In letzter Zeit wird immer häufiger die Frage gestellt: Ist es möglich, unterirdische Hohlräume geophysikalisch zu orten, wenn sie nur wenige Meter Durchmesser haben und etwa bis 10 Meter unter der Erdoberfläche liegen? Weiter wird gefragt: Welches Verfahren führt gegebenenfalls zu den wirtschaftlichsten und dabei zuverlässigsten Ergebnissen?

Auf einer kürzlich in Hannover abgehaltenen Tagung von Ingenieurgeologen widmeten sich die Beiträge eines ganzen Vormittage dem Thema des Auffindens unterirdischer Hohlräume. Dabei zeigte es sich, daß von allen geophysikalischen Methoden, die man auf dieses Problem ansetzen kann, der Gravimetrie der Vorzug zu geben ist. Verfolgt man darüber hinaus die einschlägigen Veröffentlichungen der letzten Jahre, so wird man feststellen, daß vornehmlich gravimetrische Lösungen beschrieben und diskutiert werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß selbst ein " relativ" kleiner in einer " relativ" großen Tiefe gelegener Störkörper -hier der Hohlraum -noch eine meßbare gravimetrische Wirkung zeigt. Hierbei spielt natürlich die Tatsache eine Rolle, daß der Dichteunterschied zwischen dem gesuchten Hohlraum und dem ihn umgebenden Gestein ziemlich groß und außerdem recht genau bekannt ist.

Noch vor wenigen Jahren hätte man allerdings nicht daran denken können, Kavernen gravimetrisch zu suchen. Die zu erwartende Schwerewirkung von Hohlräumen mit einem Durchmesser von ein bis drei Metern in einer Tiefe von zwei bis zehn Metern beträgt wenige tausendstel bis wenige hundertstel Milligal. Das normalerweise in der Lagerstättenforschung eingesetzte Gravimeter ergibt jedoch bei einer Einzelmessung eine effektive Genauigkeit von 2 bis 3 hundertstel Milligal. Der Einsatz eines solchen herkömmlichen Gravimeters würde demnach eine größere Anzahl von Wiederholungsmessungen erfordern, um den mittleren Fehler so stark zu reduzieren, daß die gesuchten winzigen Anomalien noch erkennbar sind. Damit wäre aber die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage gestellt.

Recently the question has often been asked : Is it possible to detect by geophysical means subterranean cavities, if they have a diameter of but a few metres and which lie no more than 10 metres below the earth's surface? Further it has been asked: Which method leads, in that case, to the most economic and, at the same time, most reliable results?

At arecent meeting of engineering geologists held at Hannover, the contributions of a whole morning were devoted to the subject of finding subterranean cavities. During this meeting it was demonstrated that gravity methods had to be given preference before all the other geophysical methods attempted in the solution of this problem. If one pursues, additionally, the respective publications of the past few years, one will notice that gravity solutions have principally been described and discussed. The reason for this lies in the fact that even a " relatively" small disturbance -here the cavity -at a " relatively" large depth still produces a measurable gravity effect. In this, the fact that the density difference between the cavity being surveyed and the surrounding rock is large and also rather weil known, has, of course, been on paramount importance.

Up to a few years ago, nobody could have thought of starting a search for cavities with a gravity survey. The gravity effect to be expected from cavities with a diameter of one to 3 metres at a depth of 2 to 10 metres varies from a few thousandths up to a few hundredths of a milligal.

The gravimeter generally utilized in geophysical exploration yields, however, at single measurements, results with an effective accuracy of 2 to 3 hundredth milligal. The utilization of such a traditional gravimeter would accordingly require a large number of repeat measurements to reduce the mean error to that level where the looked-for minute anomalies can just be recognized. The economics of such a procedure would, in doing this, be rather dubious.

