Zeitschrift für Angewandte Geologie: Band 17, Heft 3 März 1971 [Reprint 2021 ed.] 9783112560440, 9783112560433

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ZEITSCHRIFT FÜR ANQEWANDTE QEOLOQIE ZENTRALEN GEOLOGISCHEN

INSTITUT

I M A U F T R A G DES FÜR

INHALT

II. H a r w a r d t Laser und ihre Anwendungen ¡11 der Geophysik P. K ü h n Stand und Entwicklungstendenzen der Seegeoplijsik unter besonderer Berücksichtigung der geoelektrodynamischen Verfahren G. Tischeildorf

H ERA W S Q E Q E B E N V O M

STAATSSEKRETARIATS

AUS DEM

GEOLOGIE

Z u Problemen der Metallogenie in der Deutschen Demokratischen Republik I I I . Das System metallogenetisi-her F a k t o r e n und Indikatoren als Grundlage f ü r die Prognose endogen-epigenetischer Zinnlagerstätten im Erzgebirge und der Versuch der Ableitung eines allgemeinen metallogenetisclien Wirkprinzips E . M. Us Die Effektivität geologischer E r k u n d u n g s a r b e i t e n auf Erdgas und die Abbauvorbereitung tieflagernder Gaskondensatlager iin Gebiet K r a s n o d a r K . Milde-Darmer Die „gleitende Optimierung" — eine Methode z u r E r m i t t l u n g der f ü r die L a g e r s t ä t t e n e r k u n d u n g notwendigen Anzahl von B o h r u n g e n I . W . Nasarow Einige methodische F r a g e n der A n w e n d u n g der M a t h e m a t i k in der Geologie

A K A D E M I E

- V E R L A Q

• B E R L I N

BAND I T / H E F T MÄRZ SEITE

»J 1971

61-112

INHALT

CONTENTS

GOflEP/KAHME

II. I-IARWARDT

L a s e r und ihre Anwendungen in der Geophysik

J l a s e p H H HX reoii3HKe

B

Lasers and tlicir Applications in Geophysics

G1

P. K u h *

S t a n d und Entwicklungstendenzen der Secgcophvsik unter besonderer Berücksichtigung der geoclektrodynamischen Verfahren

CocTOHHiie H Teiiaeimnn K paaB1ITHIO MOpCKOii reO$H3HKIl C ocoöeiiHMM yieTOM recwnei;TpoRimaMiinecKiix MeToaoB

S t a t u s and Development Trends of Marine Geophysics, with Special Reference to Geodynamo-Mctliods

68

D . A . TUGOLESOW, J u . JA. K U S N E -

Probleme der Erdöl- und Erdgassuche im Ostseebccken

npoilneiua IIOIICKOB iieijmi n r a 3 a BO unanime BaniiiiiCKoro Mopa

Problems of Prospecting for Oil and Gas in t h e B a l t i c Basin

73

Zu Problemen der Metallogenie in der Deutschen D e m o k r a t i schen Republik I I I . Das S y s t e m mctallogcnctischer F a k t o r e n und Indikatoren als Grundlage für die Prognose endogen-epigene Lischer Zinnlagerstätten im E r z gebirge und der Versuch der Ableitung eines allgemeinen metallogene tischen Wirkprinzips

K npoöjieMaM MeTajiaoremiii

On Mctallogenetic Problems in t h e German Democratic Republic P a r t I I I : T h e S y s t e m of Mctallogenetic F a c t o r s and Indicators T a k e n as a Basis for Prognosticating EndogenicEpigenetic T i n Deposits in t h e Erzgebirge and an A t t e m p t Made to Derive a Universal Mctallogenetic Principle of Action

81

Die E f f e k t i v i t ä t geologischer E r kundungsarbeiten auf Erdgas und die Abbauvorbereitung tieflagerndcr Gaskondensatlagcr im Gebiet K r a s n o d a r

3(f>(|>6KTHBH0CTb

The Effectiveness of Geological E x p l o r a t o r y W o r k s for Natural Gas and t h e Preparation of E x p l o i t i n g Dcep-Seatcd Deposits of Gas Condensate in t h e Area of Krasnodar

88

Theoretische Grundlagen der Suche und E r k u n d u n g fester mineralischer Rohstoffe, B d . I : Die Suche

T e o p G T H l I G C K H e OCHOBH nOUCKOB Ii paEjBejtHH T B e p A t i x n o n e a H t i x

Theoretical B a s e s of Prospecting and Exploring for Solid Mineral R a w Materials Vol. I : Prospecting

90

Die „gleitende Optimierung" — eine Methode zur E r m i t t l u n g der für die Lagers tättenerkuudung notwendigen Anzahl von Bohrungen

„CKOJitanman onTiiMajiii3amiH"

T h e "Sliding O p t i m i s a t i o n " — a Method for Determining t h e Number of Bore Holes Necessary for Exploring Deposits

92

Einige methodische F r a g e n der Anwendung der M a t h e m a t i k in der Geologie

HGKOTOpbIG MGTOiHHieCKHC BOnpocti npHMGHGiiiifl mamiaTIIKII B r e o j i o r i m

Some Methodical Problems of Using Mathematics in Geology

95

B e r i c h t über eine Tagung der I A G O D - I M A sowie der I A G C in T o k y o , J a p a n

OT'ieT o coBemamiH I \GÜD-I;\1A

R e p o r t of a Congress of t h e I A G O D - I M A as well as of t h e IAGC in T o k y o , J a p a n

99

17. J a h r e s t a g u n g der Deutschen Gesellschaft für Geologische Wissenschaften

17. cecciiH HeMGijKoro reojioravecKoro oömecTua

zow, L . R. R E -

npiiMenemie

WIN, A . P . MLLASHIN, YV. W . FEDYNSKIJ G. TISCHENDORF

E . M. Us

K . MILDE-DARMER

I. W . NASAROW

Buchbesprechungen, Informationen,

Kurznachrichten

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B

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CKoii PecnyönHKe I I I . CnCTe\ia MeTa.njioreHH'-icCKHX (jjaKTOpüB H HH^HKaTOpOB, Kau 0CH0Ba hjih np0rH03a3HH0reiiHO-anurGHGTHHGCHHX MGCTO-

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1 7 t h Annual Meeting of t h e Ger- 102 m a n Society for Geological Sciences 108

Die Z E I T S C H R I F T F Ü R A N G E W A N D T E G E O L O G I E berichtet ständig über folgende Arbeitsgebiete: Geologische Grundlagenforschung und Lagerstättenforschung / Methodik der geologischen Erkundung / Ökonomie und Planung der geologischen Erkundung / Technik der geologischen E r k u n d u n g / Geologie und Lagerstättenkunde im Ausland. I n der Zeitschrift können alle strittigen Fragen der praktischen Geologie behandelt werden. Die Autoren übernehmen für ihre Aufsätze die übliche Verantwortung.

