Elektromagnetische Reflexions-Messungen (EMR) im Kristallin

Geologisches Profil mit Position der Unki Mine in Zimbabwe Quelle: BGR

In Simbabwe wurde im Bereich einer überregionalen Störungszone, dem Great Dyke, das Platinbergwerk Unki errichtet. Im Rahmen eines Forschungsprojektes zur Platin-Mineralisation des Referates Lagerstättengenese der BGR wurde im Jahr 1998 im Teilprojekt Geophysikalische Untersuchungen mit Hilfe von Elektromagnetischen-Reflexions-Messungen (EMR) versucht, den Verlauf der Platin führenden Schicht zu verifizieren.

Möglich wird der Einsatz dieser Methode durch die Existenz einer zur Vererzungszone parallelen Scherzone, die sich durch eine starke Veränderung der Gesteinseigenschaften auszeichnet und damit starke Reflexionen der EMR-Signale erzeugen.

Wenn die Vererzungszone auf diese Weise indirekt großflächig nachgewiesen werden kann, lässt sich der Abbau der etwa 1 m mächtigen, Platin führenden Schicht effizienter gestalten.

Aufgefahrene Strecken der Unki Mine im Level 1 mit Position der gemessenen Bohrungen Quelle: BGR

Gezeigt wird in der nebenstehenden Grafik ein Plan der Streckenauffahrungen in der Unki Mine mit den Bohrungen, in denen EMR-Messungen durchgeführt wurden.

Die drei Bohrungen RD1, RD2, RD3, die sich unterhalb der Scherzone befinden, wurden mit einer EMR-Bohrlochsonde befahren. Die Sonde wurde mit Antennen für die Frequenzen 100 MHz und 200 MHz bestückt. Es wurde nicht richtungssensitiv aufgezeichnet.

Mit Dämpfungsmessungen und Geschwindigkeitsmessungen wurde ein Abklingen der Signale mit etwa 1 dB/m und eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von etwa 11 cm/ns bestimmt. Da sich die aufzulösende Struktur in weniger als 10 m Abstand befand, genügte eine Signalaufzeichnung von 500 ns.

Radargramm (nicht migriert) aus der Bohrung RD3 mit markierter Reflexion der Scherzone. Quelle: BGR

Hier ist ein Beispiel eines Messprofils aus der Bohrung RD3 dargestellt. Es wurde mit einer 100 MHz Antenne registriert. Die Scherzone (gelb markiert) tritt mit markanten Reflexionen hervor. Mit der Laufzeit, der bekannten Geschwindigkeit, der Lagevermessung der Bohrung und der Kenntnis der Richtung der Reflexion kann in allen Bohrungen der Verlauf der Scherzone rekonstruiert werden.

Perspektivansicht aus NW auf das Untersuchungsgebiet. Quelle: BGR

Die ausgewerteten Reflexionen (grün) der Scherzone aus den drei Bohrungen werden hier oberhalb der Bohrungen (rot) dargestellt und zu einer zusammenhängenden Fläche der Scherzone (blau) verbunden.

In den Streckenauffahrungen (gelb) ist die Scherzone in der skizzierten Weise angetroffen worden. Das Koordinatengitter ist nach den Himmelsrichtungen ausgerichtet und erleichtert die Orientierung.

Wie das Messbeispiel und die Modellstudie zeigen, kann die EMR-Methode (auch Georadar oder Ground Penetrating Radar - GPR) auch im Kristallin wertvolle Beiträge zur Strukturerkundung liefern.