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Buried Quaternary valleys a geophysical approach

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Abstract

Buried Quaternary valleys, incising several hundred metres in Tertiary sediments, are of a glacial origin and demonstrate the immense forces acting below the glaciers by the pressurised melted water. Aside from their fascinating genesis, these valleys have a practical value because the sedimentary filling can be very permeable and can act as important aquifers for the water supply. Sustainable water management requires a detailed knowledge of the subsurface structures. Geophysical tools for the investigation and characterisation of aquifers in unconsolidated sediments are tested in six different study areas. Valleys with a width of more than 1 km and a depth of more than 200 m differ in their sedimentary environment and filling. This can be detected by gravity anomalies. Using seismic profiles, shape, internal structure and embedding in the surroundings are revealed. Airborne electromagnetic surveys map the distribution of electrical resistivity down to a depth of 300 m. In most cases the valley is clearly distinguishable from the surrounding material. The quality of the covering layers is quantified by the electrical resistivity. A reliable interpretation can be attained by combining the various methods with borehole information and expert geological knowledge.

Kurzfassung

Quartäre Rinnenstrukturen, die im nordeuropäischen Sedimentbecken mehrere hundert Meter tief in ältere Sedimente einschneiden, sind eiszeitliche Phänomene und belegen die immensen Kräfte, die unterhalb der Gletscher und mithilfe des Schmelzwassers wirken. Aber neben ihrer faszinierenden Entstehungsgeschichte haben diese Rinnen heute großen praktischen Wert, da die Sedimente, mit denen sie verfüllt sind, gut permeabel sein können und wichtige Aquifere für die Trinkwasserversorgung darstellen können. Für nachhaltiges Wassermanagement ist eine gute Kenntnis des Untergrundes notwendig. Die Werkzeuge der Geophysik zur Erkundung und Charakterisierung von Grundwasserleitern in Lockersedimenten werden in sechs verschiedenen Untersuchungsgebieten getestet. Die über 1 km breiten und weit über 200 m tiefen Rinnen unterscheiden sich dabei durch sedimentäre Umgebung und Füllung. Damit verbundene Dichte- und Porositätsunterschiede verursachen gravimetrische Anomalien. Seismische Profile bilden ihre Form, ihre interne Struktur und ihre Einbettung in das Umgebungsmaterial ab. Mit elektromagnetischen Messungen vom Hubschrauber aus werden flächenhafte Verteilungen der spezifischen elektrischen Widerstände in bis zu 300 m Tiefe kartiert. Die Rinne lässt sich dabei in den meisten Fällen deutlich vom Umgebungsmaterial abgrenzen. Die Beschaffenheit der Grundwasserdeckschichten wird über den spezifischen elektrischen Widerstand ermittelt. Durch die Kombination der Verfahren unter Einbeziehung von Bohrungen und geologischem Fachwissen ergibt sich eine gut abgesicherte Interpretation.

Keywords

buried subglacial valleyreflection seismicairborne geophysicsgravityhydrogeophysics