ZEITSCHRIFT FÜR A N QE W A N D T E QEOLOQIE

KOLLEKTIVE

CHEFREDAKTION

Dr. K. K A U T E R (Redaktionssekretär) Prof. Dr. F. S T A M M B E R G E R Dr. hábil. G. T I S C H E N D O R F

Träger der Ehrennadel in Gold der Gesellschaft für D

%rtnd°sciaft c l , e

BAND

17 • M Ä R Z

1971 • H E F T

3

Laser und ihre Anwendungen in der Geophysik H A N S HARWAJRDT, F r e i b e r g (Sa.)

(Veröffentlichung Nr. 149 der Sektion Ceowissenschaf tcn der Bergakademie Freiberg, Arbeitsgruppe Geophysik)

I. Einleitung I m J a h r e 1960 gelang MAIMAN als erstem die experimentelle Verwirklichung der Laserstrahlen, die auf Grund t h e o r e t i s c h e r Ü b e r l e g u n g e n 1 9 5 8 v o n SCHAWLOW u n d

Tow-

NES vorausgesagt worden waren. Nur wenige Monate nach den ersten gelungenen Experimenten zeichnete sich eine Fülle von Anwendungen auf den verschiedensten Gebieten der Wissenschaft und Technik ab, deren Realisierung mit gewöhnlichen Lichtquellen nicht oder nur sehr bedingt möglich war. Die Entwicklung auf dem Lasergebiet ist noch keinesfalls abgeschlossen. J e d e n Monat erscheinen etwa 200 Originalarbeiten (GÜRS 1970); die Zeit, in der sich das Wissen verdoppelt, b e t r ä g t auf dem Lasergebiet 2 J a h r e gegenüber einem Durchschnitt von 10 J a h r e n . Das W o r t Laser ist ein A k r o n y m aus „Light ylmplification by Stimulated .Emission of .Radiation", wörtlich übersetzt „ L i c h t v e r s t ä r k u n g durch stimulierte Aussendung von S t r a h l u n g " ; es kennzeichnet aber das Gerät insofern nicht ganz richtig, als es sich bei den meisten in Betrieb befindlichen Lasern nicht um Verstärker, sondern u m Gener a t o r e n handelt, so daß der Terminus „optische Hochfrequenzsender" dem wahren Sachverhalt wesentlich näher kommt. I m folgenden soll zunächst das Grundprinzip des Lasers dargestellt werden, jedoch nur so weit, wie es zum prinzipiellen Verständnis der Eigenschaften der Laserstrahlung erforderlich ist. D a r a n anschließend werden als Anwendungsmöglichkeiten f ü r die Geophysik drei Gebiete etwas näher b e t r a c h t e t : die Entfernungsmessung, die optische Inform a t i o n s v e r a r b e i t u n g und die Holographie.

II. Prinzip des Lasers Zur Realisierung eines Lasers benötigt man, wie Abb. 1 zeigt, grundsätzlich dreierlei (BRAND 1964): 1. einen Werkstoff, in dem sich Atome oder Moleküle in einem geeigneten Energieniveauschema befinden;

P

Abb. 1. Schema eines optisch gepumpten Lasers (unigezeichn e t n a c h BRAND 1 9 6 4 ) a = aktive Ionen; P = Pumplicht; Su = undurchlässiger Spiegel; St = teildurchlässiger Spiegel; L = Laserlicht 1

Angewandte Geologie, H e f t 3/71

1-1

N3 N2

a

NiN

b

N

r:

N

Abb. 2. Energieniveaubesetzung bei einem 3-Niveau-Laser ( u m g e z e i c h n e t n a c h BRAND 1 9 6 4 ) a = Besetzung bei thermischem Gleichgewicht; b = Besetzungsinversion zwischen Niveau 3 und Niveau 2 durch „Sättigungspumpen" zwischen -Niveau 1 und Niveau 3; c = Besetzungsinversion zwischen Niveau 1 und Niveau 2 durch zusätzliche strahlungslose "Übergänge von Niveau 3 nach Niveau 2; E = Energie; N = Besetzungszahl

Beim Rubinlaser sind die f ü r den Laserprozeß interessierenden drei Energieniveaus E2, E3 in Abb. 2 dargestellt. Die Besetzungszahl A" ist im thermischen Gleichgewicht durch die BOLTZMANN-Verteilung gegeben (Abb. 2 a). Ein Ion der Energie Ea k a n n auf drei Arten seine Energie ändern: Durch Abgabe der Energie E3 — E2 an das Kristallgitter (strahlungsloser Übergang) n i m m t es die Energie E 2 an. Durch Aüssendung eines Photons der Energie E3 — E1 = = hv13 ohne erkennbaren äußeren Anlaß (spontane Emission) k a n n es die Energie E1 annehmen. Schließlich k a n n durch Stoß mit einem P h o t o n der Energie E3 — E1 ein zweites P h o t o n der gleichen Energie mit gleicher „ P h a s e " ausgelöst werden (induzierte Emission), so daß auch bei diesem Vorgang dem Ion die Energie Ei verbleibt; 2. eine Energiepumpe, mit der die natürliche Besetzung der Energieniveaus nach Abb. 2 a invertiert werden k a n n ; Wird der Rubin mit Licht der Frequenz v)3 bestrahlt, so gehen mehr Ionen v o m Zustand Et nach E3 als von E3 nach E-1, solange N i > iV3 ist; das thermische Gleichgewicht wird zerstört (Abb. 2 b). Der strahlungslose Übergang von E 3 nach E% erfolgt jedoch so schnell gegenüber allen anderen Übergängen, daß das Verhältnis N3/N2 praktisch den gleichen W e r t wie im thermischen Gleichgewicht besitzt. Alle Ionen, die durch das Pumplicht in das Niveau E3 gebracht wurden, nehmen daher die Energie E.2 an. Auf diese Weise k a n n JV2 > N1 werden (Abb. 2c). Ein Lichtquant der Frequenz v12 k a n n nun durch induzierte Emission ein Quant der gleichen Frequenz abrufen, und diese beiden Quanten können ihrerseits durch denselben Prozeß wieder jeweils ein Quant frei machen und so fort. Für eine Lichtabstrahlung nach außen müssen diese Erzeugungsprozesse größer als die Verluste durch Absorption usw. werden. Das erreicht m a n durch 3. einen optischen Resonator. Dieser Resonator wird praktisch vom Rubinkristall selbst gebildet, dessen Endflächen sehr genau plangeschliffen Eingang des Manuskripts in der liedaktion: 14. 8.1970.

