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Transienten-Elektromagnetik

 
     
  TEM, TDEM, Time Domain Electromagnetics, elektromagnetisches Verfahren im Zeitbereich. Das Messprinzip besteht im Abschalten eines in einem Sender (meist eine quadratische Spule mit 5-100m Kantenlänge, möglich ist auch ein geerdeter elektrischer Dipol) fliessenden Stroms (Abb. 1), wodurch im elektrisch leitfähigen Untergrund Ströme induziert werden, die sich nach unten und zu den Seiten hin ausbreiten und schnell abklingen, wobei die Abklingzeit durch die Leitfähigkeit bestimmt wird. Dieses Stromsystem erzeugt ein sekundäres Magnetfeld, das in einer Empfangsspule an der Erdoberfläche zu einer Abfolge von Zeitpunkten t1,...,tn gemessen wird (Abb. 2). Der grösste messtechnische Vorteil gegenüber anderen aktiven elektromagnetischen Verfahren liegt darin, dass die Abklingkurve, die je nach Ausführung des Messsystems für Zeiträume von einigen μs bis einige 100 ms abgetastet wird, nicht vom wesentlich stärkeren Primärfeld überlagert wird. Durch die Messung bei verschiedenen Zeiten wird analog zu den Frequenzbereichsverfahren eine Tiefensondierung erreicht. Die zeitliche Änderung der vertikalen Induktionsflussdichte ∂Bz/∂t (bei einer horizontalen Empfangsspule) ist eine komplizierte Funktionen eines dimensionslosen Zeitparameters:

Transienten-Elektromagnetikmit μ0=Induktionskonstante, σ=elektrische Leitfähigkeit, a=Radius der Sendespule und t der Zeit nach Abschalten des Stroms. Für frühe Zeiten (τ<<1) bzw. späte Zeiten (τ>>1) lassen sich jedoch einfache Ausdrücke angeben:

Transienten-Elektromagnetikfür τ<<1, und:

Transienten-Elektromagnetikfür τ>>1. Für frühe Zeiten ist die gemessene Magnetfeldänderung somit proportional zur Leitfähigkeit und unabhängig von der Zeit t, für späte Zeiten ist ∂Bz/∂t proportional zu σ3/2 und fällt mit t5/2 ab. Auch für das TEM-Verfahren können Kurven des scheinbaren spezifischen Widerstands ρa(t) als Funktion der Abklingzeit t angegeben werden. Sie sind jedoch ebenfalls in eine Früh- und eine Spätzeitkurve aufgeteilt und damit intuitiv weniger anschaulich als die entsprechenden Widerstandskurven beispielsweise der Gleichstromgeoelektrik oder der Magnetotellurik. Die TEM wird in der Umweltgeophysik und bei Studien der obersten Kruste angewandt. Es kann aber bei hinreichender Sendestromstärke auch zum Studium der mittleren Kruste (Long Offset-TEM, LOTEM) und wegen der rein magnetischen Anregung bzw. Messung auch in der Aerogeophysik eingesetzt werden (z.B. Input-Verfahren).

Transienten-ElektromagnetikTransienten-Elektromagnetik 1: gebräuchliche Anordnungen in der Transienten-Elektromagnetik.

Transienten-ElektromagnetikTransienten-Elektromagnetik 2: schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Sendestroms und der in der Empfangsspule induzierten Spannung.
 
 

 

 

 
 
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