6.4 A UDIOMAGNETOTELLURIK (AMT)
6.4.4 Ergebnisse
Abb. 90: Richtungsrosen der oberflächennahen scheinbaren elektrischen Widerstände zwischen Paderne und Esteval dos Mouros (f = 12,7 kHz, in DUSSEL, CARVALHO-DILL & MÜLLER 1999)
In der im zentralen Süden gelegenen Paderne-Ebene machen sich zusätzlich 90-110°
streichende Strukturen bemerkbar (Abb. 90). Die somit potentiell hydraulisch leitfähigen Strukturen in 0-30° und 90-110° entsprechen den dominanten Verkarstungsrichtungen im Gebiet des Karstgrundwasserleiters Querença-Silves (vgl. Kap. 3.3.3: Abb. 10).
Die scheinbaren Widerstände der oberflächennahen Schichten reichen von 10 Ωm in quartären, mit feuchtem Ton verfüllten Senken (A6) bis zu 1400 Ωm in Messungen über trockenen Karbonaten (A12).
Die Auswahl der Frequenz mit dem höchsten Anisotropiefaktor des scheinbaren elektrischen Widerstandes (ρa,max(f)/ρa,min(f)) ergab vor allem potentiell hydraulisch leitfähige 0-30° streichende Strukturen in den unter- bzw. mitteljurassischen Karbonaten (Abb. 91, Abb. 92). Die Ergebnisse stimmen weitgehend mit der generellen Grundwasserfließrichtung von NNE nach SSW überein (vgl. Kap. 5.1.1).
Abb. 91: Richtungsrosen der scheinbaren elektrischen Widerstände im äußersten Osten des Grundwasserleiters Querença-Silves (dargestellt ist die Messfrequenz mit höchstem Anisotropiekoeffizient, in DUSSEL, CARVALHO-DILL & MÜLLER 1999)
Abb. 92: Richtungsrosen der scheinbaren elektrischen Widerstände zwischen Paderne und Esteval dos Mouros (dargestellt ist die Messfrequenz mit höchstem Anisotropiekoeffizient, in DUSSEL, CARVALHO-DILL & MÜLLER 1999)
Abb. 93 verleiht einen Überblick über die gemessenen Anisotropiekoeffizienten k(ρa,max(f)/ρa,min(f)). Auf die Darstellung der Anisotropiekoeffizienten des Messpunktes A16 wurde in Abb. 93 verzichtet, da zum Teil anormal hohe Werte auftraten, die entweder auf Störungen durch Hochspannungs- oder Trinkwasserleitungen im Untergrund hinweisen (vgl. Anhang C2).
12700 Hz 1970 Hz
280 Hz 35 Hz 0
5 10 15 20 25 30 35
k ( r h o a m a x / r h o a m i n )
M e ssp u n k t
F r e q u e n z
K (rhoa)
12700 Hz 7100 Hz 3880 Hz 1970 Hz 990 Hz 540 Hz 280 Hz 140 Hz 70 Hz 35 Hz
Abb. 93: Anisotropiekoeffizienten k(ρa,max(f)/ρa,min(f))der AMT-Messungen A1-A20 (A16 nicht dargestellt)
Im allgemeinen bewegen sich die Anisotropiekoeffizienten k(ρa,max(f)/ρa,min(f)) der quartären Talfüllungen zwischen 1,1 und 1,2 (f = 12,7 kHz). Im Vergleich mit der qualitativen Einstufung von THIERRIN & MÜLLER (1988) zeugen die Anisotropiekoeffizienten k(ρa,max(f)/ρa,min(f)) des zum Teil tonverfüllten Epikarstes mit Werten zwischen 1,2 und 5,7 von einer schwachen bis starken Verkarstung. Im z.T. stark anisotropen Karstgrundwasserleiter (mittlere Fequenzen in Abb. 93) liegen die Werte zwischen 1,2 und 7,1. Vermutlich in der Hochwasserzone werden in einzelnen Messungen die mit sehr starker Verkarstung verbundenen höchsten Anisotropiekoeffizienten zwischen 8,9 und 31,2 erreicht. Die Anisotropiekoeffizienten der Messungen in den Schiefern und Grauwacken des Paläozoikums (A19, A20) mit Werten zwischen 2 und 4,5 weisen geringere Variationen mit der Tiefe auf und sind Kennzeichen des paläozoischen Kluftgrundwasserleiters.
