Original paper

Underground GPR measurements for spatial investigations in the Gorleben salt dome

[Georadar-Messungen unter Tage zur räumlichen Erkundung des Salzstocks Gorleben]

Gundelach, Volker; Blindow, Norbert; Buschmann, Ulrich; Salat, Christina

Abstract

Ground penetrating radar (GPR) ? also designated as electromagnetic reflection technique (EMR) ? is an efficient nondestructive tool for the exploration of underground salt deposits. Complex geological structures (bent, folded, sometimes faulted layering of salt, potassium, clay and anhydrite) in electrically low-conductive salt can be mapped by measuring distance and direction of reflecting objects. In boreholes the information is given by direction sensitive borehole radar. In shafts rotation symmetry helps to detect the direction. In drifts direction finding antennae provide the reflection angle. Various antenna types help to enhance the resolution or the penetration depth. Measurements with different polarisations offer additional information about the reflecting structures. Here we present GPR techniques and unparalleled results from the Gorleben salt dome in Northern Germany, achieved with various systems during the last two decades. At centre frequencies of 30 to 70 MHz reconnaissance depths of up to 600 m were achieved at a typical range resolution of 0.6 m. The range of the radar varies with the electromagnetic properties of the materials involved. From the spatial interpretation of GPR reflections and additional geological knowledge a three dimensional model of the structures has been created.

Kurzfassung

,,Ground penetrating radar? (GPR) ? auch Elektromagnetisches Reflexionsverfahren (EMR) genannt ? ist ein effizientes, zerstörungsfreies Instrument zur Erkundung von unterirdischen Salzlagerstätten. Komplexe geologische Strukturen (gebogene, gefaltete, manchmal gestörte Lagerung von Salz, Kali, Ton und Anhydrit) im elektrisch gering leitenden Salz können durch Messung von Entfernung und Richtung reflektierender Objekte abgebildet werden. In Bohrlöchern erhält man diese Information durch richtungssensitives Bohrlochradar. In Schächten unterstützt die Rotationssymmetrie eine Richtungsbestimmung. In Strecken liefern Peilantennen den Reflexionswinkel. Mit verschiedenen Antennentypen lassen sich Auflösung oder Eindringtiefe verbessern. Messungen mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen liefern zusätzliche Information über die reflektierenden Strukturen. Hier zeigen wir GPR-Techniken sowie einzigartige Ergebnisse aus dem Salzstock Gorleben in Norddeutschland, die mit verschiedenen Systemen während der letzten zwei Jahrzehnte gewonnen wurden. Bei Mittenfrequenzen von 30 bis 70 MHz wurden Erkundungstiefen bis 600 m erreicht, die typische Auflösung beträgt ca. 0,6 m. Die Reichweite variiert abhängig von den elektromagnetischen Eigenschaften der beteiligten Materialien. Aus der räumlichen Interpretation von GPR-Reflexionen und geologischen Zusatzinformationen konnte ein dreidimensionales Modell der Strukturen geschaffen werden.

Keywords

boreholedirection sensitivegeological modelgprsalt dome