Projekt 04194/01

Weiterentwicklung einer Apparatur und eines Auswerteverfahrens für hochauflösende Messungen der induzierten Polarisation – Hinführung zur Marktreife

Projektdurchführung

Technische Universität BerlinInstitut für Angewandte Geophysik, Petrologieund Lagerstättenforschung
Ackerstr. 71 - 76
13355 Berlin

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Eine zentrale Bedeutung für die Grundwassersicherung im Deponieumfeld kommt den künstlichen bzw. natürlichen Dichtungen im Deponieuntergrund zu. Diese meist tonigen Schichten bilden Schadstoffbarrieren, die eine Verunreinigung des Grundwassers durch kontaminierte Sickerwässer aus der Deponie verhindern sollen. Um die tonigen Schichten gegenüber anderen guten elektrischen Leitern im Untergrund abzugrenzen, genügt die häufig eingesetzte Gleichstromgeoelektrik nicht. Das Verfahren der Spektralen Induzierten Polarisation (SIP) berücksichtigt zusätzlich die Frequenzabhängigkeit der Gesteinswiderstände und erlaubt so eine weitergehende Diskriminierung der Gesteine. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer serienreifen SIP-Meßapparatur und adäquater Software zur Auswertung, um so den routinemäßigen Einsatz des Verfahrens durch Ingenieurbüros und Landesämter zu ermöglichen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklung der SIP-Meßapparatur stellt den technischen Schwerpunkt dar. Durch eine hochmodulare Gerätekonzeption werden verschiedene Ausbaustufen ermöglicht, die eine große Flexibilität bezüglich des Einsatzfeldes und der Anschaffungskosten zulassen. Technische Neuerungen, wie sinusförmige Sendesignale, breites Frequenzband, Datenübertragung über Glasfaser und Oversampling gewährleisten den besonderen Anspruch an die Meßgenauigkeit der Apparatur für den Einsatz in Lockersedimenten. Der zweite Arbeitsschwerpunkt ist die Entwicklung von Computerprogrammen zur Auswertung der SIP-Meßdaten. Um auch hier flexibel auf die Anforderungen des Einsatzgebietes reagieren zu können, werden zwei Programme auf der Basis unterschiedlicher Modellvorstellungen entwickelt. Die Softwarelösung für 1D-Modellstrukturen wird neben der Modellrechnung eine halbautomatische Meß-dateninversion beinhalten. Für die Berücksichtigung komplexer 2D-Modelle wird eine Modellrechnung nach der Methode der Finiten Differenzen erstellt. Dieses numerische Lösungsverfahren ermöglicht eine sehr variable und detaillierte Ausgestaltung der 2D-Modelle. Beide Programme vereinigen bekannte und ausgetestete numerische Verfahren mit neuentwickelten Speziallösungen und sind in dieser oder ähnlicher Form kommerziell nicht verfügbar.


Ergebnisse und Diskussion

Es ist gelungen, ein für den routinemäßigen Einsatz durch Dritte geeignetes, kostengünstigen SIP-Feldmeßsystem zu entwickeln. Die angestrebten Auswertungsprogramme, eine Inversionsrechnung (1D) sowie eine Modellrechnung (2D), stehen zur Verfügung und können auf üblichen PCs eingesetzt werden. Die Felderprobung des Meßsystems zeigte, daß die zur Erkundung von Lockersedimenten notwendige hohe Meßgenauigkeit erreicht wurde.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Niederleithinger E. (1995): Anmerkungen zur 2D-Geoelektrik und Tomographie aus der Sicht eines Ingenieurbüros. Vortrag, 4. Arbeitsseminar: Hochauflösende Geoelektrik, Bucha / Sachsen, 7. - 10.11.1995.
Niederleithinger E., Radic T., Kretzschmar D.,& Lienau R. (1997): Development of a New Measuring Device and Interpretation Methods for Spectral Induced Polarization (SIP). In: Proceedings, 3rd Meeting on environmental & and Engineering geophysics, 8-11. Sep. 1997, p.335-338, Aarhus - Denmark.
Niederleithinger E., Radic T. Kretzschmar D., Lienau R. (1997): Development of a new measuring device and interpretation methods for spectral induced polarization (SIP). Posterbeitrag, 3rd Meeting on environmental & and Engineering geophysics, 8-11. Sep. 1997, p.335-338, Aarhus, Denmark.
Kretzschmar D. (1996): Entwicklung von 1D- und 2D-Auswertesoftware zur Interpretation hochauflösender Messungen der spektralen induzierten Polarisation (SIP). Ein neuartiges Meßgerät für den Einsatz in Lockersedimenten. Vortrag, 56. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, Freiberg / Sachsen, 18.-23.3.1996.
Kretzschmar D., Lienau R., Niederleithinger E. und Radic T. (1996): Entwicklung einer feldtauglichen Apparatur und eines Auswerteverfahrens für hochgenaue Messungen der Spektralen Induzierten Polarisation (SIP). In: Bahr K. und Junge A. (Hrsg.): Protokoll über das 16. Kolloquium Elektromagnetische Tiefenforschung, Burg Ludwigstein bei Göttingen, 8.-12.4.1996, S. 357-363, GFZ Potsdam.
Kretzschmar D., Niederleithinger E., Radic T. (1997): Eine 1D-Inversionssoftware zur Interpretation von Messungen der Spektralen Induzierten Polarisation (SIP) in einem besonderes weiten Frequenzbereich. Vortrag, 57. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, Potsdam, 3.-7.3.1997.
Radic T., Kretzschmar D., Lienau R. und Niederleithinger E. (1996): Entwicklung eines serienreifen Meßgerätes und von Auswerteverfahren für hochauflösende Messungen der Spektralen Induzierten Polarisation (SIP). Posterbeitrag, 56. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, Freiberg / Sachsen, 18.-23.3.1996.
Radic T. (1996), Meßgerätevorführung und Versand von Informationsmaterial. 56. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, Freiberg / Sachsen, 18.-23.3.1996.
Radic T., Kretzschmar D., Lienau R. und Niederleithinger E. (1996), Entwicklung eines serienreifen Meßgerätes und von Auswerteverfahren für hochauflösende Messungen der Spektralen Induzierten Polarisation (SIP). Posterbeitrag, 16. Kolloquium: Elektromagnetische Tiefenforschung, Burg Ludwigstein bei Göttingen, 8.-12.4.1996.
Radic T. (1996): Meßgerätevorführung 4. DGG-Seminar Umweltgeophysik in Neustadt/Weinstraße, 11.-13.12.1996.
Radic T. (1997): Instrumentelle Aspekte von wechselstromgeoelektrischen Messungen. Eingeladener Vortrag zum Oberseminar am Institut für Geophysik der Universität Leipzig, 16.1.1997.
Radic T., Niederleithinger E., Kretzschmar D., Lienau R. (1997): Messestand auf der Geotechnica`97. Köln, 13.-16.5.1997.


Fazit

Ein breiter Anwenderkreis sollte seine vielfältigen Fragestellungen, die im oberflächennahen Untergrund meist einen engen Umweltbezug haben, nunmehr besser als mit eingeführten Verfahren bearbeiten können.