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 3 62

IIARWARDT / L a s e r

sind. D a s eine E n d e ist mit einer total reflektierenden Schicht überzogen, das andere ist nur so weit verspiegelt, daß es für Licht halbdurchlässig ist. Nur in Richtung der Resonatorachse, senkrecht zu den Spiegelebenen, kann das Licht das aktive Medium viele Male durchlaufen und daher entsprechend viele Ionen zu induzierter Emission veranlassen. Die Laserstrahlung verläßt den Rubinkristall also an seinem halbdurchlässigen E n d e in F o r m eines scharf gebündelten Strahls (Abb. 1). Der Resonator bestimmt Frequenz, Bündelungsscharfe und Monochromasie der Laserstrahlung entscheidend mit. Die heute für praktische Anwendungen wichtigsten Lasertypen sind Festkörper-, .Gas- und Iialbleiterlaser. Die charakteristischen Merkmale der Laser, wie Anregung, Wirkungsgrad, Strahlungsdauer und die Eigenschaften der erzeugten Laserstrahlung, sind für die einzelnen Typen recht unterschiedlich, wie aus der Tabelle hervorgeht.

Tab.

Ausstrahlungseigenschaften

typischer

Laser

(nach

MEINEL, NEUBERT & WIEDERHOLD 1963 u. RIECK 1964)

aktives Medium Wellenlänge Betriebsart Anregung Wirkungsgrad Impulsleistung mittlere Leistung Öffnungawinkel Spektralbreite Kohärenzlänge

Festkörperlaser

Gaslascr

Halbleiterlascr

Rubin

Helium-Neon

GaAs-Diode (T = 77

0,6943 fxm. Impulsbetrieb optisches Pumpen 0,01 bis 1 % > 10 k W 1 W 0,3° 10 M H z 30 m

0,6328 f j , m kontinuierlich Gasentladung

0,84 ¡um kontinuierlich Trägerinjektion

0,01 bis 1 %

ca. 5 0 %

-

1 bis 20 m W 0,5' 20 H z bis 10 k H z 30 bis 15000 k m

-

3 W 1 bis 10°

I I I . E i g e n s c h a f t e n der L a s e r s t r ä h l u n g Die mit Lasern herstellbare Strahlung zeichnet sich vor allem durch drei Eigenschaften aus (IVLINGER 1065): 1. liündelungsschärfe Die Parallelbündelung des Laserlichts wird durch B e u g u n g an der strahlenden Fläche, L ä n g e und F o r m des Resonators, Güte der Spiegel, Größe der anregenden Pumpenergie usw. begrenzt. Der in der Tabelle angegebene unfokussierte Austrittswinkcl läßt sich durch einfache optische Systeme auf ungefähr einige Winkelsekunden verringern. Diese Strahldivergenz dürfte für praktische Anwendungen, wie Entfernungsmessung langer Strecken, Nachrichten- und Energieübertragung usw., die Höclistfordcrung darstellen, da einerseits die Extinktion der Atmosphäre eine noch engere Bündelung in kurzem A b s t a n d zerstören würde und andererseits die Anpcilung eines Reflektors bzw. Aufnalimesystcms sehr problematisch würde. 2. Zeitliche und räumliche Kohärenz Eine Strahlung heißt zeitlich kohärent, wenn alle Wellenzüge die gleiche Frequenz haben. Herrscht zusätzlich eine feste Phasenbeziehung zwischen den Wellenzügen, so spricht m a n von räumlicher Kohärenz. Die L ä n g e der Wellenzüge heißt Kohärenzlänge. Bei den herkömmlichen Lichtquellen werden völlig ungeordnet und spontan kurze Lichtwellenzüge, die untereinander keinen Phasenzusammenhang haben, emittiert. Die m a x i m a l erreichbaren Kohärenzlängen betragen einige Dezimeter bis Meter. Mit stabilisierten Gaslasern erreicht m a n langzeitig Köhärenzlängcn von etwa 300 k m bzw. Spektralbreiten von za 1 k H z . Die ausgezeichneten Kohärenzcigenschaften der Lasers trahlung haben es vielfach erst ermöglicht, die prinzipiell mit Licht realisierbaren Anwendungen, wie zum Beispiel die optische Holographie, technisch zu verwirklichen. 3. Strahlungsdichte Wegen der hohen Bündelungsschärfe läßt sich beim L a s e r fast die gesamte Ausgangsleistung mit optischen Systemen in einem Beugungsscheibchen von einigen /-im Durchmesser konzentrieren. So erreichte kürzlich BASOW mit einer Riesenimpuls-Laserleistung von 10 1 1 W eine Strahlungsdichte von ca. 1 0 1 9 W / c m 2

(BASOW 1970). D a g e g e n b e t r a g e n die m i t

der Sonnenstrahlung erreichbaren Strahlungsdichten nur etwa 10 3 W/cm 2 . Die mit Lasern erreichbaren hohen Strahlungsdichten werden gegenwärtig vor allem in der Materialbearbeitung, in der nichtlinearen Optik usw. verwendet, wo sie z. T. völlig neue Anwendungsgebiete erschlossen haben (KLINGER 1965).

