Geoelektromagnetik

Transiente elektromagnetik TEM

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In der Geophysik beruhen alle elektromagnetischen Verfahren auf der Induktion von Spannungen in einem elektrisch leitfähigen Untergrund durch zeitliche Änderungen aufgeprägter Magnetfelder.

Da der Induktionseffekt von der elektrischen Leitfähigkeit des untersuchten Untergrundes abhängt, kann durch die Messung der an induzierte Stromsysteme gekoppelten sekundären Magnetfelder Rückschlüsse auf die Leitfähigkeitsverteilung des Untergrundes gezogenen werden.

Je nach Art der verwendeten Quellen spricht man von "aktiven" und "passiven" Verfahren.

Bei den passiven Verfahren (z. B. Magnetotellurik) dienen die natürlichen erdmagnetischen Variationen als Quelle.

Ferner können Frequenzbereichsmessungen und Zeitbereichsmessungen unterschieden werden.

Bei den Verfahren im Frequenzbereich werden bestimmte Signale als Quellsignal verwendet - im Allgemeinen sog. "harmonische Signale", die durch sehr schmalbandige Empfänger (Spulen) und mit einem sehr hohen Signal-zu-Rauschverhältnis aufgezeichnet werden. Ein Sinussignal stellt dabei vergleichsweise geringe Anforderungen an die slew rate des Empfängers. Nachteilig ist, dass für eine Sondierung im offenen Feld viele Frequenzen gemessen werden müssen. Zudem muss das schwache sekundäre Feld in Gegenwart des wesentlich größeren primären Feldes gemessen werden. Das gemessene elektromagnetische Gesamtfeld in einen primären und einen sekundären Teil zu trennen ist aufgrund des Größenunterschiedes zwischen Quell- und Messsignal oft nur schwer möglich, weil dafür eine sehr genaue Messapparatur und -anordnung erforderlich ist.

Die Transiente Elektromagnetik (TEM) ist ein aktives Messverfahren im Zeitbereich.

Wird ein starker Gleichstrom I zur Zeit t=0 abgeschaltet, wird im leitfähigen Untergrund ein Stromsystem induziert, welches so orientiert ist, dass es nach der Lenzschen Regel der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt. Da die Ursache ein rasch abklingendes Magnetfeld eines Ausschaltvorganges ist, kann daher das induzierte Stromsystem nur die gleiche Orientierung besitzen. Dieses Stromsystem diffundiert mit charakteristischer Geschwindigkeit in den Untergrund. Mit geeigneten Sensoren können die an genannte Stromsysteme gebundenen sekundären Magnetfelder gemessen werden.

Das sekundäre Magnetfeld wird bei Abwesenheit des primären Feldes gemessen. Dies ist ein Vorteil gegenüber den aktiven Verfahren im Frequenzbereich.

Ein weiterer Vorteil der Transientelektromagnetik ist, dass das Sendesignal Felder mit einem breiten Frequenzband freisetzt und damit ein großer Tiefenbereich mit einer einzigen Messung erfasst wird. Aus der Untersuchung des zeitlichen und räumlichen Verhaltens der sekundären Magnetfelder lassen sich Informationen über die Leitfähigkeitsverteilung des zu untersuchenden Untergrundes gewinnen.

Das sekundäre transiente Signal besitzt einen sehr großen Dynamikumfang, hohe slew rate und große Bandbreite und stellt damit sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit des Sensors und an das Messsystem insgesamt.