Angewandte Geophysik: Band 1: Gravimetrie und Magnetik

1. Theoretische Grundlagen der angewandten Gravimetrie und Magnetik.- 1.1. Einleitung.- 1.1.1. Zielstellung.- 1.1.2. Die potentielle Energie.- 1.1.3. Die Potentialfunktion.- 1.2. Das Newtonsche Volumenpotential.- 1.2.1. Newtonsches Gravitationspotential.- 1.2.1.1. Das Gravitationsgesetz und die Bestandteile des Schwerevektors.- 1.2.1.2. Einige Eigenschaften der Äquipotentialflächen.- 1.2.2. Die räumliche und flächenhafte Massen Verteilung.- 1.2.2.1. Das Potential einer räumhchen Massenverteilung.- 1.2.2.2. Die Ableitungen des Volumen- und des Flächenpotentials.- 1.2.3. Das Potential im Inneren.- 1.2.3.1. Die Existenz des Potentials.- 1.2.3.2. Das Potential einer masseerfüllten Kugel.- 1.2.4. Die Bouguer-Plattenwirkung.- 1.2.4.1. Die Schwerewirkung einer Kreisscheibe.- 1.2.4.2. Die ebene Bouguer-Platte.- 1.2.4.3. Die sphärische Bouguer-Platte.- 1.2.5. Einige Störkörperformeln.- 1.2.5.1. Die Kugel.- 1.2.5.2. Der Quader.- 1.2.5.3. Die vertikale halbunendliche Säule.- 1.2.5.4. Die horizontale halbunendliche Säule.- 1.2.5.5. Die Viertel-Platte.- 1.2.5.6. Höhere Potentialableitungen für den Quader und seine Spezialfälle.- 1.2.5.7. Weitere Störkörperformeln.- 1.3. Dipol- und Multipol-Potentiale.- 1.3.1. Das Dipolpotential.- 1.3.2. Das Potential einer Doppelschicht.- 1.3.3. Die Entwicklung des Volumenpotentials in Multipolpotentiale.- 1.3.3.1. Das Multipolpotential.- 1.3.3.2. Eine Reihenentwicklung des reziproken Abstandes.- 1.3.3.3. Die Reihenentwicklung des Gravitationspotentials der Erde.- 1.3.3.4. Die Entwicklung des Magnetfeldes der Erde nach Kugelfunktionen.- 1.3.4. Das Potential und das Magnetfeld magnetisierter Körper.- 1.3.4.1. Das Problem der Berechnung geomagnetischer Anomalien.- 1.3.4.2. Der Zusammenhang mit dem Schwerepotential.- 1.3.4.3. Die Anomalien des magnetischen Feldes.- 1.3.5. Einige Störkörperformeln für magnetische Anomalien.- 1.3.5.1. Die Kugel.- 1.3.5.2. Der Quader.- 1.3.5.3. Spezialfälle des Quaders.- 1.4. Ebene Potentialfelder.- 1.4.1. Das logarithmische Potential.- 1.4.2. Die Ableitungen des Potentials.- 1.4.2.1. Körper beliebigen Querschnitts.- 1.4.2.2. Die ebene Flächenmasse.- 1.4.2.3. Die Darstellungen des Potentialgradienten mittels komplexer Funktionen.- 1.4.3. Einige Störkörperformeln.- 1.4.3.1. Horizontaler, homogener Kreiszylinder.- 1.4.3.2. Die halbunendliche, dünne Platte.- 1.4.3.3. Das horizontale Rechteck-Prisma.- 1.4.3.4. Die senkrechte Stufe.- 1.4.3.5. Die geneigte Stufe.- 1.4.3.6. Das Prisma mit Polygonquerschnitt.- 1.4.3.7. Die geneigte Platte.- 1.4.4. Störkörperformeln für magnetische Anomalien (ebener Fall).- 1.4.4.1. Der horizontale Kreiszylinder.- 1.4.4.2. Die geneigte Stufe.- 1.4.4.3. Weitere Störkörperformeln.- 1.5. Grundlagen der Interpretation.- 1.5.1. Die Mehrdeutigkeit der Interpretation.- 1.5.2. Feldtransformationen.- 1.5.2.1. Die Aufgabe der Feldtransformationen.- 1.5.2.2. Die Feldfortsetzung.