Original paper

Chronicle of an earth-flow foretold - The 2008 Gschliefgraben event, Austria

Weidinger, Johannes Thomas; Niesner, Erich; Millahn, Karl

Abstract

This paper presents the results of engineering geologic mapping and geophysical investigations of the Gschlief graben earth-flow, Lake Traunsee, Austria, which we conducted between 2004 and 2007. We conducted multi-electrode geo-electric monitoring of contemporary mass movements related related to earth-flow reactivation. Geo-electric pro files show a very strong correlation between the electric resistivity and the water saturation within the outcropping marls ("Buntmergel group") of a tectonic window in the Ultrahelvetic within the Rhenoda nu bian flysch and Northern Calcareous Alps. Engineering geological mapping indicates that the stability of the marly sediments is highly dependant on the degree of water saturation and pore water pressure. Geo-electric measurements provide resistivity values which are among other parameters dependent on water saturation. Therefore measured resitivity values can give indications on the stability.Data sampled along selected pro files across the earth-flow provide information on its complex three-dimensional sedimentary structure, including bedrock topography, and evidence of tectonic pre-design that eventually led to a number of historically documented episodes of earth-flow reactivation. Geoelectric soundings (combined with seismic data) reveal that the Gschliefgraben earth-flow is between 10 and < 170 m thick, while comparison with engineering geological mapping suggest that the internal mechanisms of mass movement processes at gschliefgraben are linked to toppling, sliding, and spreading of mechnically strong rocks along shear planes formed by much weaker sediments.Our geophysical investigations highlight the potential for further instability and reactivation of the earth-flow. This prognosis was strikingly corroborated by a catastrophic acceleration of the landslide during 2007-2008, which obliterated a series of engineering countermeasures, damaged several buildings, and necessitated evacuation of properties. This underlines the high application and prediction potential of geo-electrics with respect to rapid earth-flows.

Kurzfassung

Diese Arbeit präsentiert die kombinierten Ergebnisse einer ingenieurgeologisch-geomorphologischen Kartierung und geophysikalischer Untersuchungen der Gschliefgraben-Erdströme am Ostufer des Traunsees in Oberösterreich, die von 2004 bis 2007 durchgeführt wurden. Mittels Multi-Elektroden-Geoelektrik konnte an den aktuellen Massenbewegungen, die in Zusammenhang mit einer bevorstehenden Reaktivierung des Erdstromes standen, ein Monitoring installiert werden. Die Messprofile der Geoelektrik zeigen eine sehr deutliche Korrelation zwischen den elektrischen Widerständen und der Wassersättigung innerhalb der anstehenden Mergel und Sandsteine der Buntmergeln Gruppe. Diese liegt im Gschliefgraben in Form eines tektonischen Fensters des Ultrahelvetikums zwischen Rhenodanubikum (Flysch-Zone) und Nördlichen Kalkalpen vor. Die ingenieurgelogisch-geomorphologische Kartierung zeigt, dass die Stabilität der mergeligen Sedimente in hohem Maße von der Wassersättigung und dem Porenwasserdruck abhängt. Und auch die geoelektrischen Messungen liefern Erdwiderstände die neben anderen Parametern von der Wassersättigung abhängen. Aus diesem Grund besteht also ein direkter Zusammenhang zwischen den gemessenen Erdwiderständen und der Stabilität des Materials.Die an ausgewählten Messprofilen quer über die Erdströme erhobenen Daten geben zudem Aufschluss über die komplexe drei-dimensionale Struktur der Sedimente, die Topographie des anstehenden Grundgebirges und die präexistierenden tektonischen Anlagen, die im gegebenen Fall zu einer Anzahl von historisch dokumentierten Rutschungsaktivitäten und/bzw. zu Reaktivierungen der Erdstromtätigkeit führten. Ferner belegen die geoelektrischen Untersuchungen in Kombination mit seismischen Daten, dass der Gschliefgraben Erdstrom zwischen 10 und < 170 m dick ist.Der Vergleich mit der ingenieurgeologisch-geomorphologischen Kartierung zeigt, dass der interne Mechanismus des gesamten Systems von Massenbewegungen mit dem System ,,Hart auf Weich, also dem Instabilwerden spröd reagierender, hangender Kalke und Brekzien auf einer weichen, duktilen Unterlage aus Mergeln in Zusammenhang steht.Die geophysikalischen Untersuchungen weisen auch auf die Möglichkeit weiterer Massenbewegungen und Reaktivierungen von Erdströmen hin. Diese Prognose wurde durch die katastrophalen Ereignisse der Jahre 2006-2008 eindrucksvoll bestätigt, welche mehrere Häuser beschädigten, Evakuierungsmaßnahmen und eine Fülle an ingenieurgeologischen bzw. -biologischen Gegenmaßnahmen erforderten.Die Studie zeigt also, dass sich eine Kombination aus geologisch-geomorphologischer Geländekartierung und geoelektrischen Messungen für die Vorhersage und den Verlauf von rasch ablaufenden Erdströmen sehr gut eignet.

Keywords

landslideearth-flownatural hazardsnorthern calcareous alpsultrahelvetic nappebuntmergel groupenvironmental geologyengineeringgeo-electricsmonitoring