Für die tonigen alluvialen Talfüllungen typische scheinbare elektrische Widerstände liegen nach Auswertung der AMT-Messungen bei ca. 12 bis 26 Ωm. Im zum Teil tonverfüllten Epikarst steigen die Werte auf bis ca. 64 Ωm auf. Relativ trockene Karbonate des Grundwasserleiters weisen hohe ρa von ca. 950 bis 3500 Ωm auf. Im gesättigten bzw. mit Tonen verfüllten Grundwasserleiter sind die scheinbaren elektrischen Widerstände etwas erniedrigt (ca. 63 bis 482 Ωm). In der Tiefe zeigt sich vor allem im Süden ein niedrigohmiger Horizont (ca. 11 bis 32 Ωm), der abhängig von der geologischen Modellvorstellung interpretiert werden muss. Verantwortlich für die niedrigen ρa kann ein tiefliegender, zum Teil salinar beeinflusster stark entwickelter phreatischer Karst bzw. die Tone des Hettangs sein. An der bereichsweise stark salinar beeinflussten Basis des Lias gehen die scheinbaren elektrischen Widerstände auf Werte
<10 Ωm zurück. Stellenweise aufgedrungene pseudoverkarstete Gipse weisen ρa von ca.
75 Ωm auf (A3).
Die rotbraunen Tone in der abflusslosen Polje Nave de Barão (Bild 4 und Bild 24) erreichen nach Inversion bei A26 eine Mächtigkeit von ca. 18 m. Der Ca-Na-Cl-HCO3 -Wassertyp lässt bereichsweise einen salinar beeinflussten karbonatischen Grundwasserleiter in einer Tiefe von ca. 18 m bis 67 m unter GOK vermuten (vgl. Abb.
94: A26). Am tiefsten Punkt der Nave de Barão (155 mNN) bildet sich bei hohen Niederschlägen ein flacher See („Lagoa da Nave“) auf den stauenden Tonen der Talfüllung aus (vgl. Kap. 2.2: Bild 4). Trockentäler in der Umgebung der Subrosionssenke streichen 175°, 5-10°, 15° und am Nordrand 90°.
Abb. 94: Profile in der Vala Grande südlich Benafim Grande (A21) und in der Nave de Barão (A26 und A27) nach 1D-Inversionen mit FITVLF2
Der scheinbare elektrische Widerstand von 34 Ωm ab einer Tiefe von 18 m (Abb. 94:
A26) und 17 Ωm ab einer Tiefe von 65 m ist bedingt durch die Evaporite und das salzhaltige Wasser im Untergrund (vgl. Kap. 5.2.3.12). Ab einer Tiefe von 131 m herrscht Brackwasser mit einem scheinbaren elektrischen Widerstand von 4 Ωm. In den tieferen Messfrequenzen zeigen sich die im Paläozoikum bzw. in der Trias vorherrschenden 60° streichenden präsinemurischen Strukturen (vgl. Anhang C2). Die von ENE nach WSW gerichtete Grundwasserfließrichtung 4 km östlich der Polje an der Grenze der präliassischen Formationen zum Grundwasserleiter Querença-Silves wurde
durch einen Tracertest belegt (Kap. 5.1.3.3, TRÖGER 1987). Die Übergangszone sowohl des scheinbaren elektrischen Widerstandes als auch der tektonischen Struktur, die vermutlich mit der Grenze der Beckenfüllung zur Beckenbasis zusammenhängt, zeichnet sich bei ca. 250 muGOK bzw. -100 mNN ab. Der Einfluss des Kalkes am Südrand der Depression macht sich mit einem leichten Anstieg des scheinbaren elektrischen Widerstandes auf 63 Ωm ab einer Tiefe von 26 m bemerkbar (A27). Für den Lias ergibt sich am Rand der Senke noch eine Mächtigkeit von 93 m. Eine AMT-Messung südlich der Nave de Barão (A28) zeigt mit einem niedrigen scheinbaren Widerstand von 11-16 Ωm einen schwach salinar beeinflussten Grundwasserleiter bzw. die Tone des Hettangs ab einer Tiefe von ca. 75-100 mNN (vgl. Abb. 95).
