Salzwasser-Monitoring mit Langelektroden-Geoelektrik - SaMoLEG

Durch einen anthropogenen oder natürlich induzierten Aufstieg salzhaltigen Grundwassers, kann es zur Kontamination Süßwasser führender Horizonte kommen, die als Trinkwasserreservoire genutzt werden. Aufgrund des Unterschiedes der elektrischen Leitfähigkeit von Süß- und Salzwasser durch einen erhöhten Anteil an gelösten Ionen ist es möglich, etwaige Veränderungen des Trinkwassers frühzeitig mit elektrischen oder elektromagnetischen Verfahren zu erkennen und zu überwachen.

Das Projekt SaMoLEG befasste sich mit dem Monitoring der elektrischen Leitfähigkeit des Untergrundes und zielte unter der genannten Problematik auf das Erkennen und der Veränderung einer Süß-/ Salzwassergrenze im Untergrund ab. Um ein kostengünstiges Monitoring Verfahren zu entwickeln, wurde hier die Möglichkeit der Benutzung von Stahl verrohrten Bohrlöchern als Elektroden für die geoelektrischen Messungen untersucht.

Im ersten Schritt wurde dabei die Problematik unter Verwendung der Inversions- und Modellierungssoftware BERT (Boundless Electrical Resistivity Tomography) modelliert. Der Vergleich unterschiedlicher Modelle zur Diskretisierung von Bohrlöchern zeigte, dass das Shunt Electrode Model (SEM) die besten Ergebnisse im Punkt Genauigkeit vs. Rechenaufwand lieferte (Ronczka et al., 2015). Eine Potential und Stromdichteverteilung für Langelektroden ist exemplarisch in Abb. 1 dargestellt. Homogene Sensitivitätsverteilungen im Tiefenbereich der Langelektroden deuteten auf ein reduziertes Auflösungsvermögen hin, was aber in gewissem Maße durch die Kombination von unterschiedlich langen Bohrlöchern und Oberflächenelektroden zurückgewonnen werden kann (siehe Abb. 2).

Phase 2 befasste sich mit der praktischen Anwendung auf verschiedenen Testfeldern um die Machbarkeit auf verschiedenen Skalen zu zeigen. Es wurde ein Optimierungsalgorithmus verwendet um Elektrodenkombinationen mit einem möglichst hohen Informationsgehalt zu erhalten. Ein Monitoring wurde auf einem Testfeld mittlerer Skala (500x300 m) mit Unterstützung des Projektpartner BLM-Storkow durchgeführt. Die Ergebnisse der Inversion, durchgeführt mit der Software BERT (Boundless Electrical Resistivity Tomography) (Günther et al., 2006), konnten eine Versalzung auflösen und ein Aussüßen des Grundwasserleiters nachweisen (Abb. 3). Auf einem weiteren Testfeld konnte gezeigt werden, dass das Verfahren auch auf einer Skala von ca. 4x4 km anwendbar ist. Die Finanzierung des gesamten Projektes wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) übernommen.

Publikationen aus dem Projekt

  • Cost-efficient imaging and monitoring of saltwater in a shallow aquifer by using long electrode ERT. - Journal of Applied Geophysics, 122, 202-209.
    2015, RONCZKA, M., VOSS, T. & GÜNTHER, T.
  • Numerical study of long electrode electric resistivity tomography - Accuracy, sensitivity, and resolution. - Geophysics 80(6), E317-E328.
    2015, RONCZKA, M., RÜCKER, C. & GÜNTHER, T.
  • Saltwater Monitoring Using Long-Electrode ERT. - In Liebscher, A. & Münch, U. (Eds.): Geological Storage of CO2 – Long Term Security Aspects, Advanced Technologies in Earth Sciences, Geotechnologien Science Report 22, Springer International Publishing, 167-182.
    2015, GÜNTHER, T., RONCZKA, M. & VOSS, T.
  • Ronczka, M. (2016): Saltwater detection and monitoring using metal cased boreholes as long electrodes. - Dissertation, TU Berlin, doi:10.14279/depositonce-5131.
  • Günther, T., Voß, T., Ronczka, M. & Baumann, K. (2015): Kostenoptimierte räumliche Überwachung der Süß-/Salzwassergrenze während und nach CO2-Speicherung durch geoelektrische Messverfahren unter Nutzung vorhandener Stahl-Grundwassermessstellen als lange Elektroden (LE) (Salzwasser-Monitoring mit Lang-Elektroden-Geoelektrik), Abschlussbericht, BMBF Förderkennzeichen 03G0774B.

Team

Projektleitung

Dr. Thomas Günther

Projektbearbeitung

Dr. Mathias Ronczka

Förderung

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), 03G0774B

Laufzeit:
01.01.2012-31.12.2014