ERT och TEM som verktyg för grundvattenundersökningar - Jämförande studie i Skåne

Abstract

Geophysical methods can create 2D- and 3D-models that reflects the geology. These models can be used as a tool for mapping groundwater resources.
Four profiles, located in Vombsänkan in southeastern Skåne, have been investigated with Electrical Resistivity Tomography (ERT) and ground-based Transient Electromagnetic Soundings (TEM) as a study of the two methods. The resistivity profiles from the geophysical methods have also been studied. ERT, also called CVES, is carried out to get a better understanding of the coarse sediments in the soil layers. This is complemented with TEM soundings that can provide an understanding of the character of the deeper soil layers as well as the depth and the condition of the bedrock.
This study from Lund University is a collaboration with the Geological Survey of Sweden (SGU) and the consulting firm WSP. The results favor the SGU and their further hydrogeological mapping of critical aquifers in Sweden. WSP has been commissioned by Sjöbo municipality to investigate a new main water source to either replace or supplement the existing water supply. Collaboration with WSP involves data from the geophysical methods and drillings (performed by WSP) will serve as a basis for assessing the area with respect to groundwater and its suitability as a water source.
Inversion of resistivity data from ERT is relatively user-friendly with pre-settable settings in Res2DINV used for all profiles to be interpreted by the same conditions. Modeling of TEM-soundings requires practical experience from the user, something that has improved during the project. The TEM models was modeled exclusively with 3-layer models for the sake of consistency. Even for an experienced user, the method has its limitations at high resistivity where insufficient data exists because of the low current density. TEM-soundings fit best in determining differences in resistivity below 150 Ohm-m and is therefore well suited for Skåne with underlying sedimentary rocks.
Data have been obtained with high resistivity in the top layer through all the profiles. This is common to both the TEM and the ERT. Generally, the resistivity is declining with depth. Profile 2 is the only exception which is located in the hilly landscape where a clayey till/moraine dominates in the soil surface. Indications of aquifers exist with coarse formations above fine-grained formations. These indications can be seen from the drilling reports on profile 3 and 4.
TEM and ERT complement each other well. The TEM-method is a quick preliminary investigation method and does not require as much labor or staff as ERT, and may therefore be termed as cost effective. No current injection into the ground via electrodes is required, why no damage on the ground is made. However, an environment without coupling is required.
ERT requires a large distance between electrodes to compete with the depth penetration of TEM soundings. With TEM-soundings and its large depth penetration, saline water in bedrock can be detected with a resistivity around 10 Ohm-m at a relatively great depth. No indications of saline groundwater have been observed in the project.
There are differences in resolution between ERT and TEM in the uppermost 50-60 meters. ERT is good at detecting differences in resistivity near the soil surface and down to 60 meters, depending on the electrode configuration and spacing. There was no indication of any resistivity-layers the uppermost tens of meters. This is because the coarse-grained formations have naturally high resistivity. Drilling gives a good indication of the complex uppermost ten meters and its results comes in handy when interpreting the geological profiles.

Abstract (Swedish)