I Y . A n w e n d u n g e n in der G e o p h y s i k Entfernungsmessungen A u f E n t f e r n u n g s m e s s u n g e n l a s s e n sich f a s t alle U b e r w a c h u n g s m e s s u n g e n , sei es a n g r o ß e n B a u w e r k e n oder in g e o l o g i s c h e n B r u c h z o n e n , z u r ü c k f ü h r e n . F ü r die A n w e n d u n g d e s L a s e r s in der E n t f e r n u n g s m e s s u n g

g i b t es drei M ö g l i c h k e i t e n ( M O N T A G 1 9 6 8 ) . In allen F ä l l e n t r i f f t d a s L a s e r s i g n a l auf ein O b j e k t ( S p i e g e l oder diffus reflektierender Gegenstand), wird v o n dort r e f l e k t i e r t u n d e r r e i c h t einen E m p f ä n g e r n a h e d e m .Laser. J e n a c h d e m , w a s e n t s p r e c h e n d der A r t d e s L a s e r signals gemessen wird, unterscheidet m a n : 1. die Messung der Laufzeit eines Laserimpulses Objekt u n d zurück (Laserradar);

zum

2. die Messung der Phasenverschiebung eines modulierten Lasersignals Zwischen Sendung und E m p f a n g (entsprechend der elektrooptischen Entfernungsmessung); 3. Interferenzmessung mit Hilfe des kohärenten lichts.

Laser-

Alle drei M ö g l i c h k e i t e n e x i s t i e r e n i m P r i n z i p a u c h für herkömmliches Licht. B e d e u t u n g h a t aber lediglich die e l e k t r o o p t i s c h e E n t f e r n u n g s m e s s u n g b e k o m m e n . D i e L a u f z e i t m e s s u n g eines g e w ö h n l i c h e n L i c h t s i g n a l s w a r z u u n g e n a u , u n d die i n t e r f e r o m e t r i s c h c M e s s u n g w a r w e g e n der g e r i n g e n K o h ä r e n z l ä n g e p r a k t i s c h auf L ä n g e n v o n einigen D e z i m e t e r n bis M e t e r n b e g r e n z t . In der S t r a i n s e i s m o m e t r i e l i e g t die A u f g a b e v o r , kleine, i m a l l g e m e i n e n sehr l a n g s a m e L ä n g e n ä n d e r u n g e n AI einer großen B a s i s l z u m e s s e n . D i e A n a l y s e der m i t E r d b e b e n , G e z e i t e n u n d E i g e n s c h w i n g u n g e n der E r d e v e r b u n d e n e n K r u s t e n d e f o r m a t i o n e n A l g i b t die M ö g l i c h k e i t , ü b e r d e n A u f b a u der E r d e u n d ihr e l a s t i s c h e s Verhalten i m großen A u s k u n f t zu erhalten. Die M e s s u n g der K r u s t e n d e f o r m a t i o n e n i s t d a r ü b e r h i n a u s v o n e m i n e n t w i r t s c h a f t l i c h e r B e d e u t u n g , z. B . f ü r die Sicherung v o n technischen Großbauten, wie Talsperren, Gruben usw. In Verbindung mit anderen Beobachtungsverfahren versucht man, das Strainseismometer auch f ü r eine w i s s e n s c h a f t l i c h b e g r ü n d e t e V o r a u s s a g e v o n Erdbeben, Gebirgssehlägen, Vulkanausbrüchen usw. einzusetzen. B e i m S t r a i n s e i s m o m e t e r s i n d zwei P f e i l e r f e s t m i t dem Untergrund verbunden. Die Relativbewegung A l zwischen ihnen wird meßtechnisch dadurch zugänglich g e m a c h t , d a ß m a n d e n einen P f e i l e r d u r c h ein L ä n g e n n o r m a l in die N ä h e d e s a n d e r e n v e r l ä n g e r t u n d zl l in eine e l e k t r i s c h e G r ö ß e t r a n s f o r m i e r t . A l s L ä n g e n normal werden bei den üblichen A u s f ü h r u n g e n Materialien m i t k l e i n e m T e m p e r a t u r k o e f f i z i e n t e n der A u s d e h nung verwendet (Quarzstange, Invardraht), u m Verfälschungen des Meßergebnisses zu unterdrücken. Die L a s e r i n t e r f e r o m e t r i e b i e t e t hier eine n e u e M ö g l i c h k e i t . B e i m Laser-Strainseismometer von V A L I & B O S T R O M werden, wie A b b . 3 z e i g t , auf die b e i d e n P f e i l e r S p i e g e l a u f g e s e t z t .

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 3 H a r w a r o t I Lascí

63

und als Längennor mal wird eiiiLaserstrahl verwendet, der den größten Teil seines Weges (bis auf einige mm) in einem hochevakuierten AI-Rohr (p < 10~5 Torr) zurücklegt (Vali & B o s t e o m 1968). Durch Überlagerung der von den beiden Spiegeln reflektierten Lichtstrahlen tritt eine Interferenzerscheinung auf, die über einen Galvanometerspiegel und nach Strahlenteilung auf die Eintrittsöffnung zweier Fotomultiplier abgebildet wird. Ändert sich der Abstand der beiden Spiegel, so tritt wegen der Änderung der Interferenzerscheinung eine Änderung der Ausgangsspannung der Fotomultiplier auf, die dadurch kompensiert wird, daß durch das Galvanometer ein Zusatzstrom geschickt wird. Dieser Zusatzstrom ist ein Maß für die Abstandsänderung A l. Nach einer Verschiebung von A/2 wird der Strom kurzzeitig unterbrochen und der Galvanometerspiegel zurückgeführt. Der Sprung auf der Registrierung dient zur Eichung. Aus der Sprungrichtung erkennt man das Vorzeichen der Verschiebung.

y / / / / / / / /V// // /A/ / / / / / A LS . _J

sU Abb. 3.

