Geoelektronik, Softcover reprint of the original 1st ed. 1972 Angewandte Elektronik in der Geophysik, Geologie, Prospektion, Montanistik und Ingenieurgeologie

Seit 1960 beschaftigt sich ein Team von Wissenschaftlern in Tirol mit elek­ tronischen Messungen, die zum groBen Teil in Bergwerken durchgefUhrt werden. Ziel des von W. BITTERLICH gegrtindeten und geleiteten VLF-Projektes war an­ fanglich die Erforschung der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen durch das Erdinnere. Doch schon bald erwies sich der Rahmen dieser Problemstellung zu klein. Die Bestimmung der elektrischen Gesteinsparameter wurde notwendig, und diese Aufgabe zog wiederum das Studium der Zusammenhange der elektrischen mit den gefUgekundlichen Gesteinsparametern nach sich. So wuchs der Baum der ge16sten und der neu hinzu gekommenen Probleme immer weiter. Auf welchem Wissensgebiet steht dieser Baum? Ftir die Geoelektrik ist er zu groB, fUr die Geophysik zu klein. Da sich fUr ihn keine passende Zuordnung finden lieB, wurde der Begriff Geoelektronik gepragt. Die Probleme dieses neuen Gebietes werden von den Geowissenschaften (Geologie, Mineralogie, Petrographie und Montanistik) gestellt und mit Hilfe der Elektronik ge16st. Das umfassende Gebiet der Geophysik solI durch die Geo­ elektronik nicht konkurrenziert, sondern nur erganzt werden. Was dieses neue Wissensgebiet umfassen solI, wird am besten, wenn auch keinesfalls vollstandig, durch das lnhaltsverzeichnis zum Ausdruck gebracht. Dabei sind wir uns bewuBt, daB von den vielen Moglichkeiten, die die moderne Elektronik meBtechnisch den Geowissenschaften bietet, nur ein Teil in diesem Buch behandelt werden konnte. Vom Leser werden nicht allzuviel elektronische, wohl aber physikalische Kenntnisse verlangt. Wer jedoch auf dem Gebiet der Geoelektronik selbstandig arbeiten will, muB tiber ein groBes elektronisches Wissen und viel praktische Erfahrung verfUgen.

1. Elektronik.- 1.1 Symbole und Systeme.- 1.1.1 Buchstabensymbole.- 1.1.2 Schaltungssymbole.- 1.1.3 Maßsysteme.- 1.2 Formeln und Dimensionen.- 1.2.1 Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten.- 1.2.2 R-C-Kombinationen.- 1.2.3 R-L-Kombinationen.- 1.2.4 L-C-Kombinationen.- 1.2.5 Wellenlänge, Frequenz, Zeit.- 1.3 Meßtechnik.- 1.3.1 Messung elektrischer Größen.- 1.3.2 Oszillographen.- 1.3.3 Meßverstärker.- 1.3.4 Zähler.- 1.3.5 Meßbrücken.- 1.3.6 Elektrische Messung nichtelektrischer Größen.- A. Temperaturmessung mittels Thermoelementen.- B. Widerstandsthermometer.- C. Feuchtigkeit.- D. Druck.- E. Länge und Position.- F. Drehzahl.- G. Licht, Strahlung.- H. Chemische Untersuchungen.- Literatur.- 2. Gesteinsparameter.- 2.1 Einführung in den Problemkreis.- 2.2 Elektrische Eigenschaften des Bergwassers.- 2.2.1 Die Dielektrizitätskonstante von Wasser als Funktion der Frequenz.- 2.2.2 Die Frequenzabhängigkeit der Leitfähigkeit von Elektrolyten und Wasser.- 2.2.3 Messung der Dielektrizitätskonstanten und der elektrischen Leitfähigkeit von verlustbehafteten Medien.- 2.2.4 Meßergebnisse — Vergleich mit der Theorie.- 2.3 Die Dielektrizitätskonstante der Gesteine.- 2.3.1 Der Frequenzgang der DK bei Gesteinen.- 2.3.2 Methoden zur Bestimmung der DK von Gesteinsproben.- 2.3.3 Meßergebnisse an diversen Gesteinsarten.- 2.4 Die magnetischen Suszeptibilitäten von Gesteinen.- 2.5 Die elektrische Leitfähigkeit der Gesteine.- 2.5.1 Zur Theorie der Gesteinsleitfähigkeit.- 2.5.2 Meßmethoden.- 2.5.3 Meßbeispiele.- 2.6 Der Formationsfaktor.- 2.6.1 Definition der Formationsfaktoren.- 2.6.2 Methoden zur Bestimmung der Formationsfaktoren FR und FC.- 2.6.3 Werte für diverse Gesteinsarten.- 2.7 Die Porosität der Gesteine.- 2.7.1 Definition der Porosität.- 2.7.2 Meßmethoden.- 2.7.3 Meßwerte für diverse Gesteine.- 2.8 Die Tortuosität der Gesteine.- 2.8.1 Definition der verschiedenen Tortuositäten.- 2.8.2 Meßmethoden.- 2.8.3 Meßwerte.- 2.9 Der Zementationsfaktor.- 2.9.1 Definition der Zementationsfaktoren m und n.- 2.9.2 Über die gefügekundliche Bedeutung von m und n.- 2.9.3 Bedeutung der Zementationsfaktoren für geoelektrische Untersuchungen.