31. März 2025, 15:30 bis 16:00

Diplomprüfung Anna Hettegger

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Groundwater exploration at the Hochschwab using Magnetotelluric: an investigation of open-source approaches for data processing

Die Magnetotellurik (MT) ist eine passive geophysikalische Methode zur Messung von Schwankungen der natürlichen elektrischen und magnetischen Felder der Erde. Zeitreihen des magnetischen Feldes werden in drei orthogonalen Komponenten (x, y, z) mit Induktionsspulen gemessen, während Zeitreihen des elektrischen Feldes in zwei orthogonalen Komponenten (x, y) mit nicht polarisierbaren Elektroden gemessen werden. Durch die Prozessierung der gemessenen Zeitreihen können Informationen über die Verteilung des spezifischen elektrischen Widerstandes im Untergrund gewonnen werden. Diese Auswertung wird üblicherweise mit kommerzieller Software durchgeführt. Kommerzielle Softwares sind jedoch oft teuer und können nicht modifiziert werden, so dass sie für den akademischen Gebrauch nicht geeignet sind. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Open-Source-Workflow für die MT- Zeitreihenprozessierung zu finden, der für Lehr- und Forschungsaktivitäten an der TU Wien geeignet ist. Zu diesem Zweck evaluiere ich verschiedene Open-Source- Codes, ihre Vorteile und Grenzen.  Diese Arbeit gliedert sich in drei Hauptteile: (1) Literaturrecherche zu den verfügbaren Open-Source-Algorithmen, (2) die Verwendung und Evaluierung der verschiedenen Bibliotheken und der Vergleich der erzielten Ergebnisse mit einer kommerziellen Software, und (3) Erfassung, Verarbeitung und Interpretation von exemplarischen Datensätzen.Zur Illustration der Methodik für die Visualisierung und Verarbeitung der Daten wurden zwischen 2022 und 2024 MT-Sondierungen an drei verschiedenen Standorten in Österreich durchgeführt: dem Nationalpark Neusiedler See-Seewinkel, dem Hydrologischen Freilandlabor (HOAL) in Petzenkirchen und dem Hochschwab-Massiv. Zunächst untersuche ich MT-Sondierungen im Seewinkel, einem Standort mit vernachlässigbarer Infrastruktur, und im HOAL, einer urbanen Umgebung, um die Quellen anthropogenen Rauschs zu identifizieren und zu verstehen. Zweitens analysiere ich natürliche Signalschwankungen im AMT- Deadband während Tag und Nacht, um ihren Einfluss auf die Datenqualität zu bewerten. Drittens wende ich den vorgeschlagenen Workflow auf vier Sondierungen am Hochschwab an, um den spezifischen elektrischen Widerstand des Untergrundes bis zu einer Tiefe von ca. 3 km zu bestimmen und so die Tiefe des Grundwasserspiegels abzugrenzen.Die Ergebnisse verdeutlichen, wie wichtig es ist, die MT-Rohdaten sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich zu untersuchen, um die Quellen von Rauschen, Ausreißern und fehlerhaften Messungen zu erkennen und zu verstehen. In dieser Hinsicht konnten Ich im Rahmen dieser Arbeit auch die Protokolle für die Feldarbeit verbessern, um MT-Daten mit höherer Qualität zu sammeln. Anthropogenes Rauschen beeinträchtigt die Qualität der MT-Daten und die Interpretation der Ergebnisse erheblich.  Die Notch-Filterung von Stromleitungs- (50 Hz) und Eisenbahnsignalen (16,7 Hz) und deren harmonischen Signalen sowie die Festlegung von Schwellenwerten für die Kohärenz verbessern die Impedanzschätzung erheblich.Für eine beispielhafte MT-Sondierung am Hochschwab wurden numerische Modelle mit dem im Rahmen dieser Arbeit implementierten Vorwärtslöser getestet. Der Grundwasserspiegel wurde in einer Tiefe von etwa 1200 m mit einem spezifischen elektrischen Widerstand des Aquifers von 300-400 Ωm geschätzt.  Diese Ergebnisse zeigen die Anwendbarkeit der MT-Methode und des vorgeschlagenen Open-Source-workflows für die Grundwasserexploration. Es sind jedoch weitere Analysen, einschließlich Dimensionalitätsanalyse, Topografiekorrektur und Inversion, erforderlich, um die Grundwassergeometrie vollständig zu verstehen und die Tiefe des Grundwasserspiegels genau zu schätzen.

Kalendereintrag

Veranstaltungsort

Sem. DA grün 02 A (Zugang über 2. Stock, gelber Bereich)
1040 Wien
Wiedner Hauptstraße 8

 

Veranstalter

TU Wien

 

Öffentlich

Ja

 

Kostenpflichtig

Nein

 

Anmeldung erforderlich

Nein