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Verfahren zur elektrischen Bodenerforschung durch Vergleich der gemessenen
Äquipotentiallinien mit den theoretischen oder für homogenen Untergrund ermittelten
Die hei der Ausführung geoelektrischer Verfahren als Linien gleichen Potentials
erhaltenen Schnittlinien der Flächen gleichen Potentials mit der Erdoberfläche werden
bekanntlich .im Einfluß.bereiche von Einlagerungen abweichender Leitfähigkeit gegenüber
ihrer Umgebung deformiert; man kann daher, wie üblich, aus den Deformationen dieser
Verbindungslinien der Punkte gleichen Potentials (Äquipotentiallinien) an der Erdoberfläche
Schlüsse auf die Verteilung der Leitfähigkeitsverhältnisse Jm Erdboden ziehen. Das
allgemein übliche Verfahren zum Aufsuchen von Äquipotentiallinien besteht darin,
@daß dem Boden durch zwei (ortsfeste) Elektroden Spannung zugeführt und diejenige
Stellung zweier beweglicher, in den Boden eingesteckter Sonden ermittelt wird, bei
der ein zwischen ihnen eingeschalteter Spannungsanzeiger (Galvanometer, Telephon
us.w.) stromlos ist.
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Infolge der Willkür (der rein subjektiven Beurteilung dieserDeformationen
hat man eine objektive Auswertung der Deformationserscheinungen und -ursachen angestrebt
unter Verwendung genauer Potential- oder Potentialv:eränderungsabmessungen mittels
einer in den Stromkreis der beiden Suchsonden eingeschalteten hochempfindlichen
Meßanordnung. Derartige Meß:geräte sind jedoch gegen Erschütterungen und Beschädigungen
während ,des dauernden Transportes von einer zur anderen Meßstelle sehr empfindlich;
es wurde deshalb auch versucht, .derartige Meßgeräte stationär .anzuordnen und die
Sendeanlage auf einer zur Verbindungsknie der mit der Meßanordnung 4n bestimmter
Lage ermittelten Strecke zu bewegen.
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In allen vorgeschriebenen Fällen ist teils eine umfangreiche Rechenarbeit
zur Auswertung der Messungsergebnisse nötig, teils aber verbieten sich einzelne
Anordnungen .in der Praxis, weil die Ausführung von Verfahren, zu @denen lange M
@eßleitungen erforderlich sind, Iden Arbeitsfortschritt mindern. Außerdem kann man
in den meisten Fällen durch :die kartographische Darstellung der Potentialänderung,
:die mühsam bestimmt und errechnet werden muß, keine präziseren Schlüsse ziehen
als mit Hilfe eines angenäherten Verfahrens der Darstellung von Potentialflächen.deformationen.
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Die Erfindung :betrifft nun eine Vereinfachung der bisher üblichen
Verfahren zur elektrischen Bodenerforschung durch Vergleich der gemessenen Äqu.ipotentiallinien
mit ;den theoretischen oder für homogenen Untergrund ermittelten; die Erfindung
besteht darin, daß die gegenseitige Lage aller Punkte auf den gemessenen Äquipotentiallinien,
:die je unter sich in senkrechter Richtung oder in der Streichrichtung ,gemessen,
den gleichen Abstand von den zugehörigen theoretischen oder für homogenen Untergrund
ermittelten
Äquipotentiallinien haben, ermittelt wird.
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Im folgenden wird die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
beispielsweise näher erläutert. Nach Kartierung ,des tatsächlich ermittelten Verlaufs
der Linien gleichen Potentials wird jede zu einer gemessenen Äquipotentiallinie
gehörende ideale Kurve ermittelt; als ideale Kurve ist der durch eine Reihe von
Versuchen im Mittel bestimmte Verlauf einer Linie gleichen Potentials bei gleicher
räumlicher Anordnung der Sendeelektrode oder aber der aus der räumlichen Anordnung
der Sendeelektrode berechnete Verlauf der Linie gleichen Potentials, in beiden Fällen
auf völlig homogenen Boden bezogen, angenommen. Von dieser idealen Linie weicht
nun über Schichten mit abweichender Leitfähigkeit bzw. über elektrisch inhomogen.en
Massen mit veränderter Leitfähigkeit, also über dem Störungskörper idie Äquipotentiallinie
von .dein Verlauf, den sie im ungestörten Gebiet nehmen würde ab und verläuft erst
jenseits des Störungskörpers allmählich wieder in die ideale Linie. Stellt man nun
an verschiedenen Punktender ;gemessenen Linien die horizontale Abweichung gegen
den idealen Linienverlauf rechnerisch oder graphisch fest, so müssen die Punkte
:gleicher Abstände sich zu einer geschlossenen Kurve vereinigen lassen, .die von
,der Form des Störungskörpers abhängig ist. Dieser Abstand eines auf der gemessenen
Äquipotentiallinie liegenden Punktes von der zugehörigen für homogenen Boden bestimmten
Äquipotentiallinie kann entweder dadurch bestimmt werden, daß man von- dein auf
der ,gestörten Potentiallinie liegenden Punkt das Lot auf die ungestört angenommene
Potentiall:i.nie fällt und diese Entfernung als maßgebend für die Auswertung annimmt,
o:ler man kann, insbesondere wenn es sich um eine langgestreckte Form des Störungskörpers
handelt, die Entfernung des Punktes von der idealen Potentiallinie :in der Richtung
des Streichens der langgestreckten Störungsursache festzustellen. Gegebenenfalls
ist es auch zulässig, in irgendeiner anderen Richtung die relativen Entfernungen
zu bestimmen.
