Zu einem großen Teil ist die magnetotellurische Projektarbeit geologisch oder interdisziplinär ausgerichtet, doch unsere Forschung erfordert darüber hinaus methodische Entwicklungen. Viele der neuartigen Herangehensweisen, die im Weiteren diskutiert werden, sind in ihrem Ursprung akademische Thesen, die am GFZ und in Zusammenarbeit mit Universitäten erarbeitet wurden.

Bei MT-Messungen werden orthogonale Komponenten der elektrischen und magnetischen Felder als Zeitreihen an der Oberfläche der Erde aufgezeichnet. In der Frequenzbereichsdarstellung sind die elektrischen und horizontalen magnetischen Felder durch den Impedanztensor Z, auch alsAntwortfunktion der Erde bezeichnet, linear miteinander verknüpft. Das Ziel des elektromagnetischen Datenprocessings ist es, diese Antwortfunktion so exakt wie möglich abzuschätzen.

Entscheidend für den Erfolg eines jeden Algorithmus zum Datenprocessing ist die Stärke der Störsignale auf den horizontalen Komponenten des magnetischen Feldes, das beträchtlich mit der Zeit, von Stationen zu Station und über den Frequenzbereich variieren kann. Die Entfernung solch verunreinigter Daten im Vornherein ist eine Voraussetzung für die sinnvolle Anwendung der meisten Datenprocessing-Schemata, da im Allgemeinen für die magnetischen Kanäle Störungsfreiheit angenommen wird. Mit der in Ritter et al., 1998 beschriebenen Methode werden Unregelmäßigkeiten im Quellfeld aus den Daten entfernt, und damit geeignete Arbeitsbedingungen für die robusten Datenprocessing-Methoden geschaffen.

Robustes Remote-Reference-Processing kann die Datenqualität an einer lokalen Station verbessern, jedoch nur, wenn synchrone Aufzeichnungen von mindestens einer weiteren Station vorhanden sind und wenn das elektromagnetische Rauschen zwischen den Stationen unkorreliert ist. Wenn diese Voraussetzungen nicht erfüllt sind, empfehlen Weckmann et al., 2005 einen alternativen Ansatz zur Rauschentfernung, basierend auf einer Kombination von Frequenzbereich-Editieren mit darauf folgendem Single Site Robust Processing.

Oettinger et al., 2001 diskutieren eine Methode zur Rauschminimierung in MT-Zeitreihen mit einer neuen Signal-Rausch-Trennungs-Methode und Müller et al., 2000 führen eine neue Methode zur Kompensation von Bias in der Magnetotellurik ein.

Weckmann et al., 2003a präsentieren eine Methode zur Umwandlung des magnetotellurischen (MT) Impedanztensors in einen scheinbaren Widerstandstensor. Im Gegensatz zu anderen Herangehensweisen sind die Ergebnisse dieser neuen Methode (PNA genannt) auch unter extremen 3D-Bedingungen stabil und aussagekräftig. Die Anwendung von PNA auf MT-Daten von der Waterberg Fault (Namibia) entwirrt die komplizierten 3D Impedanzen und offenbart einen klaren Zusammenhang zwischen dem elektrischen Widerstandstensor und der Oberflächengeologie.

Die Abbildung von seismischen Streuobjekten und magnetotellurischen Sondierungen enthüllen einen scharfen lithologischen Kontrast entlang eines 10km langen Segments der Arava Fault (AF), einer bedeutenden Verwerfung der südlichen Dead Sea Transformstörung (DST) im Mittleren Osten (Maercklin et al., 2005).

Ein großer Teil unserer veröffentlichten Arbeit konzentriert sich auf die Interpretation von elektrischen Leitfähigkeitsmodellen im Hinblick auf geologische oder geodynamische Zustände. Hoffmann-Rothe et al., 2004 untersuchen die Verbindung von Leitfähigkeit und interner Architektur einer Verwerfungszone, indem sie Aufzeichnungen der strukturellen Deformation an einer Verwerfungszone mit ihrem elektrischen Leitfähigkeitsabbild vergleichen. Eine Gegenüberstellung von vier bedeutenden Verwerfungssystemen zeigt sowohl Ähnlichkeiten als auch markante Unterschiede in ihren elektrischen Untergrundsstrukturen. Diesen Unterschiede der Verwerfungen innerhalb der oberen Kruste können mit dem Grad der Deformationslokalisation innerhalb der Verwerfungszone verknüpft sein (Ritter et al., 2005).

Die Rolle und Erfassung von elektrischer Anisotropie im Untergrund der Erde ist ein immer noch viel diskutiertes Thema. In einer MT-Studie des Damara Belts in Namibia lassen MT-Phasen über 90° die interne Struktur der Waterberg Verwerfung / des Omaruru Lineaments als eine hoch anisotrope Zone erkennen (Weckmann et al., 2003b). Eisel und Haak, 1999 diskutieren die Existenz einer Makro-Anisotropie in der elektrischen Leitfähigkeit in der Kruste der deutschen Kontinentalen Tiefbohrung (KTB).

Magnetotellurische und seismische Methoden liefern komplementäre Informationen über die Leitfähigkeits- und seimische Geschwindigkeitsstruktur des Untergrundes in ähnlichen räumlichen Maßstäben und Auflösungen. Unabhängig voneinander abgeleitete Inversionsmodell dieser beiden Methoden können unter Verwendung eines Klassifikationsansatzes kombiniert werden (Bedrosian, 2007).

Becken et al. (2006) analysieren Eigenschaften der TE- und TM-Moden in einer 3D Umgebung. Sie zeigen, dass galvanische Überströme der TM-Mode mit flachem Ursprung die elektrische Feldantwort von tiefen Strukturen überdecken können. Der MT Impedanztensor ist eine gemischt-modale Übertragungsfunktion, so dass die die TM-Antwort mit einem flachen Ursprung nicht nur die TM-Antwort von tiefen Strukturen überlagert, sondern auch die zugehörigen TE-Anteile verzerrt. Daher spiegelt der MT-Impedanztensor nicht immer die Eigenschaften der tiefen Erde wider, wenn die flache Struktur heterogen ist.

Becken und Pedersen (2007, in prep.) entwickelten eine Technik zur selbst-konsistenten Inter- und Extrapolation gemessener magnetischer Übertragungsfunktionen. Die Analyse basiert auf einem Äquivalenzmodell und erlaubt die Vorhersage von magnetischen Feldern und Übertragungsfunktionen überall innerhalb und außerhalb des MT-Arrays. Diese Methode kann auch zur Überprüfung der Konsistenz von Daten verwendet werden.

Andere methodologische Entwicklungen waren Sensitivitätsstudien, die Schwalenberg et al., 2002 auf ein 2D-Widerstandsmodell der Zentralen Anden anwendeten, sowie die Untersuchungen von starkem Current Channeling mit magnetotellurischen Phasen über 90° von Lezaeta und Haak, 2003.

Hier finden Sie eine Übersicht unserer Projekte.