Schema eines Laser-Strainseismomcters zeichnet nach Vali & B o s t b o h 1968)

(umge-

Su Sz = die mit den Pfeilern verbundenen Spiegel O V Keflektorspiegel, St: 3 0 % reflektierender Spiegel); S3 = Strahlteiler; St = Justierspiegel; R = evakuiertes AI-Rohr (Länge 180 m, Durchmesser 15 c m ) ; 6 = Galvanometer; L = Laser; LS = Laserstabilisator; F, und Fa = Fotomultiplier

Die Anordnung ist für einen Pfeilerabstand l --• 180 m erprobt worden. Es ist vorgesehen, ihn auf eine Länge von 1 km zu erweitern. Die Anordnung soll in einem 4 km langen Tunnel in der Nähe von Seattle im W der USA aufgebaut werden. Hauptaufgabe des Instruments soll es sein, die mit dem Ostpazifischen Rücken, der ein Teil des Welttriftsystems ist, verbundenen Krustenbewegungen zu erfassen. Die Meßgenauigkeit der Gesamtanordnung wird zur Zeit durch die zuverlässige Langzeitstabilität des verwendeten Lasers auf A Iß 10 - 1 0 pro Stunde begrenzt. (Die langzeitige Frequenzstabilität beträgt 1:10 1 0 , entsprechend 50 kHz für 5 • 1 0 w Hz.) Dagegen ist die Meßgenauigkeit der Empfangseinrichtung wesentlich größer. Sie ist durch die Statistik der Lichtquanten, die den Fotomultiplier erreichen, bestimmt. Verschiebungen von 10~4 )•. können noch erfaßt werden, so daß Werte A Iß rs 2 • 10 - 1 3 erreichbar sind. Von besonderer Bedeutung für die Meßgenauigkeit ist, daß der gesamte 2

Angewandte Geologie, H. 3/71

Liclitweg im Vakuum verläuft, so daß nicht Luftdichteänderungen über Wellenlängcnänderungen des Lascrlichts auf das Meßergebnis Einfluß nehmen können. Die Abschätzungen zeigen (Vali & K b o g s t a d 1964), daß 5A eine Luftdruckänderung von 1 m m Hg Al und eine Temperaturänderung von 1°C Aldi 15A verursacht (Basis l = 10 m, Luft unter Normalbedingungen). Ohne Vakuumlichtweg wirkt das Instrument als Mikrobarograph und Thermometer mit einer Empfindlichkeit, die größer ist als die der üblichen Mikrobarographen und Thermometer. Die entscheidenden Vorteile des Laser-Strainseismometers gegenüber den bisher üblichen Strainseismometern sind: 1. Man kann eine wesentlich größere Basis l realisieren. Fiiv Stangen- und Drahtiiistrunicntc betragen die maximalen Abmessungen ca. 20 bis 30 m. Für das Laserinstrument ist man theoretisch nur an die Kohärenzlänge gebunden. 2. Die Frequenzcharakteristik wird praktisch nur durch den Registrierteil bestimmt. Für die Anordnung von Vali & Bostrom ist die Übertragungscharakteristilc linear von 0 Hz bis 8 kHz. Bei den üblichen Instrumenten begrenzen die Eigeni'requciizcn des Längennormals die Aufnahmecharakteristik von 0 Hz bis zu maximal einigen Hz. 3. Bei den üblichcn Strainseismometern lassen sich Störungen infolge Druck- oder Temperaturänderungen nur schwor vermeiden. Die genannten Vorteile stellen eine wesentliche Erweiterung der Einsatzmögliclikeiteu für das Strainseismometer dar. Eine andere technische Variante nutzt die Änderung der Laserwellenlänge bei Änderung der Resonatorlänge aus ( V e e n , Savino & Alsop 1966). Die beiden Resonatorspiegel eines He-Ne-Lasers werden direkt mit den Festpunkten verbunden. Wegen der begrenzten Länge des Entladungsrohrs dürfte jedoch die Basis kaum einige Meter überschreiten. Die große Kohärenzlänge der Laserstrahlung erlaubt es auch, Entfernungsänderungen mit Hilfe des DopplerPrinzips zu messen (Heavens 1966). Man erreicht heute Meßgenauigkeiten für die Bewegungsgeschwindigkeit von 12 nm/s = 0,4 m/Jahr. Für Entfernungsmessungen mit Laserstrahlen über größere Entfernungen nach dem Radarprinzip und dem elektrooptischen Prinzip muß insbesondere der Einfluß der Atmosphäre in Kauf genommen werden. Die Reichweite der Geräte ist sehr unterschiedlich, je nachdem, ob in horizontaler oder vertikaler Richtung ge-

Abb. 4. Beziehungen zwischen Objekt, Beugungsfigur und Bild bei einem Zweilinsen System (umgezeichnet nach Dobrin, Ingalls & L o n g 1965)

Das Objekt ist ein Beugungsgitter, dessen Spalte horizontal und senkrecht zur Zeichenebcne verläuft. /i, /s = Brennweiten der Linsen, L,, Lt; O = Objektebene; T = fonnationsebene; B = Bildebene; L = Laserlicht

Trans-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 1? (1971), Heft 3

64 messen werden soll; erst in zweiter Linie spielen Leistung, Strahlenbündelung usw. eine Rolle. In horizontaler R i c h t u n g erreicht m a n Reichweiten in der Größenordnung einiger 10 k m . Die Genauigkeit der Messung ist in erster Linie begrenzt durch den Refraktionseinfluß der A t m o s p h ä r e , und nur unter günstigen Bedingungen ist eine relative Entfernungsgenauigkeit von 10~ 6 erreichbar (MONTAG 1968). In vertikaler R i c h t u n g betragen die Laserreichweiten über 1000 km, so daß E n t f e r n u n g s m e s s u n g e n zu Satelliten, z u m Mond und zu den Planeten möglich sind und auch schon durchgeführt wurden. B e i m R a d a r p r i n z i p b e s t i m m t die Genauigkeit der Zeitmessung f a s t ausschließlich die Entfernungsmeßgenauigkeit, weshalb ein scharfer steiler Impuls und eine gute Elektronik für die Zeitmessung notwendig sind. Die Anstiegszeit gütegeschalteter Laserimpulse k a n n unter 1 ns gedrückt werden, und bei extremer A u s n u t z u n g der elektronischen Möglichkeiten dürften Genauigkeiten für die L a u f z e i t m e s s u n g von i 0,5 ns erreichbar sein, diesem Wert entsprechen Entfernungsmeßgenauigkeiten von i 15 cm. Mit den auf dem Mond aufgestellten Tripelspiegelreflektoren erhofft m a n sich Entfernungsmessungen mit dieser Genauigkeit z u m E r d t r a b a n t e n , so daß es möglich wird, die genaue Größe des Mondes zu ermitteln, seine Bewegungen zu analysieren, eine Kontinentaldrift auf der E r d e zu erfassen und vielleicht zu erfahren, ob sich die Gravitationskonstante ändert (BÄUMLER 1970). In allerneuester Zeit ist es gelungen, mittels spezieller Güteschalter (Farbstoffschalter) Laserimpulse von nur einigen ps Impulslänge zu erhalten (GÜBS 1970). D a m i t wären prinzipiell Entfernungsmeßgenauigkeiten von 1 m m erreichbar. Allerdings dürfte hier zur Zeit die E m p f a n g s e l e k t r o n i k überfordert sein. Optische Datenverarbeitung

