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Handbuch Oberflächennahe Geothermie pp 65–219Cite as

Geologische und geophysikalische Untersuchungen

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Zusammenfassung

Leitlinie dieser Ausführungen ist die Auffassung, dass die Oberflächennahe Geothermie und ihre Nutzung ganz primär im geologischen Rahmen des Untergrundes mit seinen lithofaziellen und strukturellen Eigenheiten sowie seinen hydrogeologischen und hydraulischen Parametern angesiedelt ist, was als ein gewisses und notwendiges Gegengewicht zur bisher stark dominierenden Sichtweise des Bauingenieurwesens zu verstehen ist. Diesen geologischen Untergrund mit seinem bekanntermaßen vielfach sehr komplexen Aufbau und mit nicht selten unvorhergesehenen Überraschungen zu erkunden und zu beschreiben und die Ergebnisse den planenden und ausführenden Beteiligten an die Hand zu geben, ist die Aufgabe, der sich die Ausführungen annehmen werden. Dabei wird die enge Verknüpfung von Geologie und Geophysik besonders herausgestellt und gleichzeitig für ein besseres Verständnis für das jeweils andere Fachgebiet, aber auch für eine zunehmende Öffnung des Ingenieurwesens insbesondere für die überzeugenden Möglichkeiten der Geophysik geworben. Deshalb wird auch auf die Darstellung der theoretischen Grundlagen und Details der Auswertung für z. B. Hydraulik oder geophysikalische Messverfahren nahezu völlig verzichtet und stattdessen einiges über geologische, hydrogeologische und geothermische Karten, übers geologische Kartieren sowie die Möglichkeiten des bisher ziemlich ignorierten digitalen Geländemodells geschrieben. Ein wichtiges Anliegen ist es zu zeigen, dass Geophysik auch ohne Formeln und Gleichungen auskommen kann, aber trotzdem mit der Darstellung von Messvorgängen, Auswertung und geologischer Interpretation ihre ungeheuer vielfältigen Möglichkeiten offenbart. Geologie und Geophysik und ihr zwingend notwendiges Zusammenwirken werden insbesondere bemüht, wenn es um die Erkundung von Aquiferen mit den hydraulisch wichtigen Parametern und die für die Oberflächennahe Geothermie wichtige Bewegung des Grundwassers sowie um das „Vorhersehen“ möglicher geologischer Risiken geht. Geologie und Geophysik in diesem Rahmen der Oberflächennahen Geothermie ist stets auch als Dienstleistung zu sehen, worauf eingegangen wird und wobei auch kritische Betrachtungen nicht ausgespart bleiben.

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Literatur

  • Attwa, M., Günther, T.: Spectral induced polarization measurements for predicting the hydraulic conductivity in sandy aquifers. Hydrol. Earth Syst. Sci. 17, 4079–4094 (2013)

    Article  Google Scholar 

  • Barton, N.: Rock quality, seismic velocity, attenuation and anisotropy, S. 729. Taylor & Francis/Balkema, Leiden (2007)

    Google Scholar 

  • Bauer, M., Freeden, W., Jacobi, H., Neu, T. (Hrsg.): Handbuch Tiefe Geothermie, S. 854. Springer, Berlin (2014)

    Google Scholar 

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt: Hydrogeologische Karte 1 : 50 000 L5932 Lichtenfels (2009)

    Google Scholar 

  • Bichler, A., Bobrowsky, P., Best, M., Douma, M., Hunter, J., Calvert, T., Burns R.: Three-dimensional mapping of a landslide using a multi-geophysical approach: The Quesnel Forks landslide.Landslides, 1(1), 29–40 (2004)

    Article  Google Scholar 

  • Bißmann, S., Kahnt, R.: Reflexionsseismische Exploration. In: Bauer, M., Freeden, W., Jacobi, H., Neu, T. (Hrsg.) Handbuch Tiefe Geothermie, S. 81–123. Springer, Berlin (2014)

    Google Scholar 

  • Brenner, O., Rübel, H.-J.: Bohrlochgeophysik. In: Bauer, M., Freeden, W., Jacobi, H, Neu, T. (Hrsg.) Handbuch Tiefe Geothermie, S. 337–363. Springer, Berlin (2014)

    Google Scholar 

  • Bumpus, P. B., Kruse, S. E.: Self-potential monitoring for hydrologic investigations in urban covered-karst terrain. Geophysics 79(6), B231–B242 (2014)

    Article  Google Scholar 

  • Büttner, G.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 5928 Obertheres. Bayer. Geol. LA, München (1989)