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In der Mitte der gestörten Zone kann sich .die Kurve selbst kreuzen,
wenn zufällig eine gemessene Äquipotentiallinie in die stets über der Störung liegende
neutrale Zone der geringsten Deformation zwischen die beiden Zonen der größten,
.in .ihrer Richtung entgegengesetzten Deformation durch ein und dieselbe Störungsursache
fällt. Diese Zone kann jedoch unberücksichtigt bleiben, weil es sich zumeist um
,die Abgrenzung des Umfanges einer Lagerstätte b-zw. um ,die Lokalisierung einer
Störungsursache handelt.
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Es ist ferner nicht nötig, in relativen Einheiten die Werte gleicher
Abweichung auszudrücken, vielmehr können (diese relativen Werte durch eine oder
mehrere Messungen im Felde als Bruchteil des gesamten im Boden fließenden Stromes
bzw. Potential angesehen und bestimmt werden, so daß es durch derartige Vergleichsmessungen
ermöglicht ist, absolute Werte für @die einzelnen Kurven zu erhalten.
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In der Zeichnung ist ein Auswertungsbeispiel nach dem vorbeschriebenen
Verfahren dargestellt. Die in völlig homogenem Gelände parallel verlaufend angenommenen
Äquipotentiallinien i und 2 werden durch Wirkung einer Einlagerung 3 von höherer
elektrischer Leitfähigkeit unter im übrigen gleichen Verhältnissen ausgebogen und
zu den mit i9 und i8 bezeichneten Linien deformiert; benachbarte Äquipotentiallinie,
deren idealer Verlauf ebenfalls parallel zu i und 2 angenommen ist, werden zu den
Kurven 15, 16, 17, 20, 21 und 22 deformiert.
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Im Punkte 8 sei der Abstand der gemessenen Äquipotentiallinie i9 von
der zugehörigen idealen Äquipotentiallinie gleich der der Strecke 8-9; dieser Abstand
sei als Einheit bezeichnet; im Punkte io sei die Äquipotentiallinie i9 von ihrem
idealen Verlauf i um die Strecke io-ii entfernt, welche das Doppelte von 8-9 betrage.
Ferner sei die Äquipotentiallinie in den Punkten 4 und 6 um die Strecke 4-5 und
6-7 von ihrem idealen Verlauf entfernt, sämtliche Entfernungen als Lot auf die idealen
Äquipotentiallinien gemessen; ähnlich lassen sich in sämtlichen deformierten Linien
eine Anzahl Punkte bestimmen, die um einen ia-fachen Wert der angenommenen Einheit
(hier die Strecke 8-9) von ihrer idealen Linie entfernt sind. Verbindet man nun
die Punkte gleicher Abstände untereinander, so kommen, gegebenenfalls unter Vernachlässigung
der in der Mitte erhaltenen Werte, geschlossene Kurven zustande, wie sie in der
Zeichnung mit 12, 13 und 14, entsprechend einem Abstand der dreifachen, doppelten
und einfachen Einheit, dargestellt sind.
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In dem in der Zeichnung gegebenen Beispiel fällt die Kreuzung der
Kurven in der Mitte weg, weil keine Äquipotentiallinie durch die indifferente Zone
der Störung gezeichnet ist.
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Die Kurven verlaufen längs der Grenzen des die Deformation der Äquipotentiallinien
verursachenden Störungskörpers, weil ja die Werte gleicher Abweichung nur parallel
zum Verlaufe der Begrenzung der Störung angeordnet sein können. Auf diese Weise
ist es
möglich, mit Hilfe eines sehr einfachen Verfahrens die bisher
rein subjektiv bewerteten oder durch langwierige Messungen und Berechnungen ermittelten
Deformationsursachen in klarer Weise durch ihre Projektion auf die Erdoberfläche
zur Darstellung zu bringen.
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In der vorstehenden Beschreibung ist die Deformation der Äquipotentiallinien
stets nur als Beispiel zur Auswertung einer in einem inhomogenen Gebiet deformierten
Linie angegeben. Es ist natürlich auch ohne weiteres möglich, das Verfahren auf
sämtliche anderen mit elektrischen Methoden der angewandten Geophysik gewonnenen
Linien und Kurven auszudehnen; als solche kommen beispielsweise die zu den Äquipotentiallinien
senkrecht verlaufenden Richtungen der oberflächlichen Stromfäden (Stromlinien),
ferner die elektromagnetischen Kraftlinien usw. in Betracht; diese können direkt
ihrem Verlauf nach bestimmt oder beispielsweise aus Richtungsmessungen mit einer
oder mehreren Induktionsspulen konstruiert sein; ferner ist es gleichgültig, ob
die Messungsergebnisse zur Bestimmung des Verlaufs derartiger Kurven mit Hilfe eines
Galvanometers oder einer sonstigen direkten oder indirekten Anzeigevorrichtung (Telephon
mit oder ohne Verstärkungseinrichtung usw.) gewonnen sind. In jedem Falle läßt sich
zu einer deformierten Kurve ihr auf homogenen Boden bezogener Verlauf rechnerisch,
graphisch oder durch Messungen bestimmen, und aus der gegenseitigen Lage aller Punkte
der deformierten Kurven, die je unter sich gleichen Abstand von den Kurven des normalen
Verlaufs aufweisen, läßt sich der Störungskörper bestimmen.
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Wenn die Messungen nicht durch Sonden an der Erdoberfläche selbst
ausgeführt sind, so kann die Projektion der Störungsursache auf diejenige Fläche
erfolgen, auf welche die Linien gleichen Potentials oder andere Kurven (Stromlinien,
elektromagnetische Kraft-Linien usw.) bezogen sind; dies kann auch dann erfolgen,
wenn z. B. oberhalb der Erdoberfläche ausgeführte Messungen mit Induktionsrahmen
auf diejenige Fläche bezogen werden, in der die Messungen ausgeführt oder ausgewertet
worden sind.