Abb. 95: Hypothetisches stratigraphisches Profil Nave das Mealhas nach Inversion der Messdaten aus A28
Der höchste scheinbare elektrische Widerstand der Talfüllung der Nave de Barão (68 Ωm) tritt in A1 bei einer Auslage von 0° auf (Abb. 89) und ist vermutlich auf Grund des relativ jungen Alters der Deckschichten von der Neotektonik geprägt. Der Anisotropiekoeffizient k (ρa,max(f)/ρa,min(f)) von 1,1 ist auf Grund des relativ homogenen Charakters der Talfüllung gering. Unter dieser ca. 17 m tiefen Bedeckung lagern 160 m mächtige Karbonate (ρa = 110 Ωm). Im Karstgrundwasserleiter deutet die Messung auf eine 30° streichende leitfähige Struktur hin (vgl. Abb. 91: A1).
Südwestlich der Polje Nave de Barão erstreckt sich eine verkarstete 80° streichende Hügelkette mit dem Picavessa (318 mNN) als höchster Erhebung. Der große Flurabstand
von ca. 200 m (Kap. 5.1.1) am Messpunkt A2 und die Nähe zu einer Doline, in welcher der Eingang zu einem verstürzten Höhlensystem freigelegt ist, erschweren die Interpretation der Messung. Oberflächennah und in den meisten Frequenzen tritt der höchste scheinbare elektrische Widerstand in 30° auf (Abb. 89, Anhang C2). Der höchste Anisotropiekoeffizient tritt bei einer Auslage von 90° auf (Abb. 91). Mit der Tiefe variiert die Orientierung von ρa,max zwischen 30° und 90°.
Die quartäre Füllung der Polje südlich Benafim Grande (Vala Grande) zeigt bezüglich der Richtungsabhängigkeit des scheinbaren elektrischen Widerstandes annähernd isotropes Verhalten (Abb. 89: A7, A8, Bild 33). Höchste scheinbare elektrische Widerstände treten bei Auslagen in 20° und 140° auf. Im oberen Teil des Lias streichen elektrisch leitende Strukturen in 20°. Leitfähige Strukturen im Karstgrundwasserleiter streichen ca. 50° und entsprechen somit ungefähr der Streichrichtung der Depression (Abb. 91: A7, A8).
Bild 33: Die Depression Vala Grande, im Hintergrund der Ort Benafim Grande (Pseudo-Profil des Untergrundes siehe Abb. 94 (A21))
In einer Übergangszone zur Beckenbasis macht sich der Einfluß von 60° streichenden Strukturen bemerkbar, was sich vor allem in den niedrigsten Phasen in 50° ausdrückt.
Erst bei Frequenzen tiefer als 540 Hz und somit ab einer Tiefe von ca. 300 muGOK (A7) zeigt sich der Einfluß von 50° streichenden Elementen auch in ρa. Die zweite Messung in der Polje (A8) zeigt deutliche Anisotropien. Bei der Frequenz von 3880 Hz zeichnet sich der Einfluß der südlich gelegenen 30° streichenden Satellitenbildlineation ab (Abb. 91).
Nach Auswertung der AMT-Messungen und Bohrungen erreichen die Karbonate in der Depression eine maximale Mächtigkeit von ca. 275 m.
Die Messwerte über einem Gipsvorkommen 500 m nördlich der Algibre-Störung (Abb.
89, Abb.91: A3) sind auf Grund der Nähe zu einem Gipssteinbruch (Bild 34) gut korrelierbar mit der Geologie. Gipslagen aus dem Hettang wurden an einer E-W streichenden Aufschiebung über liassische Karbonate geschoben. Innerhalb der Gipse zeigen sich leitfähige Strukturen in 0° bis 30° und führen stellenweise zu einem Pseudokarst (Kap. 5.1.2.1: Bild 25). In der Tiefe sind 30° und 150° streichende Strukturen zu erkennen (Anhang C2).