    Google Scholar 

  • Cassiani, G., Bruno, V., Villa, A., Fusi, N., Binley, A. M.: A saline trace test monitored via time-lapse surface electrical resistivity tomography. J. Applied Geophys. 59, 244–259 (2006)

    Article  Google Scholar 

  • Cless, B.: Heat transport in very shallow open geothermal systems. Masterarbeit. ETH Zürich, Zürich (2012)

    Google Scholar 

  • Coscia, I., Linde, N., Greenhalgh, S., Vogt, T., Green, A.: Estimating traveltimes and groundwater flow patterns using 3D time-lapse crosshole ERT imaging of electrical resistivity fluctuations induced by infiltrating river water. Geophysics 77(4), E239–E250 (2012)

    Article  Google Scholar 

  • Del Gaudio, V., Wasowski, J., Pierri, P., Masci, U., Calcagnile G.: Gravimetric study of a retrogressive landslide in Southern Italy. Surveys in Geophys. 21, 391–399 (2000)

    Google Scholar 

  • De Paly, M., Hecht-Méndez, J., Beck, M., Blum. P., Zell, A., Bayer, P.: Optimization of energy extraction for closed shallow geothermal systems using linear programming. Geothermics 43, 57–65 (2012)

    Article  Google Scholar 

  • Dey, A. K., Stewart, R. R.: Predicting density using Vs and Gardner’s relationship. CREWES Research Report 9, 6.1–6.9 (1997)

    Google Scholar 

  • Doolittle, J. A., Jenkinson, B., Hopkins, D., Ulmer, M., Tuttle, W.: Hydropedological investigations with ground-penetrating radar(GPR): Estimating water-table depths and local ground-waterflow pattern in areas of coarse-textured soils. Geoderma 131, 317–329 (2006)

    Article  Google Scholar 

  • Dupuis, J. C., Butler, K. E., Kepic, A. W.: Seismoelectric imaging of the vadose zone of a sand aquifer. Geophysics 72, A81–A85 (2007)

    Article  Google Scholar 

  • Ernstson, K.: Geologische und geophysikalische Untersuchungen. In: Bauer, M., Freeden, W., Jacobi, H., Neu, T. (Hrsg.) Handbuch Tiefe Geothermie, S. 20–80. Springer, Berlin (2014)

    Google Scholar 

  • Ernstson, K., Kirsch, R.: Geoelectrical methods. In: Kirsch, R. (Hrsg.) Groundwater Geophysics – A Tool for Hydrogeology, S. 85–108. Springer, Berlin (2006)

    Google Scholar 

  • Ernstson, K., Kirsch, R.: Aquifer structures: Fracture zones and caves. In: Kirsch, R. (Hrsg.) Groundwater Geophysics – A Tool for Hydrogeology, S. 395–422. Springer, Berlin (2006)

    Google Scholar 

  • Ernstson, K., Scherer, H. U.: Self-potential variations with time and their relation to hydrogeologic and meteorological parameters. Geophysics 51, 1967–1977 (1986)

    Article  Google Scholar 

  • Everett, M. E.: Near-Surface Applied Geophysics, S. 403. Cambridge University Press, Cambridge (2013)

    Google Scholar 

  • Fagerlund, F., Heinson, G.: Detecting sub-surface groundwater flow in fractured rock using Self- Potential (SP) methods. Environmental Geology 43(7), 782–794 (2003)

    Article  Google Scholar 

  • Feld, H.: Geologische Kartierung 1 : 10 000 am N-Rand der Bodenwöhrer Senke in der Umgebung von Pingarten und Windmais. Erläuterungen mit speziellen Untersuchungen der Geomagnetik, der Geoelektrik und zur Radioaktivität in den Gesteinen. Diplomarbeit, Universität Würzburg (1985), 193 S.

    Google Scholar 

  • Frei, W.: Die Detektion von Hohlräumen und Auflockerungszonen mit seismischen Verfahren. Swiss Bull. angewandt. Geol. 16(2), 77–85 (2011)

    Google Scholar 

  • Freudenberger, W.: Geologische Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 6126 Dettelbach. Bayer. Geol. LA, München (1999)

    Google Scholar 

  • Frohlich, R. K., Kelly, W. E.: The relation between hydraulic transmissivity and transverse resistance in a complicated aquifer of glacial outwash deposits. J. Hydrology, 79, 215–229 (1985)

    Article  Google Scholar 

  • Grelle, G., Guadagno, F. M.: Seismic refraction methodology for groundwater level determination: „Water seismic index“. J. Applied Geophysics, 68(3), 301–320 (2009)

