Original paper

Airborne electromagnetic measurements as basis for a 3D geological model of an Elsterian incision

Bosch, J.H. Aleid Bakker; Paap, Bob F.

Abstract

Geophysical surveying served as basis for the construction of a three-dimensional model of the subsurface in an area where deep glacial incisions occur. These incisions of Elsterian age were known from a limited amount of borehole data and it is well-known that they have irregular shapes both in transverse and in longitudinal direction. This makes them difficult to map using traditional methods. To test and improve the research techniques in order to establish the delimitation of these valleys, research institutes from Denmark, Germany and the Netherlands joined forces in the BurVal project. This paper reports on the activities and conclusions of the investigations in Groningen, the Netherlands. The precise geometry and infill of the valleys in the investigated area was not known prior to this research. Airborne electromagnetics, as employed in this survey, shows the variation in resistivity of layers in the upper 70 m of the soil and serves as a basis for finding optimal locations to use additional methods such as seismics, cone-penetration tests and drillings. The seismic data show that a well-defined buried valley is present, which is filled in by three sedimentary units, mostly sandy in nature, topped by a clay layer. Linking borehole data to geophysical properties enables the development of a three dimensional geological model of the buried valley and its direct surroundings. This model governs state-of-the-art information which can be applied in hydrogeological prospecting. This is highly valuable for drinking water extraction and contamination risk assessment.

Kurzfassung

Die Elster-Eiszeit hat den niederländischen Untergrund stark geprägt und ihre Spuren in Form glazialer Rinnen hinterlassen. Die Lage dieser Rinnen ist aus einer begrenzten Anzahl an Bohrungen bekannt. Ihre Form ist ungleichmäßig, sowohl im Quer- als auch im Längsschnitt, was die Kartierung mit traditionellen Mitteln schwierig macht. Geophysikalische Methoden können hier die dreidimensionale Modellierung eines Gebiets mit tiefen glazialen Rinnen unterstützen. Um diese Untersuchungsmethoden zu testen und zu verbessern, damit man z. B. die Ausdehnung der Rinnen besser eingrenzen kann, haben Forschungsinstitute aus Dänemark, Deutschland und den Niederlanden sich für das BurVal Projekt zusammengeschlossen. Im Rahmen dieser Publikation werden die Ergebnisse und Schlussfolgerungen für das BurVal-Messgebiet Groningen (Niederlande) präsentiert, in dem die genaue Geometrie und Füllung der eiszeitlichen Rinnen bisher nicht bekannt war. Die Ergebnisse der Hubschrauberelektromagnetik zeigen die Variation des Widerstands in den oberen 70 m der Erde und sind daher geeignet, die günstigsten Stellen für die Anwendung weiterer Untersuchungsmethoden wie z. B. Seismik, Drucksondierungen und Bohrungen zu finden. Die seismischen 2D-Profile zeigen eine deutliche Talform, die mit drei, meist sandigen sedimentären Einheiten und einer abdeckenden Tonschicht gefüllt ist. Die Kombination von Bohrlochdaten mit geophysikalischen Daten ermöglicht die Entwicklung eines 3D-Modells, das den geologischen Aufbau der Rinnen und der direkten Umgebung zeigt. Dieses Modell beinhaltet ,,state-of-the-art“-Informationen und kann für die hydrogeologische Auswertung verwendet werden. Dies ist äußerst wichtig für die Trinkwassergewinnung und unterstützt die Einschätzung einer möglichen Beeinträchtigung der Grundwasserqualität.

Keywords

buried valleytunnel valleyelsterian glaciationgeophysicsairborne electromagneticshigh resolution seismicsgeological modellingthe netherlandsgroningen