Bild 34: Gipssteinbruch nördlich des Algibre in der Nähe von A3
Eine gute Korrelation der AMT-Messungen mit einem 34° streichenden Lineament zeigt sich bei dem Dorf Esteval dos Mouros (Abb. 90, Abb. 92: A11, A12, vgl. Kap. 6.3.4:
Abb. 85: VLF-EM-Profile „W14” und „Esteval”). Höchste scheinbare Widerstände treten vor allem bei Elektrodenauslagen zwischen 30° und 60° auf. Die Profilauswertung ergibt 30-40 m mächtige verkarstete Karbonate, die von einem ca. 280 m mächtigen Karstgrundwasserleiter unterlagert werden. Ähnlich der Messung am Picavessa treten am Messpunkt A12 in den Frequenzen 1970 Hz und 990 Hz ungewöhnliche hohe ρa in 90°
auf. In A11, der ca. 300 m entfernt von A12 liegt, ist dieses ungewöhnliche Verhalten nicht zu beobachten (vgl. Anhang C2).
Neotektonisch aktive Strukturen, die 0-30° bzw. 90-120° streichen, scheinen die Infiltration in die quartäre Beckenfüllung und in die Flußterrassen der zentralen Paderne-Ebene zu bestimmen (Abb. 90, Abb. 92: A15, A16). Die Messungen in diesem Bereich werden allerdings mehr als die anderen Messungen gestört, da größere Ansiedlungen relativ nahe sind und 6 Trinkwasserbrunnen und damit verbundene Trinkwasserleitungen einen Einfluß auf die Messungen haben können. Ca. 1,5 km nordöstlich des Messpunktes A16 ist der Epikarst geprägt von 90° bis 120° streichenden Dolinen. An einem 110°
streichenden Satellitenbild sind Erdfälle zu einer Uvala aufgereiht (vgl. Kap. 3.3.3: Bild 13). Zudem liegen zwei Quellen auf 110° streichenden Lineamenten (vgl. Kap. 4.2).
Unterhalb der känozoischen Bedeckung im Epikarst erscheinen die höchsten scheinbaren elektrischen Widerstände in 0°. Abgesehen von den anomalen Anisotropiekoeffizienten in den tiefen Fequenzen tritt der größte Anisotropiekoeffizient aller Messfrequenzen in A16 bei einer Elektrodenauslage von 90° auf (k(ρa) = 5). In der Tiefe macht sich der Einfluß einer 150° streichenden Struktur bemerkbar (vgl. Anhang C2). Im oberen Teil des karbonatischen Grundwasserleiters orientiert sich die Grundwasserfließrichtung in der Paderne-Ebene somit an 110° streichenden Strukturen (vgl. Abb. 27). In der Tiefe treten höchste scheinbare Widerstände in 60° bis 120° auf und lassen Grundwasserfließen parallel zur südlich gelegenen Algibre-Störung vermuten. Aus den AMT-Messungen und Bohrprofilen ergibt sich eine durchschnittliche Mächtigkeit des karbonatischen Grundwasserleiters in der Paderne-Ebene von 230 m. Die Mächtigkeit der unter- bis oberjurassischen Karbonte südlich der Algibre-Störung beträgt mehr als 300 m (A17 und A18, vgl. Kap. 7).
Potentiell leitfähige Strukturen im Paläozoikum und an den Rändern des Lias streichen 60-90° (Abb. 96 und Abb. 97: A19, A20) und widersprechen somit deren allgemein postulierten grundwasserhemmenden Charakter in Bezug zur maximalen Hauptspannung, die in 148° orientiert ist (vgl. ANON 1996, in SINGHAL & GUPTA 1999). In den Schiefern scheint die Abhängigkeit der Fließwege demzufolge mehr von dem bestehenden Kluftinventar als von der rezenten Spannung abzuhängen. Die Anisotropiekoeffizienten des scheinbaren elektrischen Widerstandes liegen zwischen 2 und 4,5.