- 2.9.4 Meßmethoden und Ergebnisse.- 2.10 Die Permeabilität (Durchlässigkeit) der Gesteine.- 2.11 Einteilung von Gesteinen nach ihren Parametern.- 2.11.1 Einteilung nach elektrischen Eigenschaften.- 2.11.2 Einteilung von Gesteinen nach gefügekundlichen Parametern.- 2.12 Untersuchung der komplexen, frequenzabhängigen Leitfähigkeit erzhaltiger Gesteine mit Hilfe künstlicher Modelle.- 2.12.1 Einleitung.- 2.12.2 Elektrisches Verhalten der Grenzflächen Erz/Elektrolyt.- 2.12.3 Vereinfachtes Erzmodell.- 2.12.4 Diskussion der theoretischen Frequenzabhängigkeit der komplexen Leitfähigkeit.- 2.12.5 Experimentelle Methoden.- A. Probenherstellung.- B. Messung der komplexen Leitfähigkeit.- C. Meßergebnisse.- D. Vergleich der Meßergebnisse mit dem theoretischen Modell.- Literatur.- 3. Natürliche elektrische Potentiale.- 3.1 Galvanipotentiale von Mineralen relativ zu einer Bezugselektrode.- 3.1.1 Meßmethoden.- 3.1.2 Potentiale einiger wichtiger Erzminerale.- 3.2 Eigenpotentiale.- 3.2.1 Entstehungsursachen.- 3.2.2 Meßmethoden.- 3.3 Tellurische Ströme.- Literatur.- 4. Ausbreitung elektromagnetischer Wellen durch das Gestein.- 4.1 Theorie der Wellenausbreitung.- 4.2 Wellenausbreitung im VLF-Bereich.- 4.2.1 Feldstärkediagramme.- 4.2.2 Antennendiagramme.- 4.3 Der magnetische Dipol im elliptisch polarisierten Magnetfeld.- 4.4 Feldverzerrungen.- 4.5 Meßeinrichtungen.- 4.5.1 Sender und Sendeantennen.- 4.5.2 Antennendrehanlage.- 4.5.3 Empfangsantennen und Feldstärkemeßeinrichtungen.- A. Empfangsantennen.- B. Feldstärkemeßgeräte.- C. Eichung der Empfangsantenne.- 4.6 Wendelförmige Antennen.- 4.6.1 Resonanzfrequenz und Wellenwiderstand von Wendelantennen.- 4.6.2 Strom- und Spannungsverteilung an Wendelantennen nach der Leitungstheorie.- 4.6.3 Das Feld von Wendelantennen in verlustbehafteten Medien.- 4.6.4 Experimentelle Daten.- Literatur.- 5. Gleichstrommessungen am anstehenden Gestein.- 5.1 Die Vierpunktmethoden.- 5.1.1 Theorie der gebräuchlichsten Methoden.- 5.1.2 Anwendung der Vierpunktmethoden im Vollraum.- 5.1.3 Aussagewert für die Prospektion.- 5.1.4 Meßgeräte zur Leitfähigkeitsbestimmung mit Gleichstrom.- 5.2 Prospektion mit der Eigenpotentialmethode.- 5.3 Erzprospektion mit der Galvanipotentialmethode.- 5.3.1 Unterscheidungsmöglichkeit zwischen metallischer und elektrolytischer Kontaktart.- 5.3.2 Prospektionsbeispiele.- 5.4 Aussagewert tellurischer Strommessungen für die lokale Prospektion.- Literatur.- 6. Wechselstrommessungen am anstehenden Gestein.- 6.1 Zweipunkt-Übergangswiderstand-Methode.- 6.1.1 Meßprinzip und Auswertung.- 6.1.2 Meßausrüstung.- 6.1.3 Prospektionsbeispiele.- 6.2 Messung der Dielektrizitätskonstante (DK) am anstehenden Gestein.- 6.2.1 Messung der DK mit Hilfe zylindrischer Parallelleiter.- 6.2.2 Messungen im Bohrloch mit der Hochfrequenzsonde.- 6.2.3 Die Zweifrequenzensonde.- 6.2.4 Vorteile der Prospektion über die DK-Messung.- 6.3 Prospektion mit elektromagnetischer Wellenausbreitung.- 6.3.1 Entfernungs- und Frequenzgrenzen.- 6.3.2 Bestimmung von Leitfähigkeit und Dielektrizitätskonstante aus Feldstärkemessungen.- 6.3.3 Kleinräumige Prospektion.- 6.3.4 Großräumige Prospektion.- 6.4 Andere Wechselstromverfahren.- 6.4.1 Spezielle elektromagnetische Methoden.- 6.4.2 Methode der induzierten Polarisation (IP).- 6.4.3 Widerstandsmethoden.- Literatur.- 7. Einsatz elektronischer Hilfsmittel bei Vermessungsarbeiten im Bergwerk.- 7.1 Bohrlochortung.- 7.1.1 Grundlagen.- 7.1.2 Der Meßvorgang.- 7.1.3 Andere Meßverfahren.- 7.2 Streckenortung.- 7.2.1 Meßgeräte und Meßverfahren.- 7.2.2 Die Berechnung.- 7.3 Verfolgung von Erzblättern.- Literatur.- 8. Nichtelektrische Prospektionsmethoden.- 8.1 Seismik.- 8.2 Magnetik.- 8.3 Gravimetrie.- 8.4 Thermik.- 8.5 Isotopengeophysik.- Literatur.- 9. Spezialfälle der Geoelektronik.- 9.1 Grubenfunk.- 9.2 Elektronische Möglichkeiten zum Gasnachweis.- 9.3 Elektronische Messungen von Felsparametern.- 9.3.1 Auflockerungszonen.- 9.3.2 Druck- und Spannungszustände.- 9.4 Spurennachweis von Kupfer in Wasser.- Literatur.- Namen- und Sachverzeichnis.