages have been recorded continuously in up to three directions.For the transmitter signal, a square wave was used. These signal contrasts very well of the unwanted frequencies and the natural tension. The direction and length of the receiver dipoles was choosen in accordance with local conditions. To evaluate the data, a software package has been developed that allows a mostly automated data analysis. The determination of the apparent resistivities and their measurement errors was performed by Fourier transformed data time series. This minimized interferences and it was possible, to evaluate even highly noisified records. To interpret the collected data, inversions and forward calculations of the apparent resistivities were done. The described method was used in the present work in two different measurement areas. Survey area in the Vogelsberg In July 2007, work began to sink the research drilling Sichenhausen-Eschwald in the Vogelsberg. The aim was to collect structural information of the largest coherant volcanic complex of Central Europe. The rocks of the drilling yielded relatively early indications that a large magmatic body was found.Due to the limited spatial informations of the borehole and the lack of field data it was not possible to describe the mechanism of emplacement and the size of the plutonic body closer. To close this gap and create a 3-dimensional model of the subsurface, this study was done.In the study area, which has an area of approximately 25 $km²$, 20 data loggers were set up to record the electrical voltages. The receiver dipoles were between 20 m and 30 m long. A total of 36 power feed-ins were made with currents between 28 A and 40 A at 16 different positions for 2 to 3 different directions. The dipoles were between 100 m and 300 m long. 1,439 apparent specific resistivities could be calculated.The results of the modeling and inversion of the data show a dome-shaped body. Based on the results, the extent of the body and a not previously mapped dike could be detected. Survey area in the Kinzigtal dam The approximately east-west running Kinzigtal forms the natural geographical and geological boundary between the volcanic Vogelsberg in the north and the sedimentary rocks of the Spessart in the south.Between Steinau a.d. Str. and Bad Soden-Salmünster is a dam for flood protection and the level regulation of the Kinzig in droughts. The lake is shallow and has maximum depth of about 6~m. A huge part of the lake is about 4~m deep.In this campaign, the distance between the individual receiver stations was about 100~m to 300~m. This distance was chosen due to the limited space in the measurement area. A total of 14 receiver stations were provided in the survey area. Nine of the receiver stations were built up on the lake bottom. The measurement grid was oriented on a suspected fault. At 8 positions electrical currents between 2.2 A and 40 A have been feed-in in 21 directions. Overall 536 apparent specific resistivities could be calculated.The aim was to determine the run of the suspected fault and to determine brine in the deeper underground. However, with the collected data it was not possible to determine the exact position of the fault and grin in the subsurface of the lake.