Die für Filterungen und andere Datenverarbeitungsprozesse benötigten Operatoren können außer auf analogem oder digitalem Wege auch auf optischem Wege realisiert werden. Schickt m a n monochromatisches kohärentes Licht durch ein optisches Gitter, so wird das Licht umgekehrt proportional zur Gitterkonstanten gebeugt, und zwar senkrecht zu den Gitterlinien (Abb. 4). D a s Gitter bildet sich in F o r m von B e u g u n g s p u n k t e n 1. bis n.-ter Ordnung (in Abb. 4 ist nur die 0. und 1. Ordnung gezeichnet) in der Objektivbrennebene ab. N a c h der AßBEschen Theorie der Bildentstehung ist dieses Beugungsbild als FoxJElEB-Transformierte des Objekts aufzufassen. Die das Beugungsbild bildenden L i c h t p u n k t e ergeben im weiteren Verlauf des Strahlengangs in der Bildebene wieder ein bis auf einen konstanten F a k t o r (Vergrößerung) proportionales Abbild des Originals, was einer erneuten 2dimensionalen FoURIER-Transformation gleichkommt. Diese Eigenschaften m a c h t m a n sich z u m Beispiel in der Seismik für die Seismogrammbearbeitung zunutze, indem s t a r k verkleinerte L a u f zeitprofile in Dichte- oder Flächenschrift als Diapositive in den Strahlengang eines H e - N e - L a s e r s gebracht werden und dann einer Filterung in der Transformationsebene unterzogen werden (DOBRIN, INGALLS & LONG 1965). A b b . 5 zeigt links das Modell eines Laufzeit-

Ii .ABWARBT / Laset' profils und rechts das zugehörige Beugungsbild. D a s Teilbild links setzt sich z u s a m m e n aus dünnen senkrechten Linien, die die Trennlinien zwischen den Einzelseismogrammen andeuten sollen, ferner aus horizontalen Linien für die Zeitmarken sowie aus starken parallelen Linien mit zwei verschiedenen Liniena b s t ä n d e n und Neigungen, die Reflektionseinsätze darstellen sollen. Die B e u g u n g s p u n k t e sind jeweils senkrecht zu den Linien des zugehörigen Gitters angeordnet, ihre A b s t ä n d e sind der räumlichen F r e q u e n z (bzw. dem Linienabstand umgekehrt) proportional. Der Lichtfleck in der Mitte s t a m m t v o m direkt durchgehenden Licht. Bei einem echten Laufzeitprofil ergeben sich infolge der Vielzahl der vorherrschenden räumlichen Frequenzen 2 u m das direkt durchgehende Licht angeordnete Punktwolken, wie sie zum Beispiel das rechte Teilbild von Abb. 7 zeigt. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß die Transformationsebene, in der das B e u g u n g s b i l d entsteht, eine Frequenzwellenzahlebene ist. Eine Filterung k a n n hier einfach so vorgenommen werden, daß m a n das Beugungsbild geeignet beschneidet. D a s rekonstruierte Bild in der Bildebene zeigt dann das Originalbild mit A u s n a h m e des weggefilterten Teils. P r a k t i s c h geschieht das auf einfache Weise dadurch, daß mit mechanischen Mitteln, wie Draht, Schneiden und keilförmigen Blenden, im Lichtstrahlengang die Teile des B e u g u n g s b i l d s weggeblcndet werden, die unerwünscht sind. Abb. 6 zeigt schematisch die prinzipiellen Filtermöglichkeiten: a) Frequenzfilterung — Bcschneidung der hohen und Beschneidung der tiefen Frequenzen sowie Kombination zur Bandsperre; b) Geschwindigkeitsfilterung, d. h. Herausfiltcrung eines bestimmten Scheingeschwindigkcitsbereichs. Die herausgefilterten Richtungen verlaufen senkrecht zum Filtcrkeil. Die Wirkung einer solchen Geschwindigkeitsfilterung ist sehr anschaulich aus den Abb. 7 und 8 zu erkennen. Auf dem Laufzeitprofil der A b b . 7 sind Störwellen in zwei verschiedenen Neigungen zu erkennen, wobei für die größere Neigung ein relativ großer Winkelbereich erscheint. Abb. 8 zeigt rechts das durch Keilblenden beschnittene Beugungsbild und links das Filterergebnis. An Geräten zur optischen S e i s m o g r a m m a n a l y s e sind bisher das amerikanische L a s e r s c a n (DOBRIN, INGALLS & LONG 1965) und das französische F O 100 (Anonym 1966) bekannt geworden. E r s t die Anwendung eines L a s e r s als Strahlungsquelle h a t zur praktischen Anwendbarkeit dieses Verfahrens verholfen. Die zeitliche K o h ä r e n z ist maßgebend d a f ü r , daß scharfe Bilder entstehen, die nicht durch die chromatische Aberration der Linsen gestört sind. Die räumliche Kohärenz wird benötigt, u m große Filtersteilheiten zu erhalten und Verzerrungen des Beugungsbilds zu vermeiden, und schließlich ist nur ein L a s e r in der Strahlungsintensität groß genug, u m trotz der hohen Schwächung im Strahlengang noch ein genügend helles Bild zu liefern. Das Verfahren ist angewendet worden auf die Beseitigung v o n Störungen, die durch multiple Reflexionen, Oberflächenmikroseismik, Beugungserscheinungen, Singing-Effekt usw. hervorgerufen werden (DOBRIN, INGALLS & LONG 1965). Darüber hinaus sind mit ge-