    Article  Google Scholar 

  • Gurk, M., Bosch, F.: Cave detection using the Self-Potential-Surface (SPS) technique on a karstic terrain in the Jura mountains (Switzerland). 19. Kolloquium Elektromagnetische Tiefenforschung, Burg Ludwigstein, 1.10.-5.10.2001, A. Hördt, A. und Stoll, J.B. (Hrsg.), 283–291 (2001)

    Google Scholar 

  • Hardtwig, E.: Theorien zur mikroseismischen Bodenunruhe. Akad, S. 302. Verlagsgesellschaft Geest & Portig, Leipzig (1962)

    Google Scholar 

  • Hördt, A.: Case history: Hydraulic conductivity estimation from SIP data. In: Kirsch, R. (Hrsg.) Groundwater Geophysics – A Tool for Hydrogeology, S. 450–457. Springer, Berlin (2006)

    Google Scholar 

  • Hördt, A., Blaschek, R., Kemna A. Zisser, N.: Hydraulic conductivity estimation from induced polarisation data at the field scale — the Krauthausen case history. J. Applied Geophys. 62, 33–46 (2007)

    Article  Google Scholar 

  • Jacob, T., Bayer, R., Chery, J., Le Moigne, N.: Time-lapse microgravity surveys reveal water storage heterogeneity of a karst aquifer. J. Geophys. Res. 115, (2010). http://doi.org/2009JB006616

  • Jardani, A., Dupont, J.-P., Revil, A.: Self-potential signals associated with preferential groundwater flow pathways in sinkholes. J. Geophys. Res. Atmospheres 111(B9), (2006). http://doi.org/10.1029/2005JB004231

  • Jardani, A., Revil, A., Bolève, A., Crespy, A., Dupont, J.-P., Barrash, W., Malama B.: Tomography of the Darcy velocity from self-potential measurements. Geophys. Research. Lett. 34, L24403, (2007). http://doi.org/10.1029/2007GL031907

  • Jongmans, D., Garambois, S.: Geophysical investigation of landslides: A review. Bulletin Société Géologique de France 178(2), 101–112 (2007)

    Article  Google Scholar 

  • Jongmans, D., Hemroulle, P., Demanet, D., Renardy, F., Vanbrabant, Y.: Application of 2D electrical and seismic tomography techniques for investigating landslides. European J. Env. Eng. Geophys. 5, 75–89 (2000)

    Google Scholar 

  • Jouniaux, L., Zyserman, F.: Seismo-electrics, electro-seismics, and seismo-magnetics for earth sciences, Solid Earth Discuss. 7, 2563–2662, (2015). http://doi.org/10.5194/sed-7-2563-2015

    Article  Google Scholar 

  • Kirsch, R., Yaramanci, U.: Geophysical characterisation of aquifers. In: Kirsch, R. (Hrsg.) Groundwater Geophysics – A Tool for Hydrogeology, S. 439–449. Springer, Berlin (2006)

    Google Scholar 

  • Kuhnert, C., Rohr, W.-M.: Geologische Karte von Bayern 1:25 000, Blatt Nr. 8230 Lechbruck. Bayer. Geol. LA, München (1975)

    Google Scholar 

  • Legchenko A., Baltassat, J. M., Beauce, A., Bernard, J.: Nuclear magnetic resonance as a geophysical toolfor hydrogeologists. J. Appl. Geophys. 50, 21–46 (2002)

    Article  Google Scholar 

  • Lehné, R. J.: Rezente Bodenbewegungspotenziale in Schleswig-Holstein (Deutschland) – Lokalisierung und Quantifizierung durch GIS-Analysen, seismische Interpretation, Fernerkundung, statistische Auswertung und Feldarbeit. Diss. Univ. Mainz, 227 S. (2005).

    Google Scholar 

  • Lindseth, R. O.: Synthetic sonic logs – a process for stratigraphic interpretation. Geophysics 44, 3–26 (1979)

    Article  Google Scholar 

  • Loke, M. H., Acworth, I., Dahlin, T.: A comparison of smooth and blocky inversion methods in 2D electrical imaging surveys. Exploration Geophys. 34(3), 182–187 (2003)

    Google Scholar 

  • Loke, M. H., Chambers, J. E., Rucker, D. F., Kuras, O., Wilkinson, P. B.: Recent developments in the direct-current geoelectrical imaging method. J. Applied Geophys. 95, 135–156 (2013)

