In der Gleichstrom-Geoelektrik wird über in den Untergrund eingebrachte Stromelektroden ein elektrisches Feld erzeugt. Über Potentialelektroden werden an verschiedenen Positionen die resultierenden Potentialdifferenzen erfasst. Die Messwerte ergeben sich aus der Geometrie der jeweiligen Messanordnung und der elektrischen Feld- und damit Widerstandsverteilung im Untergrund.

Zwei physikalische Prozesse bzw. Materialeigenschaften im Boden beeinflussen die geoelektrische Messung: die Elektronenleitfähigkeit der Gesteine und die elektrolytische Leitfähigkeit des Untergrundes, die wiederum abhängt vom im Untergrund vorhandenen Wasser und den darin gelösten Ionen. Im Messergebnis überlagern sich beide Effekte und müssen bei der Interpretation berücksichtigt werden.

Mit moderner Messtechnik, sogenannten Multielektrodenapparaturen, lassen sich große Untergrundbereiche linien- oder flächenhaft abtasten. Dabei können verschiedene Messkonfigurationen mit jeweils unterschiedlichen Vor- und Nachteilen eingesetzt werden. Die Wahl der geeigneten Messkonfiguration(en) kann daher für das Ergebnis einer Messkampagne von entscheidender Bedeutung sein.

Gängige Elektrodenanordnungen sind u. a.: Schlumberger, Hummel, Wenner, Pol-Pol, Dipol-Dipol und Pol-Dipol. Eine Besonderheit stellen sogenannte Mise-à-la-Masse-Messungen dar. Hier wird ein leitfähiger Bereich des Untergrundes aufgeladen, d. h. als erweiterte „Stromelektrode“ verwendet. Anwendung findet diese Messanordnung z. B. bei der Erkundung von Grundwasserfließwegen.

Die Auswertung der Messdaten erfolgt in der Regel in zwei Schritten: Zunächst wird mittels mathematischer Methoden (1D-, 2D- oder 3D- Inversionsverfahren) ein mögliches Modell der räumlichen Widerstandsverteilung des Untergrundes berechnet. In einem zweiten Schritt wird die räumliche Widerstandsverteilung des Untergrundes geologisch interpretiert. Hierbei spielen neben der Datenqualität und dem Informationsgehalt des Widerstandsmodells auch die geowissenschaftliche Fachkenntnis und Erfahrung der Interpretierenden eine entscheidende Rolle. 

Geoelektrische Tomographie nennt man Messverfahren, die die räumliche Widerstandsverteilung des Untergrundes tomographisch abbilden.

Für spezielle Fragestellungen können Eigenpotentialmessungen und Messungen der Induzierten Polarisation (Gleichstrom im Zeitbereich, Wechselstrom im Frequenzbereich) durchgeführt werden.

Einsatzgebiete:

• Geologische Schichtgrenzen
• Grundwasserspiegel, Wasserwegigkeiten
• Störungszonen
• Hohlräume
• Dolinen, Klüfte, Findlinge
• Vergrabene Objekte, wie Tanks, Fundamente etc.
• Altlasten, Deponiekörper
• Pipelines

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 erzeugten Felder nutzen. Bei den aktiven Verfahren werden zur Anregung künstlicher elektromagnetischer Felder transportable Sender verwendet, die für ingenieurgeologische und geophysikalische Fragestellungen im Frequenzbereich zwischen ca. 100 Hz und 60 kHz arbeiten.

Die erreichbaren Erkundungstiefen, Auflösungen und Empfindlichkeiten der elektromagnetischen Messsysteme hängen stark von der Leitfähigkeit des Untergrundmaterials, der abgestrahlten Frequenz, dem Abstand der Sende- und Empfangsspulen sowie der Ausrichtung 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, dargestellt.

Neben der Kartierung geologischer Formationen, Störungen und Klüfte finden spezielle elektromagnetische Verfahren Anwendung in der Leitungsdetektion sowie in der Ortung metallischer Objekte (Time Domain Electromagnetics, Abk.: TDEM).

Einsatzgebiete:

• Geologische Schichtgrenzen
• Grundwasserspiegel, Wasserwegigkeiten
• Störungszonen
• Hohlräume
• Dolinen, Klüfte, Findlinge
• Vergrabene Objekte, wie Tanks, Fundamente etc.
• Altlasten, Deponiekörper
• Pipelines

Mittels der Magnetik werden Anomalien des Erdmagnetfeldes, die auf Magnetisierungskontraste der Gesteine oder auf magnetisierte Einlagerungen im Untergrund zurückzuführen sind, erfasst.

Die Magnetisierung von Gesteinen und ferro- oder ferrimagnetischer Objekte setzt sich aus einem induzierten und einem remanenten Anteil zusammen. Hierbei ist der induzierte Anteil vom herrschenden äußeren Erdmagnetfeld (Stärke und Richtung) abhängig. Die remanente Magnetisierung ist dauerhaft und vom augenblicklichen Feld unabhängig. Die Überlagerung beider Effekte ergibt die messbare Magnetisierung eines Gesteins oder Objekts.

Die an der Erdoberfläche durch magnetische Körper hervorgerufenen messbaren Effekte sind außer von der Magnetisierung, Form und Größe der Körper insbesondere auch von deren Tiefenlage abhängig.

