Summary We have investigated the applicability of resistivity derived either from surface electrical resistivity tomography (ERT) or airborne electromagnetic (AEM) surveys to a tunnel pre-investigation. We have exploited resistivity models to map the extent of toxic black shale along a tunnel alignment in central Norway. The resistivity models acquired before excavation and supported by laboratory measurements enabled us to map geological layers that are in agreement with the rock types subsequently observed from drillings and geological logging during tunneling. Our results highlight the potential of AEM surveys for such tunnel pre-investigations.
At the southern flank of the Vienna Basin, spectacular fold structures were exposed in the former Steinbrunn sand pit. The succession of Upper Pannonian age consists of decimeter- to meter-thick sandy, silty, and clayey beds, which are overlain by sandstone beds. Previously, these fold structures have been interpreted differently as of tectonic but also gravitational origin. To gain a more detailed insight into the 3D distribution and orientation of the folds, high-resolution geophysics such as electrical resistivity tomography (ERT), ground-penetrating radar (GPR), and electromagnetics (EM) were applied for mapping the subsurface in the surroundings of the sand pit. The EM results found that the uppermost layer was more clayey northwest and sandier southeast of the sand pit. To directly compare ERT and GPR results with the lithology of the fold structures observed in the sand pit, reference profiles behind the wall of the sand pit were performed. Both methods clearly revealed fold structures parallel to the folded Pannonian strata of the outcrop. Although the GPR data displayed boundaries between sandy and clayey sediments, and thus clearly imaged the fold geometry of the succession, the resistivities in the ERT profiles portrayed a smoother image. Almost all GPR profiles revealed wavelike structures with axes in the southeastern direction and dome-shaped structures with axes in the southwestern direction, deepening toward the west. This pattern was comparable with the sections of rounded buckle folds, which underlie almost the entire investigation area of approximately [Formula: see text] in size. Compared with fold structures as documented from a neighboring abandoned coal mine, the geophysical investigations around the Steinbrunn sand pit supported the hypothesis of a tectonic origin, formed by simple buckling of a planar surface and its confining volume along the southeastern flank of the Vienna Basin in Plio/Pleistocene times.
ABSTRACT In the past few years, the focus on Alum shale hazards and the need for efficient mapping tools have increased in Norway. Alum shale is highly toxic and poses a substantial obstacle to infrastructure development such as tunnel projects. We present an evaluation of the ground‐based electrical resistivity tomography, induced polarisation, and airborne electromagnetic methods for mapping purposes using a recent case study. This evaluation is done in combination with resistivity and chargeability laboratory measurements applied to drill cores. The aim of the geophysical survey was to improve the knowledge of Alum shale occurrence to assist a tunnel project in Gran, southeast Norway. Resistivity and chargeability models derived from an electrical resistivity tomography/induced polarisation survey enabled us to map the presence of Alum shale during the tunnel investigation. The resistivity models point to geological layers that are in agreement with the rock types observed from early drillings together with subsequent geological logging during tunnelling. The time‐domain chargeability models are imperfect but nonetheless reveal the presence of polarisable minerals. These are likely due to the high levels of sulphides contained in black shale. An airborne electromagnetic survey was done close to the area of interest, which enabled us to fly some sparse lines across the tunnel alignment as a piggyback survey. Although the airborne electromagnetic resolution is lower than electrical resistivity tomography, the successful test flight lines illustrate the potential of airborne electromagnetic surveys for Alum shale mapping in Norway and affirm the promise of airborne electromagnetic in the early stages of project exploration.
Within an infrastructure offensive in Norway the authorities plan and will build many hundred kilometers of new roads and rail tracks. One of the focuses is towards a high speed railway (HSR) system as a sustainable future transport. Due to the complex geology of large parts of Norway drilling campaigns often lead to a big question mark. To fill the gap between these drillings, reduce costs and improve planning security there is a demand in high resolution geophysical methods. NGI had the possibility to test, among other methods, high resolution ERT-IP and seismic refraction tomography to determine shallow bedrock (1-20 m) below a glacial infill on two test sites. While we assumed seismic refraction tomography to be the most reliable tool our study shows that our high resolution ERT model results in a lower deviation from existing drilling informations and supplementary revealed two steep weakness zones which were completely hidden in the seismic model. Additionally we calculated the spectral information of the IP data using the Cole-Cole relaxation model. The model provides additional information about the sedimentary cover but reveals contradicting informations about the weakness zones which cannot be further explained due to currently non-existing petrophysical models, especially for hardrock.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden bisher unbekannte neogene und postneogene Strukturen am Sudrand des Leithagebirges und am Westrand des Ruster Hohenzuges geophysikalisch erfasst und die gemessenen Tiefenprofile geologisch interpretiert. Das Unterostalpin des Leithagebirges und des Ruster Hohenzuges begrenzen ab dem Badenium das Eisenstadt-Sopron Becken. Die Subsidenz dieses Neogenbeckens wurde am Rand der Kristallinhorste von synsedimentaren Randbruchen begleitet.