PRAKLA-SEISMOS hatte im Frühjahr 1973 Gelegenheit, praktische Erfahrungen auf dem Gebiet der Mikrogravimetrie zu sammeln. Für eine Gebäudegründung war ein Auftraggeber daran interessiert prüfen zu lassen, ob sich mit der Gravimetrie unterirdische Kavernen nachweisen lassen. Die Existenz eines Kavernensystems unter der Oberfläche des Baugebietes war bekannt: es entstand vor langer Zeit, als nach dem Abbau von Baumaterial Hohlräume zurückblieben.

Im Meßgebiet war ein begrenzter Abschnitt des Stollensystems von der Erdoberfläche aus zugänglich. Dieser Teilabschnitt bestand aus einem Netz von parallelen und dazu senkrecht verlaufenden Gängen, die einen gegenseitigen Abstand von durchschnittlich 10 m und einen Ouerschnitt von ca. 2 x 3 m hatten. Das Kavernennetz lag ca. 8 munter der Erdoberfläche.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Geophysik an der Technischen Universität Clausthal, das auch das Gravimeter - La Coste und Romberg Modell D - zur Verfügung stellte, wurde ein "Pilot run" in zwei Testgebieten durchgeführt. Eine der beiden Flächen überdeckte dabei einen Teil des bekannten Kavernensystems.

Die Testflächen wurden mit einem rasterförmigen 5 x 5 mNetz von Gravimeterpunkten bedeckt. Obwohl das benutzte Mikrogravimeter praktisch gangfrei arbeiten sollte, wurde im Verlaufe der Messungen ein kleiner Gang festgestellt, der jedoch 5 Mikrogal/h nie überschritt. Durch eine sinnvolle Meßanordnung konnte dieser Restgang sicher ermittelt und bei der Auswertung berücksichtigt werden. Es muß wohl nicht besonders betont werden, daß die Höhen der Gravimeterpunkte auf den Millimeter genau bestimmt wurden, um die mit dem Gravimeter erreichte Genauigkeit nicht durch eine ungenaue Höhenreduktion in Frage zu stellen. Auch auf eine exakte Bestimmung der Gezeitenkorrektur mußte besonderer Wert gelegt werden, um die Genauigkeit der Ergebnisse nicht zu gefährden.

Im Endergebnis ließ sich natürlich nicht sagen ob diese Anomalien von Einzelkavernen herrührten oder einen Gruppeneffekt darstellten, eines jedoch stellte sich klar heraus:
Die Anwendung der Mikrogravimetrie bei der Kavernensuche ist von Nutzen, denn eine qualitative Aussage ist sicherlich immer möglich.

In the spring of 1973 PRAKLA-SEISMOS had the opportunity of gaining practical experience in the field of microgravity survey application. A client was interested, in the course of foundation work for a building complex, whether one could, by gravimetrie means, test for the existence of subterranean cavities. The existence of a cavity system beneath the construction site was known : it resulted a long time ago, from building material excavations which had left cavities and tunnels in the area.

In the survey area a limited section of the tunnel system was accessible from the surface. This section consisted of a net of galleries normal to each other which were spaced at a mean distance of 10 metres and having a sectional area of approximately 2 by 3 metres. The net lay about 8 m below the earth's surface.

In cooperation with the Geophysical Institute of the University of Clausthal, which also placed at our disposal the gravimeter - La Coste and Romberg model D - a "pilot run" was carried out over two test areas. One of the two areas covered apart of the known cavity system.

The test areas were covered by a net of squares 5 by 5 metres. Although the micro-gravimeter employed was anticipated to have no drift, a small drift was, in the course of the survey, found to exist which, however, never exceeded 5 microgal/h. This drift was reliably determined by a meanigful survey configuration and could be taken into consideration during interpretation.

There is surely no need to emphasize that the altitudes of the gravimeter stations had to be determined as accurately as one millimetre in order to correspond to the accuracy of the gravimeter readings.

Particular importance must also be attached to exact determinations of earth tidal corrections in order not to endanger the accuracy of the results.

It was, of course, not possible to state whether the anomalies so found were due to a single cavity or whether they represented a group effect; however, the most important implication is that the application of microgravity surveys has proven to be of great value for: it is possible to make a qualitative statement.