Elektromagnetisches Induktionsverfahren (EMI)

Die Methoden der Elektromagnetik werden der konventionellen Geoelektrik zugeordnet und dienen der Untersuchung von Leitfähigkeitsstrukturen im Untergrund. In Abhängigkeit von der Quelle des anregenden Feldes spricht man von aktiven oder passiven Verfahren, wobei die passiven Verfahren (VLF, VLF-R) die von weit entfernten Radiosendern erzeug-ten Felder nutzen. Bei den aktiven Verfahren werden zur Anregung künstlicher elektro-magnetischer Felder transportable Sender verwendet, die für ingenieurgeologische und -geophysikalische Fragestellungen im Frequenzbereich zwischen ca. 100 Hz und 60 kHz arbeiten.

Durch ein künstlich erzeugtes elektromagnetisches Feld (Primärfeld) entsteht in leitfähigen Strukturen im Untergrund ein Wirbelstromsystem. Das hieran gekoppelte sekundäre magnetische Feld überlagert sich dem Primärfeld (siehe Abb.1). An der Empfangsspule wird eine magnetische Komponenten (Horizontal- oder Vertikalkomponente) des Gesamtfeldes gemessen. Nach Korrektur des gemessenen Gesamtfeldes um den Anteil des bekannten Primärfeldes lässt sich hieraus die elektrische Leitfähigkeit (in Siemens/Meter, S/m) des Untergrundmaterials bestimmen.

Abb.1:

Prinzip des elektromagnetischen Induktionsverfahrens (nach Millitzer & Weber, 1985: Angewandte Geophysik, Band 3, Springer-Verlag Wien)

Die erreichbaren Erkundungstiefen, Auflösungen und Empfindlichkeiten der elektromag-netischen Messsysteme hängen stark von der Leitfähigkeit des Untergrundmaterials, der abgestrahlten Frequenz, dem Abstand der Sende- und Empfangsspulen sowie der Aus-richtung der Spulen (horizontal oder vertikal) ab. Typische Werte für Erkundungstiefen liegen bei 0,6 m bis ca. 100 m. Die Ergebnisse meist flächenhafter Kartierungen werden in Form von Isolinienplänen, die die Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit zeigen, dar-gestellt (als Beispiel siehe Abb. 2).

Abb.2:

Isolinienplan der elektrischen Leitfähigkeit.

Der deutliche Unterschied in der elektrischen Leitfähigkeit zwischen linker und rechter Bildhälfte wird durch zwei verschiedene geologische Formationen hervorgerufen.

Neben der Kartierung geologischer Formationen, Störungen und Klüfte finden spezielle elektromagnetische Verfahren Anwendung in der Leitungsdetektion sowie in der Ortung metallischer Objekte.

Hochauflösender Metalldetektor(Time-Domain EM)

Bei der Anwendung des TDEM-Verfahrens zur Ortung metallischer Objekte wird über eine Spule ein primäres EM-Feld erzeugt, das in leitfähigen Strukturen im Untergrund Wirbelströme erzeugt, die wiederum ein Sekundärfeld induzieren. Nach Abschalten des Primärfeldes wird mittels einer Empfangsspule das Abklingverhalten des Sekundärfeldes erfasst. Durch die Wahl entsprechender Registrierzeitfenster im Verlauf der Abklingkurve ist es möglich, lediglich die “langlebigen” Felder, die an metallische Objekte gekoppelt sind, zu erfassen. Somit werden Stör-einflüsse, die auf leitfähige geologische Strukturen zurückzuführen sind, unterdrückt. In Abb.3 ist als Beispiel das Ergebnis einer Objektortung mittels TDEM dargestellt.

Abb.3:

Isolinienplan und 3D-Darstellung einer TDEM-Kartierung zur Detektion me-tallischer Objekte.