    Article  Google Scholar 

  • Louie, J. N.: Faster, better: shear-wave velocity to 100 m depth from refraction microtremor arrays. Bull. Seism. Soc. Am. 91, 347–364 (2001)

    Google Scholar 

  • MacDonald, A. M., Burleigh, J., Burgess, W. G.: Estimating transmissivity from surface resistivity soundings: an example from the Thames Gravels. Quart. J. Engin. Geol. Hydrogeol. 32, 199–205 (1999)

    Article  Google Scholar 

  • Mart\(\imath \)ínez-López, J., Rey, J., Dueñas, J., Hidalgo, C., Benavente, J.: Electrical tomography applied to the detection of subsurface cavities. J. Cave Karst Studies 75(1), 28–37 (2011)

    Google Scholar 

  • Nabighian, M. N., MacNae, J. C.: Time domain electromagnetic prospecting methods. In: Nabighian, M. N. (Hrsg.) Electromagnetic Methods in Applied Geophysics, Bd. 2, S. 427–450. Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, OK (1991)

    Google Scholar 

  • Nimmer, R. E., Osiensky, J. L.: Using Mise-à-la-Masse to Delineate the Migration of a Conductive Tracer in Partially Saturated Basalt. Environ. Geosci. 9(2), 81–87 (2002)

    Article  Google Scholar 

  • Niwas, S., Celik, M.: Equation estimation of porosity and hydraulic conductivity of Ruhrtal aquifer in Germany using near surface geophysics. J. Applied Geophys. 84, 77–85 (2012)

    Article  Google Scholar 

  • Niwas, S., Singhal, D. C.: Estimation of aquifer transmissivity from Dar-Zarrouk parameters in porous media. J. Hydrology. 50, 393–399 (1981)

    Article  Google Scholar 

  • Obori, E., Udom, G. J.: Determination of aquifer transmissivity using geoelectrical sounding and pumping test in parts of Bayelsa State, Nigeria. Peak J. Physical and Environm. Sci. Res. 2(2), 32–40, (2014)

    Google Scholar 

  • Pant, S. R.: Tracing Groundwater Flow by Mise-à-la-masse Measurement of Injected Saltwater. J. Environ. Engin. Geophys. 9(3), 155–165 (2004)

    Article  Google Scholar 

  • Pasquet, S., Bodet, L., Dhemaied A., Mouhri A., Vitale, Q., Rejiba, F., Flipo, N., Gueìrin, G.: Detecting different water table levels in a shallow aquifer with combined P-, surface and SH-wave surveys: Insights from \(\mbox{V}_\textrm{P} / \mbox{V}_\textrm{S} \) or Poisson’s ratios. J. Applied Geophys. 113, 38–50 (2015)

    Google Scholar 

  • Potter, C. C., and Stewart, R. R.: Density predictions using VP and VS sonic logs. In: CREWES, Consortium for Research in Elastic Wave Exploration Seismology, 1998 Research Report, Bd. 10 (1998)

    Google Scholar 

  • Quijada, M. F., Stewart, R. R.: Density estimations using density-velocity relations and seismic inversion. In: CREWES, Consortium for Research in Elastic Wave Exploration Seismology Research, Report, Bd. 19, S. 1–20. CREWES Software Release Geology and Geophysics Department University of Calgary Calgary, Canada (2007)

    Google Scholar 

  • Revil, A., Jardani, A.: The Self-Potential Method: Theory and Applications in Environmental Geosciences, S. 369. Cambridge University Press, Cambridge (2013)

    Google Scholar 

  • Sachs, O., Eberhard, M.: Grundlagenstudie zur Erstellung einer geotechnischen Wegleitung für EWS-Bohrungen mit potenziell gips- und anhydrithaltigen Gesteinen – geophysikalische und mineralogische Untersuchungen an drei oberflächennahen Bohrungen in sulfathaltigen Keupergesteinen. Abschlussbericht für Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK , Bundesamt für Energie BFE, 52 S. (2012)

    Google Scholar 

  • Salem, H. S.: Determination of fluid transmissivity and electric transverse resistance for shallow aquifers and deep reservoirs from surface and well-log electric measurements. Hydrol. Earth Syst. Sci. Disc., Europ. Geosci. Union 3(3), 421–427 (1999)

    Article  Google Scholar 

  • Sattar, G. S., Keramat, M., Shahid, S.: Deciphering transmissivity and hydraulic conductivity of the aquifer by vertical electrical sounding (VES) experiments in Northwest Bangladesh. Applied Water Sci. 10 (2014). http://doi.org/1007/s13201-014-0203-9