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U a r w a r d t / Lasur

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66 eigneten Zusatzeinrichtungen auch optische Korrelationsanalysen u. a. Prozesse möglich (JACKSON 1965). Selbstverständlich ist das Verfahren nicht auf seismische Probleme beschränkt. Wesentlich ist, daß die Signale als Schwärzungen auf einer F o t o p l a t t e , zum Beispiel in F o r m von Dichteschrift, vorliegen. Die Hauptvorteile der optischen D a t e n v e r a r b e i t u n g sind: 1. E s k a n n g l e i c h z e i t i g eine sehr große D a t e n m e n g e bearbeitet werden. B i s zu m a x i m a l 1 0 0 0 K a n ä l e 40 S e i s m o g r a m m e ) können gleichzeitig einer B e a r b e i t u n g unterzogen werden. 2. B e i der optischen B e a r b e i t u n g betragen die K o s t e n für ein S e i s m o g r a m m etwa genausoviel wie für 40 Filme, d a die optische V e r a r b e i t u n g durch eine wesentlich parallele Arbeitsweise gekennzeichnet ist, während -die m i t R e c h n e r n durchgeführten analogen oder digitalen Bearbeitungen wesentlich seriellen Charakter tragen. 3. E i n weiterer Vorteil liegt in der m o m e n t a n e n W i r k s a m keit der F i l t e r u n g und deren sofortige S i c h t b a r m a c h u n g , z. B . auf einem Fernsehschirm. Man k a n n daher in kurzer Zeit mehrere Filtervarianten durchprobieren und d a s E r g e b n i s der günstigsten fotografisch festhalten. D a d u r c h ergibt sich ein sehr unmittelbarer und einfach überschaubarer K o n t a k t zu dem zu bearbeitenden Problem.

E t w a s nachteilig ist jedoch, daß für eine effektive optische S e i s m o g r a m m b e a r b e i t u n g die Mitwirkung des projektbearbeitenden Geophysikers erforderlich ist. E s besteht sonst leicht die Gefahr, daß mehr Wert auf Schönheit als auf R e a l i t ä t gelegt wird. Die Nachteile gegenüber der Rechncrbearbeitung ergeben sich daraus, daß 1. die D y n a m i k auf etwa 30 db begrenzt ist, infolge des auf den F o t o p l a t t e n realisierbaren S c h w ä r z u n g s k o n t r a s t s . E s gibt also Fälle, bei denen zur Zeit nur analoge oder digitale Filterungen z u m E r f o l g führen. In neuerer Zeit sind jedoch Spezialfotoplatten mit einem K o n t r a s t u m f a n g von 50 db b e k a n n t geworden (BBSTENKBIITBK 1968); 2. d a s „ o p t i s c h e R a u s c h e n " , hervorgerufen durch innere oder äußere Fehler der Linsen, wio L u f t b l ä s c h e n , S t a u b usw., S t ö r u n g e n auf dem gefilterten Bild verursacht, so daß peinlichste S a u b e r k e i t geboten ist.

E s kann eingeschätzt werden, daß optische Signalbearbeitungsverfahren wegen der genannten Vorteile in Zukunft stärkeren E i n g a n g in die Geophysik finden werden. Holographie

Die Holographie ist ein Abbildungsverfaliren durch Rekonstruktion von Wellenfronten (LENK 1969). Die von einem kohärent beleuchteten Gegenstand ausgehende Lichtwelle fällt, wie Abb. 9 a zeigt, auf eine F o t o p l a t t e und wird dort überlagert mit einer zweiten Welle, der Bezugs- oder Referenzwelle, die aus derselben Lichtquelle s t a m m t und direkt zur P l a t t e gelangt. Die P l a t t e registriert das Interferenzmuster der beiden Wellen. Die A u f n a h m e heißt nach der Entwicklung der P l a t t e H o l o g r a m m . Der holographische Prozeß besteht darin, daß von j e d e m P u n k t des Objekts, der als Zentrum einer von ihm ausgehenden Kugelwelle betrachtet werden kann, durch Interferenz mit einer (ebenen) Referenzwelle eine FRESNELsehe Zonenlinsens t r u k t u r aufgezeichnet wird (BESTENREINER 1968). Durchstrahlt m a n das fertige H o l o g r a m m mit der Bezugswelle allein, dann wird durch B e u g u n g an der Schwärzungsverteilung (genauer: an den einzelnen

MABWAKDT / L a s e r

Zonenlinsenstrukturen) die Gegenstandswelle amplituden- und phasentreu wieder hergestellt (Abb. 9 b ) . Dabei h a t m a n zu beachten, daß im Gegensatz zu einer gewöhnlichen Linse eine FRESNELsehe Zonenstruktur gleichzeitig ein virtuelles und reelles Bild erzeugt. In Abb. 9 b ist nur das virtuelle Bild gezeichnet. Die grundlegende Idee, durch Verwendung eines Referenzstrahls ein stationäres Interferenzfeld, das sowohl die Amplituden- als auch die Phaseninformationen des Objekts enthält, zu erzeugen, s t a m m t von GABOR 1948. Praktische B e d e u t u n g erlangte die Holographie aber erst nach 1960, nachdem in den L a s e r n Lichtquellen hinreichender Kohärenzlänge zur V e r f ü g u n g standen. D a jeder einzelne P u n k t des Objekts in F o r m eines ausgedehnten Interferenzmusters auf dem H o l o g r a m m gespeichert ist, kann auch von einem Hologrammteilstück immer noch das ganze Bild rekonstruiert werden. D a s f ü h r t auch dazu, daß sich K r a t z e r , Fehlstellen usw. auf der P l a t t e bei der R e k o n s t r u k t i o n des Objekts praktisch nicht b e m e r k b a r machen, im Gegensatz zur optischen Datenverarbeitung. D a die Bilder ohne Linsen hergestellt werden, bleiben sie frei von den bekannten Linsenabbildungsfehlern. F ü r die Geophysik ist es nun wichtig, daß H o l o g r a m m e auch mit anderen kohärenten Strahlern, wie Ultraschallquellen oder seismischen Vibratoren, hergestellt werden können. D a s Interferenzfeld k a n n mit den bekannten Schalldetektoren bzw. Geophonen a u f g e n o m m e n werden. Uberführt m a n nun dieses Sehallhologramm mit einem geeigneten Maßstabsverhältnis in ein optisches H o l o g r a m m , so k a n n die R e k o n s t r u k t i o n mit einem L a s e r geeigneter Wellenlänge vorgenommen werden: E s werden S t r u k t u r e n sichtbar, die sich einer direkten B e o b a c h t u n g entziehen. Die Auflösung ist nur begrenzt durch die Wellenlänge des Schalls. Diesen faszinierenden Aussichten für eine Zukunftsseismik der optischen E r k u n d u n g des tieferen Erdinneren stellen sich zur Zeit aber zwei wesentliche Schwierigkeiten hinsichtlich technischer Realisierung entgegen: 1. Der R a u m zwischen den zu holographierenden Objekten und der A u f n a h m e v o r r i c h t u n g weist infolge unterschiedlicher Dichte usw. a u c h nicht annähernd eine k o n s t a n t e Wellengeschwindigkeit auf, im G e g e n s a t z zur vorhin geschilderten optischen Holographie, wo die Lichtgeschwindigkeit im O b j e k t r a u m k o n s t a n t ist. D a d u r c h wird, im seismischen Fall, d a s B i l d bei der R e k o n s t r u k t i o n verzerrt. Zusätzliche P r o b l e m e entstehen durch die R e f r a k t i o n der Wellen beim D u r c h g a n g durch Grenzflächen. Günstigere V o r a u s s e t z u n g e n bietet d a g e g e n die U n t e r s u c h u n g des