Im Jahr 2006 belegte Jurgen Scheibz erstmals durch geophysikalische Messungen, dass das auf unterostalpinem Grundgebirge zwischen Ruster Hohenzug und Leithagebirge abgelagerte Neogen engstandig verfaltet worden ist. Die lokale Verfaltung pannoner Serien implizierte eine pontische bis plio-pleistozane Strukturbildung. Ziel der vorliegenden Arbeit war es nun, diese bei Schutzen am Gebirge entdeckten jungen Faltenstrukturen am Sudrand des Leithagebirges mittels geophysikalischer Verfahren weiter gegen Osten hin zu verfolgen.
Detaillierte Untersuchungen wurden unter Verwendung einander erganzender geophysikalischer Verfahren in Schutzen am Gebirge, Oslip, Sulzbreiten, Purbach-Donnerskirchen und Winden-Jois durchgefuhrt. Von besonderem Interesse war die Stellung des Hackelsberges ostlich von Jois, ein dem Leithagebirge sudlich vorgelagerter Kristallinhorst mit randlicher Miozanbedeckung. Es wurden Daten aus reflexionsseismischen und refraktionstomographischen Tiefenprofilen, geoelektrischen Widerstandstomographien, aeroelektromagnetischen Befliegungen, Bohrungen und bohrlochgeophysikalischen Messungen ausgewertet. Die geologische Interpretation basiert auf den geologischen Kartenblattern 1:50.000, 78 Rust und 79 Neusiedl, den erst kurzlich erschienen Erlauterungen dazu sowie den eigenen Gelandekenntnissen. Anhand der Untersuchungen in den funf Arbeitsgebieten kann als regionale Synthese zusammengefasst werden:
Es zeichnen sich somit in den Untersuchungsgebieten ganz unterschiedliche Struktur- und Deformationstypen ab, namlich:
Die Anlage einer NE-streichenden Windener Neogenmulde zwischen Leithagebirgshorst und Hackelsberg-Horst (Winden-Jois).
Domartige Aufwolbungen des sudostlichen Leithagebirgsvorlandes im Bereich Purbach-Donnerskirchen, die mit den Strukturen ostlich des Neusiedler Sees vergleichbar sind („buckling“).
Auf einen spindelformigen Bereich beschrankte Mulden- und Antiklinalbildungen am Sudrand des Leithagebirges bei Schutzen am Gebirge, sowie engraumige Isokklinalstrukturen im Bereich des Hackelsberges.
Listrische Abschiebungen pannoner Ablagerungen am Ostrand des Eisenstadter Beckens.
Staffelartige Verstellungen quartarer Terrassenschotter im sudlichen Eisenstadter Becken, ostlich der Sulzbreiten.
Morphotektonische Interpretation des Nord- und Sudrandes der Sulzbreiten mit undeutlichen Hinweisen auf Randbruche in den geophysikalischen Profilen.
Da in den bearbeiteten Gebieten pannone Ablagerungen verfaltet wurden, wird auf ein pontisches bzw. plio-pleistozanes Alter der Faltenbildung geschlossen. Die Anlage der Windener Neogenmulde erfolgte zwischen dem antiklinalartig strukturierten Leithagebirgshorst (in Fortsetzung der Schonbrunner Antiklinale) und einem antiklinalartigen Widerlager im Horstbereich des Hackelsberges. Prinzipiell ist eine Einengungstektonik in einem Extensionsregime von Neogenbecken schwer vorstellbar, speziell, wenn es sich um postpannon gebildete Faltenstrukturen handelt. Lokale Kompressionen lassen sich jedoch mit Aufpressungen entlang eng begrenzter Storungszonen erklaren. Der auf einen spindelformigen Bereich begrenzte Faltenbau in Schutzen am Gebirge und die engstandigen Faltenstrukturen im Hackelsbergprofil lassen sich mit einer Transpression entlang NE-streichender bzw. orthogonal dazu stehender Storungen erklaren. Die auch das Quartar erfassende Bruchtektonik fuhrt zu neotektonisch angelegten Steilrandern am Nord- und Sudrand der Sulzbreiten, dieser abflusslosen Senke im sudlichen Eisenstadter Becken.
Zusammenfassend sei festgehalten, dass die umfangreichen geophysikalischen Untersuchungen im Eisenstadt-Sopron Becken sowie im Bereich der Windener Neogenmulde und des Hackelsberges viele komplexe Faltenstrukturen zeigen, die bisher zu wenig berucksichtigt oder sehr stark vereinfacht dargestellt wurden. Geophysikalische Tiefensondierungen bieten also eine sehr wertvolle Methodik zur Interpretation oberflachennaher Strukturen. Dies gilt vor allem fur Gebiete wie das sudliche Vorland des Leithagebirges, in dem Tiefbohrungen und Aufschlusse fehlen oder nur in geringer Zahl vorliegen.