Geofysiska mätmetoder kan tids- och kostnadseffektivt skapa tvådimensionella (2D) och tredimensionella (3D) modeller som avspeglar geologin och som kan användas som ett verktyg för kartläggning av grundvattentillgångar.
I denna studie har fyra profiler belägna i den s.k. Vombsänkan i sydöstra Skåne undersökts med galvanisk resistivitetsmätning (ERT) och Transient Elektronmagnetisk Sondering (TEM) som en metodstudie. Resistivitetsprofilerna från de geofysiska metoderna har studerats och tolkats geologiskt och hydrogeologiskt. Resistivitetsmätningar genomförs bl.a. för att få en bild av grovsedimenten i jordlagren och kompletteras med TEM sonderingar som kan ge en uppfattning om de djupare jordlagrens karaktär samt om djup till berg och berggrundsförhållande.
Studien är ett samarbete med Sveriges Geologiska Undersökningar (SGU) och konsultföretaget WSP. Resultaten gynnar SGU och deras vidare hydrogeologiska kartläggning av viktiga grundvattenmagasin i Sverige. WSP har fått i uppdrag av Sjöbo kommun att undersöka en ny huvudvattentäkt som antingen ersätter eller kompletterar den befintliga vattentäkten. Samarbetet med WSP går ut på att data från de geofysiska metoderna samt rördrivningar (utförs av WSP) ska fungera som underlag för att bedöma området och dess lämplighet som grundvattentäkt.
Inversion av resistivitetdata från ERT är relativt användarvänliga med förinställbara inställningar i Res2DINV som används för att alla profiler ska kunna tolkas efter samma grund. Modellanpassning av TEM-sonderingar kräver praktisk erfarenhet från användaren, något som blivit bättre under projektets gång. TEM-modelleringarna utfördes uteslutande med 3-lagersmodeller för konsekvensen skull. Även för en erfaren användare har metoden sina begränsningar vid höga resistiviteter där otillräcklig data finns på grund av den låga strömdensiteten. TEM-sonderingar passar sig bäst i att avgöra skillnader i resistiviteter under 150 Ohm-m och lämpar sig därför väl för Skånes inland och dess sedimentära bergarter.
Genom alla profiler har data erhållits med en hög resistivitet i det översta lagret vilket är gemensamt för både TEM och ERT. Generellt för profilerna ses en sjunkande resistivitet mot djupet, undantaget är profil 2 som är placerad i backlandskapet där lermorän dominerar i jordytan. Indikationer på akviferer finns med grovkorniga vattenförande lager ovan mer finkorniga formationer som lermoräner och siltrika material. Detta ses på profil 3 och 4 där rördrivningar utförts och indikationerna väl stämmer med profilerna från ERT och TEM.
TEM och ERT har visat sig komplettera varandra bra. TEM-metoden är en snabb förundersökningsmetod och kräver inte lika stor arbetskraft eller personal och kan därför sägas vara kostnadseffektivare. Ingen åverkan på marken görs och ingen ströminjektion i marken via elektrod krävs. Dock fordras en miljö utan kopplingsbenägenheter.
ERT kräver stora utlägg för att ens komma i närheten av TEM-sonderingars djupnedträngning. Med TEM-sonderingars stora undersökningsdjup kan salt vatten i berggrunden detekteras. Från resultaten har inga indikationer på salt grundvatten setts i projektet då en resistivitet runt 10 Ohm-m hade registrerats på ett relativt stort djup.
Det finns skillnader i upplösning mellan ERT och TEM de översta 50-60 metrarna. ERT är bra på att detektera resistivitetskillnader nära markytan och ner till 60 meter beroende på elektrodkonfigurationen. Det har inte gått att uttyda några lagerföljder de översta tiotalen metrarna från TEM-sonderingarna då grovkorniga formationer har naturligt hög resistivitet. Rördrivningar ger ett bra facit på de annars komplexa översta tiotalet metrarna och är till stor hjälp när profiler tolkas geologiskt.

Popular Abstract

The study presented in this article addresses geophysical methods that can create 2D and 3D models that reflect
the geology. The models can be used as a tool for mapping of groundwater resources. Four profiles, located in
Vombsänkan in southeastern Skåne, have been investigated with Electrical Resistivity Tomography (ERT) and
Transient Electromagnetic Soundings (TEM). The purpose of the study was to compare the two geophysical
methods and to interpret the resistivity model in a geological and hydrogeological context. Inversion models
from measured data were interpreted with the available background information from the area. Generally, the
resistivity through the profiles decreased with depth. Indications of aquifers exist, with coarse formations above
fine-grained formations. ERT and TEM complement each other well.

Popular Abstract (Swedish)

Studien presenterad i denna artikel behandlar geofysiska mätmetoder som tids- och kostnadseffektivt kan skapa
tvådimensionella och tredimensionella modeller som avspeglar geologin. Modellerna kan användas som verktyg
för kartläggning av grundvattentillgångar. Fyra profiler belägna i Vombsänkan i sydöstra Skåne undersöktes
med galvanisk resistivitetsmätning (ERT) och Transient Elektronmagnetisk Sondering (TEM). Syftet med stu-
dien var att jämföra ERT och TEM som en del i en metodstudie samt att tolka resistivitetsmodellerna geolo-
giskt och hydrogeologiskt. Inversionsmodeller från mätdata tolkades med framtagen bakgrundsinformation
över mätlokalen. Generellt genom alla profiler kan det ses en sjunkande resistivitet mot djupet. Indikationer på
akviferer finns med grovkorniga vattenförande lager ovanpå mer finkorniga formationer. Slutsatsen är att ERT
och TEM kompletterar varandra väl.

• author: Kristoffersson, Henrik
• supervisor: Torleif Dahlin
• organization: Engineering Geology
• alternative title: ERT and TEM as a tool for groundwater investigations - Comparative study in Skåne, southern Sweden
• course: VTG820 20141
• year: 2014
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Geofysik, Resistivitet, ERT, TEM, Geologi, Hydrogeologi, Akvifer, Grundvatten, Skåne, Vombsänkan Geophysics, Resistivity, Geology, Hydrogeology, Aquifer, Groundwater
• report number: TVTG-5136
• other publication id: ISRN
• language: Swedish
• id: 4857097
• date added to LUP: 2015-02-03 09:51:13
• date last changed: 2020-09-10 09:48:07