- 1.5.2.3. Die Berechnung höherer vertikaler Ableitungen.- 1.5.2.4. Die Spektraldarstellung des Potentials und seiner Ableitungen mittels Fourier-Transformation.- 1.5.2.5. Die Transformation magnetischer Anomalien.- 1.5.2.6. Die Glättung der transformierten Feldgrößen.- 1.5.2.7. Anwendung auf ebene Probleme.- 1.5.3. Inverse Aufgaben.- 2. Angewandte Gravimetrie.- 2.1. Geophysikalische, geologische und ingenieurtechnische Grundlagen.- 2.1.1. Das Schwerefeld der Erde.- 2.1.2. Ursache und Größenordnung von Schwereanomalien.- 2.1.3. Aufgabenstellung, Einsatzkriterien und Grenzen der Anwendung.- 2.2. Meßgrößen und Meßgeräte.- 2.2.1. Meßgrößen.- 2.2.2. Gravimeter.- 2.2.3. Gradientemnesser.- 2.3. Vorbereitung und Durchführung von Messungen.- 2.3.1. Eichung.- 2.3.2. Bezugs- und Anschlußpunkte, Schwerenetze.- 2.3.3. Gangbestimmung.- 2.3.4. Punktabstand.- 2.3.5. Regionalaufnahme.- 2.3.6. Spezialaufnahme.- 2.3.7. Mikroaufnahme.- 2.3.8. Messungen unter besonderen Bedingungen.- 2.3.8.1. See- und Flugzeugmessungen.- 2.3.8.2. Schacht- und Bohrlochmessungen.- 2.3.8.3. Untertagemessungen.- 2.3.9. Gradientenmessungen.- 2.4. Reduktionen und Anomalien.- 2.4.1. Zielstellung.- 2.4.2. Normalschwereredüktion.- 2.4.3.Freiluftreduktion.- 2.4.4. Geländereduktion für Messungen über- und untertage.- 2.4.5. Bouguer-Reduktion.- 2.4.6. Isostatische Reduktion.- 2.4.7. Bouguer-Anomalie.- 2.4.8. Freiluft-Anomalie.- 2.4.9. Isostatische Anomalie.- 2.5. Petrophysikalische Grundlagen der angewandten Gravimetrie.- 2.5.1. Klassifikation von Dichten.- 2.5.2. Dichtewerte verschiedener Gesteine.- 2.5.3. Dichtebestimmung mit Labormethoden.- 2.5.4. Dichtebestimmung mit gravimetrischen Methoden.- 3. Angewandte Magnetik.- 3.1. Geophysikalische, geologische und ingenieurtechnische Grundlagen.- 3.1.1. Magnetfeld der Erde und magnetische Anomalien.- 3.1.2. Aufgabenstellung und Einsatzkriterien.- 3.2. Meßgrößen und Meßgeräte.- 3.2.1. Meßkomponenten.- 3.2.2. Mechanisch-optische Magnetometer (Feldwaagen).- 3.2.3. Sättigungskernmagnetometer (Ferrosonde, Förster-Sonde, fluxgate-Magnetometer).- 3.2.4. Kernpräzessionsmagnetometer (Protonenmagnetometer, Kerninduktionsmagnetometer).- 3.2.5. Absorptionszellemnagnetometer (Quantemnagnetometer, Magnetometer mit optisch gepumpten Gasen).- 3.2.6. Apparative, zweckgebundene Besonderheiten.- 3.3. Vorbereitung und Durchführung von Messungen.- 3.3.1. Eichung.- 3.3.2. Anschluß der Messungen, magnetische Netze.- 3.3.3. Fehlerbestimmung.- 3.3.4. Profil- und Punktabstand.- 3.3.5. Regionalaufnahme.- 3.3.6. Spezialaufnahme.- 3.3.7. Mikroaufnahme.- 3.3.8. Gradientenmessung.- 3.3.9. Messungen unter besonderen Bedingungen.- 3.3.9.1. Aeromessungen.- 3.3.9.1.1. Magnetometereinbau im Fluggerät.- 3.3.9.1.2. Flugwegbestimmungen.- 3.3.9.1.3. Flughöhenbestimmung.- 3.3.9.1.4. Aeromagnetisches Flugnetz.- 3.3.9.2. Seemessungen.- 3.3.9.3. Untertagemessungen.- 3.3.9.4. Bohrlochmessungen.- 3.4. Korrekturen und Reduktionen.