Geoelektrische Tomografien und Seismik für die Detektion von Karstgrundwasserleitern im Schwarzwassertal = Geoelectrical tomographies and seismics for the detection of karst aquifers in the Schwarzwassertal

Hohlräume und Dolinen sind Karsterscheinungen, wie sie auch im Schwarzwassertal, einem Seitental des Kleinwalsertals im österreichischen Bundesland Vorarlberg, anzutreffen sind. Gelöstes Material wird durch Wasser abtransportiert, sodass Massendefizite in Form von Höhlen und Senkungen das Resultat sind. Durch diese Höhlen bewegt sich das Wasser unterirdisch vergleichsweise schnell. Markierungsversuche der Angewandten Geowissenschaften Karlsruhe im Jahr 1996 und 1997 belegten unterirdische Verbindungen zwischen dem Ladstattschacht und der Aubachquelle, sowie der Estavelle und der Aubachquelle, drei Quellen bzw. Schwinden des zu untersuchenden Gebietes. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Franklin & Marshall College (Pennsylvania, USA) wird in der vorliegenden Arbeit unter Anwendung der Geoelektrik der Untergrund in diesem Gebiet untersucht und Karsterscheinungen detektiert. Unterstützend wird das Verfahren der Refraktionsseimsik hinzugezogen. Geoelektrik basiert auf der Materialeigenschaft spezifischer Widerstand und reagiert deshalb gut auf Verkarstung. Zur Anwendung kommen linienhafte 2D-Widerstandssondierungskartierungen entlang von 4 Profilen zwischen den besagten Quellen bzw. ... mehrSchwinden. Ein luftgefüllter Hohlraum wirkt als Isolator und führt daher zu einer hochohmigen Anomalie. In den rechnerisch invertierten Daten und dem daraus resultierendem Tiefenmodell des östlichsten Profils DV1 nahe der Aubachquelle ist dies gut zu erkennen. Ein leitfähig verfüllter Hohlraum bedeutet dagegen eine niederohmige Anomalie. Dies ist bei der Tomografie des Profils ES1 nahe der Estavelle gut zu erkennen. Hier können auf Grund des erstellten Tiefenmodells drei wassergesättigte Hohlräume vermutet werden. Daneben spiegelt sich in den Daten auch die weitere Untergrundsituation (Deckschicht, Verwitterungszone und Fels) wider. Die 2D-Tomografien der Profile ES0 und ES2 zeigen keine Karsterscheinungen. Die erhobenen Daten am Profil ES0 ermöglichen Aussagen über die Mächtigkeit der Deckschicht oberhalb des anstehenden Kalksteins und Vermutungen über die Lage des Grundwasserspiegels. Die Tomografie am Profil ES2 zeigt lateral heterogenes Gestein und Störungszonen, in denen eventuell Wasser versickert. Die Refraktionsseimsik dient in dieser Arbeit v.a. der Bestimmung der Felslinie auf Basis der Ausbreitung elastischer Wellen. Unterhalb der Felslinie befindliche Hohlräume sind nicht direkt zu detektieren. Allerdings verändern bis nahe an die Felsoberfläche verlaufende Spalten und Höhlen die Ausbreitung der Wellen. Flankierend wird die Auswertung der mit diesem Verfahren erhobenen Daten bei den Profilen ES0 und ES1 hinzugezogen. Bei Profil ES0 ergibt die Auswertung der Laufzeiten der elastischen Wellen eine gute Deckung der Deckschichtenmächtigkeit mit der aus den Tiefenmodellen des spez. Widerstands vermuteten Mächtigkeit. Bei Profil ES1 beträgt der Unterschied zwischen den vermuteten Mächtigkeiten ca. 1 m. Der größte der durch die Tomografie ersichtlichen wassergesättigten Hohlräume spiegelt sich im Seismogramm wider. An den entsprechenden Profilkoordinaten ist ein deutlich verändertes Wellenfeld zu erkennen. An zwei von vier Profilen kann die Verteilung physikalischer Eigenschaften des Untergrunds in Karstgebieten deutlich beobachtet werden. Anhand der iderstandssondierungskartierung an Profil DV1 kann eine Karsthöhle zwischen Ladstattschacht und Aubachquelle in einer Tiefe von etwa 1,4 m detektiert werden. Die 2D-Tomografie an Profil ES1 zeigt ab einer Tiefe von 4,9 m drei mit Wasser gefüllte Hohlräume im Untergrund. Aussagen über den genauen Verlauf des Karstgrundwasserleiters zwischen der Estavelle und der Aubachquelle können nicht getroffen werden. Die geophysikalische Erkundung zeigt eine Übersicht über die Verhältnisse im Untergrund. Das Auflösungsvermögen der Geophysik reicht jedoch nicht aus um Details zu liefern.