Einsatzgebiete:

• Objektortung
• Archäologie
• Ortung von Altablagerungen
• Abgrenzung lithologischer Einheiten und Erkundung von Störungszonen in Gebieten mit unterschiedlich magnetisierten Gesteinen

Das Georadar oder Elektromagnetisches Reflexionsverfahren (EMR) ist dem eines Echolots in vielen Punkten ähnlich: Laufzeit und Amplitude reflektierter oder gestreuter Wellen werden registriert und auf einem Bildschirm oder Ausdruck auf Papier als sogenanntes Radargramm dargestellt.

Eine EMR-Apparatur besteht aus einer zentralen Sende- und Empfangseinheit und den Antennen. Während des Messvorgangs werden über die Antennen, die entlang der zu untersuchenden Profile bewegt werden, elektromagnetische Wellen in Form hochfrequenter Impulse in das zu untersuchende Material abgestrahlt. In Abhängigkeit von den Dielektrizitätskonstanten des Untersuchungsmaterials und den darin befindlichen Objekten oder Strukturen wird das Wellenfeld reflektiert oder gestreut.

Die somit zur Empfangsantenne zurücklaufenden Wellen werden vorverstärkt, frequenztransformiert und dann zur Empfangseinheit weitergeleitet. Hier erfolgen eine Filterung sowie eine weitere Verstärkung der empfangenen Wellenfelder. Registriert und gespeichert werden die Amplituden und die Laufzeiten der Signale innerhalb von Zeitfenstern, deren Längen in Abhängigkeit von der Aufgabenstellung zu wählen sind.

Die von Objekten oder Strukturen reflektierten Wellenfelder werden, wenn sie in den Radargrammen aufgezeichnet sind, Anomalien genannt. Die Aufzeichnung von Anomalien setzt voraus, dass der elektromagnetische Impedanzkontrast gesuchter Strukturen oder Objekte groß genug für eine Detektion ist.

Einsatzgebiete:

• Objektortung
• Hohlraumortung
• Erkundung von Störungszonen, Schichtgrenzen, Anomalien etc.
• Erfassung der Grundwasseroberfläche
• Deponieerkundung

Bei den seismischen Verfahren werden als Informationsträger künstlich angeregte elastische Wellen und Wellenfelder verwendet, die zu Bildern des Untergrundes aufbereitet werden. Durch Reflexion, Brechung, Beugung, Absorption und Streuung wird die Ausbreitung der Wellen im Untergrund beeinflusst. Der für die Wellenausbreitung entscheidende Parameter ist die materialabhängige Wellengeschwindigkeit, die durch die Dichte, die elastischen Module, die Porosität u.ä. bestimmt wird. Aus der Sender-Empfänger-Geometrie sowie der gemessenen Laufzeit der seismischen Wellen lassen sich die Wellenausbreitungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Schichten ermitteln.

Mit einer seismischen Quelle (Hammer, Fallgewicht oder Sprengstoff) werden im Untergrund Wellen erzeugt, die sich als sogenannte Raumwellen oder Oberflächenwellen ausbreiten. Raumwellen können sowohl durch Reflexionen als auch durch Refraktionen wieder zur Oberfläche gelangen und dort beobachtet werden. Es wird entsprechend zwischen Reflexionsseismik und Refraktionsseismik unterschieden.

Oberflächenwellen breiten sich entlang der Oberfläche aus, wobei die Schwingungsrichtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene erfolgen kann. Die Eindringtiefe ist frequenzabhängig. Für die Erkundung des Untergrundes mit Oberflächenwellen setzen wir das MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) Verfahren ein.

Einsatzgebiete:

• Baugrunduntersuchungen und Erkundung von Bodenstrukturen
• Kartierung von Auflockerungszonen (Tunnelbau, Deponiestandorte)
• Kartierung der Durchlässigkeit von Schottern
• Kartierung von Lockergesteinspaketen
• Lokalisierung von Bruchzonen (=> Wasserwegigkeit, Problembereiche im Untertagebau)
• Kartierung von geologischen und anthropogenen Schichtgrenzen (z.B. Felsoberfläche)

Sub-Bottom Profiling ist ein Verfahren zur Erkundung von Strukturen im Untergrund unter Wasser, d. h. im Untergrund von Flüssen, Seen und Meeren. Die Erkundungsmethode entspricht im Prinzip der eines Echolots. Ein Schallsignal wird in den Untergrund abgestrahlt und dort reflektiert und refraktiert. Mittels eines oder mehrerer an einem Schiff befestigten Empfänger werden die zurückgeworfenen Signale aufgenommen.

Die Eindringtiefe des eingesetzten Signals ist dabei frequenzabhängig. Hohe Frequenzen dringen weniger tief in den Untergrund ein, liefern aber eine höhere Auflösung der Strukturen. Bei tiefen Frequenzen verhält es sich umgekehrt. Je nach zu untersuchenden Strukturen und Höhe der Wasserüberdeckung wird mit unterschiedlichen Frequenzen gearbeitet. 

Die Datenanalyse erfolgt computergestützt und liefert hochauflösende Bilder des zu untersuchenden Untergrundes.

Einsatzgebiete:

• Erkundung des geologischen Untergrundes unter dem Meeresboden
• Offshore Lagerstättenerkundung (Öl, Gas, …)
• Offshore Leitungsortung
• Unterwassererkundung von Brückenfundamenten
• Untersuchung des Untergrundes von Hafenbecken, Flüssen etc.