- 3.4.1. Zielstellung.- 3.4.2. Variationskorrektur.- 3.4.3. Instrumentengangkorrektur.- 3.4.4. Normalfeldreduktion.- 3.4.5. Höhenreduktion.- 3.4.6. Geländereduktion.- 3.4.7. Kompilation von aeromagnetischen und seemagnetischen Messungen.- 4. Paläo- und Archäomagnetik.- 4.1. Einleitung.- 4.2. Physikalische Grundlagen.- 4.3. Physikalische Theorie des Gesteinsmagnetismus.- 4.4. Remanente Magnetisierung natürlicher Gesteine.- 4.5. Spännungseffekte und Anisotropie.- 4.6. Die magnetischen Mineralien.- 4.7. Die Magnetisierung natürlicher Gesteine.- 4.8. Die Probennahme.- 4.9. Messung der Remanenz.- 4.10. Verfahren der magnetischen Reinigung.- 4.11. Feldfreier Raum.- 4.12. Zuverlässigkeitstest paläomagnetischer Ergebnisse.- 4.13. Statistische Analyse.- 4.14. Vergleich paläomagnetischer Daten.- 4.15. Berechnung des paläomagnetischen Pols.- 4.16. Darstellung paläomagnetischer Ergebnisse.- 4.17. Paläointensitätsmessungen.- 4.18. Ergebnisse paläomagnetischer Untersuchungen.- 4.18.1. Magnetostratigraphie.- 4.18.2. Polwanderung und Kontinentaldrift.- 4.18.3. Paläogeographie.- 4.19. Praktische Anwendtingsbeispiele.- 4.20. Archäomagnetik.- 5. Bearbeitung und Interpretation der gravimetrischen und magnetischen Meßergebnisse.- 5.1. Zielstellung.- 5.2. Bearbeitungsverfahren und Interpretationsbeispiele.- 5.2.1. Verfahren der Feldtransformation.- 5.2.1.1. Regional- und Lokalfeld.- 5.2.1.2. Wellenlängenfilterung.- 5.2.1.3. Feldfortsetzung.- 5.2.1.4. Vertikalgradient.- 5.2.1.5. Zweite Ableitung.- 5.2.1.6. Spezielle Verfahren zur Bearbeitung magnetischer Meßwerte.- 5.2.1.6.1. Umrechnung magnetischer Feldkomponenten.- 5.2.1.6.2. Polreduktion.- 5.2.2. Direkte Verfahren.- 5.2.2.1. Analytische Lösung durch Einzelmodelle.- 5.2.2.2. Profilberechnung.- 5.2.2.3. Abdeckverfahren (stripping).- 5.2.3. Indirekte Verfahren.- 5.2.3.1. Näherungsverfahren.- 5.2.3.2. Modellgebundene Masterkurven.- 5.2.3.3. Störkörpergebundene Filterung.- 5.2.3.4. Spektralanalyse.- 5.2.3.5. Parameterbestimmung.- 5.2.3.6. Reliefberechnung.- 5.3. Arbeiten zu speziellen Problemen der Geotechnik und des Ingenieurbaus.- 5.3.1. Suche von Hohlräumen.- 5.3.2 Erkundung von Aufbau und Veränderungen geschütteter Böden.- 5.3.3. Erkundung archäologischer Objekte.- 5.3.4 Suche künsthch magnetisierter Objekte.- 5.3.5Prognose von Erdbeben und Gebirgsschlägen.- 6. Beispiele komplexer gravimetrischer und magnetischer Untersuchungen Dr. mont. Georg Walach.- 6.1. Einführung.- 6.2. Suche und Erkundung von Erdöl-Erdgas-Lagerstätten.- 6.2.1. Allgemeines.- 6.2.2. Bruchstrukturen.- 6.2.3. Stratigraphische Ölfallen.- 6.2.4. Salzdome.- 6.3. Suche und Erkundung von Kohlelagerstätten.- 6.4. Suche und Erkundung von Erzlagerstätten.- 6.4.1. Blei-Zink-Erze.- 6.4.2. Kupfererze.- 6.4.3. Komplexe Blei-Zink-Silber-Vererzung.- 6.4.4. Eisenerze.- 6.5. Anwendung auf spezielle geologische Fragen.- 6.5.1. Begrabene Täler („buried Valleys“).- 6.5.2. Serpentinit von Kraubath (Österreich).- Literatur.