Abb. 96: Richtungsrosen der oberflächennahen
scheinbaren elektrischen Widerstände in den paläozoischen Schiefern und Grauwacken nördlich des Pico Alto (f = 12,1 kHz, in DUSSEL, CARVALHO-DILL
& MÜLLER 1999)
Abb. 97.: Richtungsrosen der scheinbaren elektrischen Widerstände in den
paläozoischen Schiefern und Grauwacken nördlich des Pico Alto (Frequenz mit höchstem Anisotropiekoeffizienten, aus DUSSEL, CARVALHO-DILL &
MÜLLER 1999)
Die Inversion der AMT-Daten der Messung mit zwei Auslagen auf dem Pico Alto (Abb.
88: A29) am Nordrand des Grundwasserleiters Querença-Silves mittels FITVLF2 ergab eine gute Übereinstimmung mit der aufgeschlossenen Stratigraphie (Abb. 98).
Abb. 98: Stratigraphisches Profil am Pico Alto nach Inversion der AMT-Daten mit FITVLF2
Die schematischen Profilschnitte mittels dem Inversionsprogramm FITVLF2 geben lokale Mächtigkeiten der Formationen wider (Abb. 99-101).
Schematischer E-W- Profilschnitt: Vala Grande - Nave de Barao (Mächtigkeiten in m)
0 22 0
22
22 0 18
0 0
0
48 17
2 18 6
0 160
165 274
143 66
0 10
10 88
10 10
0
0 10
0
50
100
150
200
250
300
350
1 2
3 4
5
AMT- Messpunkt: 5=A8 (Vala Grande), 4=A7, 3=A21, 2=A1, 1=A26 (Nave de Barao, vgl. Abb.
86 und Abb. 87)
Höhe: 177 mmNN-x (m)
Bohransatzpunktausgleichshöhe Tonige Talfüllung (Quartär, 12-26 Ohmm)
Tonverfüllter Epikarst (26-64 Ohmm) Karstgrundwasserleiter, z.T. mit toniger Füllung (67-270 Ohmm) Tone und Gipse des Hettangs bzw. salinar beeinflusster GWL (9-17 Ohmm) Formation mit hohem Salzgehalt (<10 Ohmm)
Abb. 99: Schematischer Profilschnitt der Poljen Vala Grande und Nave de Barão
Die Mächtigkeiten des vor allem im Zentrum der Poljen leicht versalzenen Karstgrundwasserleiters bewegen sich in den Depressionen Vala Grande und Nave de Barão zwischen 50 und 275 m (Abb. 99).
Die Höhenrücken südlich der großen Depressionen sind aus bis zu ca. 320 m mächtigen Karbonaten aufgebaut (Abb. 100). Die scheinbaren elektrischen Widerstände des trockenen Karstes liegen zwischen 1230 und 2960 Ωm (gelb). In dem zum Teil mit Lehm verfüllten Karstgrundwasserleiter gehen die scheinbaren elektrischen Widerstände auf 300 bis 480 Ωm zurück (hellblau). In einer salzwasserbeeinflussten Übergangszone zum Hettang erreicht ρa das Minimum zwischen 5 und 17 Ωm (violett).
Schem atischer Profilschnitt W-E: Cabeca Gorda- Nave das Mealhas (Mächtigkeiten in m )
0 17 88
133
53 0
11 37
187 225
189 184
34 10 10
100
10
10 0
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
1 2
3 4
A M T - M e ssp u n k t : 4 =A 11 ( C a b e c a Go r d a ) , 3 =A 2 2 , 2 =A 2 , 1=A 2 8 ( N a v e d a s M e a l h a s, v g l . A b b . 8 6 u n d A b b . 8 7 )
Höhenausgleich Trockener Karst (1218- 2963 Ohmm)
Kar st grundwasserleit er, z.T. t onverf üllt (299- 482 Ohmm) Basis des GWL mit Gipsanlösung, salinar beeinf lusst (2- 14 Ohmm) Het t ang- Tone (14-27 Ohmm)
Abb. 100: Schematischer Profilschnitt W-E: Cabeca Gorda- Nave das Mealhas
In der AMT-Messung A11 (vgl. Abb. 88, in Abb. 100: Nr.4) östlich der Ortschaft Esteval dos Mouros wird unter 37 m mächtigem Epikarst in einer Tiefe von ca. 100 mNN der Karstwasserspiegel erreicht (vgl. Kap. 5.1.1.1: Abb. 24). Unterhalb der 184 m mächtigen Karbonate (ca. -80 mNN) nimmt der scheinbare elektrische Widerstand von 300 Ωm auf 12 Ωm ab und dokumentiert den Übergang des Lias zu den Salztonen des Hettangs.