  • Schmutz, M., Guérin, R., Andrieux, P., Maquaire, O.: Determination of the 3D structure of an earthflow by geophysical methods. The case of Super Sauze, in the French southern Alps. J. Appl. Geophys. 68, 500–507 (2009)

    Article  Google Scholar 

  • Schön, J.: Petrophysik. Physikalische Eigenschaften von Gesteinen und Mineralen, S. 405. Ferdinand Enke, Stuttgart (1983)

    Google Scholar 

  • Schwarzmeier, J.: Erläuterungen zur geologischen Karte von Bayern 1 : 25 000, Blatt Nr. 6024 Karlstadt und 6124 Remlingen. Bayer. Geol. LA, München (1977)

    Google Scholar 

  • Signorelli, S., Bassetti, S., Pahud, D., Kohl, T.: Numerical evaluation of thermal response tests. Geothermics 36(23), 141–166 (2007)

    Article  Google Scholar 

  • Socco, L. V., Foti, S., Boiero, D.: Surface-wave analysis for building near-surface velocity models – established approaches and new perspectives. Geophysics. 75, 75A83–75A102 (2010)

    Article  Google Scholar 

  • Šumanovac, F., Weisser, M.: Evaluation of resistivity and seismic methods for hydrogeological mapping in karst terrains. J. Applied Geophys. 47(1), 13–28 (2001)

    Article  Google Scholar 

  • Supper, R., Ottowitz, D., Jochum, B., Kim, J-H., Römer, A., Baron, I., Pfeiler, S., Lovisolo, M., Gruber, S., Vecchiotti, F.: Geoelectrical monitoring: an innovative method to supplement landslide surveillance and early warning. Near Surface Geophysics 12, 133–150 (2014)

    Google Scholar 

  • Tronicke, J., Blindow, N., Groß, R., Lange, M. A.: Joint application of surface electrical resistivity- an GPR measurements for groundwater exploration on the island of Spiekeroog – northern Germany. J. Hydrology. 223, 44–53 (1999)

    Article  Google Scholar 

  • Utama, W., Putra, T. K.: Fracture modeling using azimuthal resistivity sounding method in geothermal manifestations of Gunung Lamongan, East Java. PROCEEDINGS, 1st ITB Geothermal Workshop 2012, Institut Teknologi Bandung, Bandung, Indonesia, March 6–8 (2012)

    Google Scholar 

  • Vouillamoz, J. M., Lawson, F. M. A., Yalo N., Descloitres, M.: The use of magnetic resonance sounding for quantifying specific yield and transmissivity in hard rock aquifers: The example of Benin. J. Appl. Geophys. 107, 16–24 (2014)

    Article  Google Scholar 

  • Wagner, V, Blum, P.: Abschlussbericht geomatrix.bw, Teil 2: Prozessmodellierung und Chancenanalyse oberflächennaher Erdwärme in Baden-Württemberg. Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Geowissenschaften (2012)

    Google Scholar 

  • White, P.-A.: Electrode arrays for measuring groundwater flow direction and velocity. Geophysics 59(2), 192–201 (2005)

    Article  Google Scholar 

  • Yaramanci, U., Hertrich, M.: Magnetic Resonance Sounding. In: Kirsch, R. (Hrsg.) Groundwater Geophysics – A Tool for Hydrogeology, S. 253–273. Springer, Berlin (2006)

    Google Scholar 

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Authors and Affiliations

  1. Fakultät für Philosophie I, Universität Würzburg und Büro für Geophysik, Am Judengarten 23, 97204, Höchberg, Deutschland

    Prof. Dr. Dr. habil. Kord Ernstson

Authors
  1. Prof. Dr. Dr. habil. Kord Ernstson
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Corresponding author

Correspondence to Kord Ernstson .

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Editors and Affiliations

  1. Lehr- und Forschungsgebiet „Arbeits- und Gesundheitsschutz“, RWTH Aachen, Aachen, Germany

    Mathias Bauer

  2. Lehr- und Forschungsgebiet „Geomathematik“, TU Kaiserslautern, Kaiserslautern, Germany

    Willi Freeden

  3. Jacobi & Partner Industrieberatung, Essen, Germany

    Hans Jacobi

  4. Bergbau-Energie-Umwelt-Infrastruktur, proG.E.O. Ingenieurgesellschaft mbH, Saarbrücken, Germany

    Thomas Neu

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Ernstson, K. (2018). Geologische und geophysikalische Untersuchungen. In: Bauer, M., Freeden, W., Jacobi, H., Neu, T. (eds) Handbuch Oberflächennahe Geothermie. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-50307-2_3

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