Weiter im Osten, an der Straße von Alto Fica nach Ribeira de Algibre wurde in A22 bei Alto Fica (in Abb. 100: Nr. 3) unter einem 18 m mächtigen Epikarst mit einem ρa von 1300 Ωm der 190 m mächtige Karstgrundwasserleiter (ρa =480 Ωm) erkundet. Ähnlich Messpunkt A3, der wenige Kilometer entfernt über einem Gipsvorkommen liegt und von mehreren Satellitenbildlineationen und Störungen umrahmt wird, befindet sich A22 in der Nähe von 150° und 115° streichenden Satellitenbildlineationen.
Die Messung auf dem stark verkarsteten Höhenrücken des Picavessa (A2) liefert bis zu 53 m mächtige hochohmige Karbonate (ρa = 1831 Ωm), die vermutlich von bis zu 225 m mächtigen stark verkarsteten Karbonaten unterlagert werden (ρa = 397 Ωm). An der Basis des Profils zeigt sich der salinare Einfluss der präliassischen Formationen (ρa = 4-6 Ωm).
In Richtung Beckenrand nimmt die Mächtigkeit der Karbonate ab. In der Nave das
Mealhas (A28) wird der Übergang zu den Sedimenten des Hettangs bei ca. 160 bis 190 m Tiefe erwartet.
Bei Annäherung an die E-W verlaufende Algibre-Störung zeichnen sich stärker lithologische Unterschiede in den Messungen ab (Abb. 101). Die tiefere Lage der Messpunkte und das feuchtere Gebirge lassen die scheinbaren elektrischen Widerstände der Formationen absinken. Feuchte, pseudoverkarstete, ca. 70 m mächtige Gipse des Hettangs zeigen ein ρa von 80 Ωm (vgl. Bild 25 und Bild 34). In der Paderne-Ebene weist der zum Teil mit Ton verfüllte Epikarst einen ρa von ca. 21 Ωm auf. Der zum Teil tonverfüllte Karstgrundwasserleiter hat einen ρa von 211-362 Ωm. In tiefen salzwasserbeeinflussten Bereichen des Karstgrundwasserleiters geht ρa auf Werte zwischen 16 und 32 Ωm zurück. Im darunter liegenden potentiellen zweiten Grundwasserleiter schwanken die scheinbaren elektrischen Widerstände zwischen 62 und 900 Ωm.
Schem atischer Profilschnitt W-E: Paderne Ebene- Ribeira de Algibre (Mächtigkeiten in m )
39 29 0 25
66 0 0 0 70
0
0 0 1,7
0
14 0
0 0 0
13 0
0 221
125
231
83 10
98 126
10 226
208 10
0 100 200 300 400 500 600
1 2
3 4
5
A M T - M e ssp u n k t : 5 =A 16 ( P a d e r n e Eb e n e ) , 4 =A 13 , 3 =A 9 , 2 =A 6 , 1=A 3 ( R i b e i r a d e A l g i b r e , v g l . A b b . 8 6 u n d A b b . 8 7 )
Ausgleichshöhe Auf gedrungene Gipse bei Ribeir a de Algibr e ( 74-78 Ohmm)
Alluviale Tone der Pader ne- Ebene ( 21 Ohmm) Tonverf üllt er Epikar st ( 21 Ohmm)
z.T. t onver f üllt er Kar st grundwasserleit er (211- 362 Ohmm) schwach salinar beeinf lusst er GWL bzw. st arke Verkar st ung ( 16- 32 Ohmm) t ief er , z. T. schwach ver karst et er Kar st grundwasserleit er ? (62- 913 Ohmm)
Abb. 101: Schematischer Profilschnitt W-E: Paderne-Ebene - Ribeira de Algibre
6.5 Kombinierter Einsatz von elektromagnetischen und hydrogeologischen