A b b . 9. Prinzip der H o l o g r a p h i e (umgezeichnet nach LERw i l l 1969) a = Aufnahme; b = Rekonstruktion; r = lleferenzliclit; b = Bclcuclitungslicht; g = vom Objekt ausgehendes Licht

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/ Laser

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Auskünfte über B e i rag und R i c h t u n g der Änderungen ergeben. D a r a u f l a s s e n sich völlig neuartige Meßverf a h r e n a u f b a u e n (KIEMLE 1970). Als mögliche Anwendungen für die Geophysik seien zum Beispiel Senkungsmessungen und Talsperrenüberwachungen gen a n n t . Die Genauigkeit liegt in der Größenordnung ICH m m . Die sich durch die Holographie für die Geophysik ergebenden Anwendungsmöglichkeiten sind noch kaum ausgelotet.. Reflektor

Abb. 10. Unteres Teilbild: Prinzip der Holoseismik. Im Punkt 0 befindet sich ein Vibrator. Bezeichnungen wie in Abb. 9 (umgezeichnet nach LERWILL 1 9 6 9 )

Oberes Teilbild: Amplitude A des stationären Interferenzfeldes in Abhängigkeit von der Entfernung s zum Vibrator

Meeresgrundes, v o n F a h r r i n n e n in Flüssen usw.

(KIEMLE

Zusamm enf assung Nach einer kurzen Darlegung des Laserprinzips und der Slralilungseigenschaften werden als Anwendungsgebiete des Lasers in der Geophysik die Entfernungsmessung, die optische Datenverarbeitung und die Holographie einer näheren Betrachtung unterzogen. Bei den Anwendungen werden schwerpunktmäßig das Prinzip sowie die Vor- und Nachteile des Lasereinsat.zcs dargestellt.

1970). 2. Das obengenannte Maßstabsverliältnis ergibt sich aus dem Verhältnis Schallwellenlänge zu Lichtwellenlänge Aj;. Für die Seismik beträgt dieses Verhältnis sa 5 • 10 7 (As = 30 m, = 0,6 yum). Das heißt, um ein optisches Hologramm von 1 cm X 1 cm zu erhalten, müßte eine Fläche von 500 km X 500 km vermessen werden mit einem Punktabstand von 15 m . Daher ist eine o p t i s c h e Rekonstruktion zur Zeit nicht sinnvoll. Günstiger liegen die Verhältnisse bei Untersuchungen mit Ultraschall, wo die Maßstabsreduktion nur noch sa 10 4 beträgt, so daß durch eine entsprechende Nachvergrößerung eine Anwendung bereits heute möglich sein sollte. B e i dieser S a c h l a g e in der Seismik v e r z i c h t e t m a n auf eine optische R e k o n s t r u k t i o n . Man korreliert das registrierte Interferenzfeld m i t einem theoretischen F e l d . Das n a c h A b b . 10 von einem quarzstabilisicrten V i b r a t o r im P u n k t 0 a b g e s t r a h l t e F e l d bildet n a c h R e f l e k t i o n an der Grenzfläche durch Überlagerung m i t dem a b g e s t r a h l t e n Feld ein s t a t i o n ä r e s Interferenzfeld, dessen F o r m die P a r a m e t e r (Teufe, Neigung usw.) des R e f l e k t o r s eindeutig e n t h ä l t . Auf Grund theoretischer F o r m e l n werden M u s t e r k u r v e n b e r e c h n e t und K r e u z k o r r e l a t i o n e n von theoretischen und registrierten K u r v e n durchgeführt. N a c h diesem Verfahren h a t LERWILL Versuchsmessungen durchgeführt und ausgewertet (LEBWILL 1969), m i t dem folgenden E r g e b n i s : E i n e E r k u n d u n g auf holographischer Grundlage dürfte zur Zeit nur für S t r u k t u r e n in geringer Tiefe möglich sein. . S t a t t die Kreuzkorrelationsfunktion m i t Computern zu b e r e c h n e n , k a n n m a n optische H o l o g r a m m e bei der optischen D a t e n v e r a r b e i t u n g direkt als F i l t e r verwenden (LERWILL 1969).

Der hier geschilderte W e g ist n i c h t auf die Seismik und die Geophysik b e s c h r ä n k t , sondern prinzipiell überall dort anwendbar, • wo k o h ä r e n t e S t r a h l e r verwendet werden. I n t e r e s s a n t e Anwendungen ergeben sich, wenn m i t einem H o l o g r a m m n i c h t nur ein, sondern durch Mehrf a c h b e l i c h t u n g der gleichen P l a t t e zwei oder m e h r Wellenfelder aufgenommen werden, die zu verschiedenen Zeiten oder u n t e r unterschiedlichen Bedingungen v o m gleichen O b j e k t erzeugt wurden. B e i der Wiedergabe werden alle Wellenfelder gleichzeitig rekonstruiert und bilden miteinander Interferenzen, aus denen sich

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Summary A short description of the principle of the laser and radiation properties is followed by a more detailed consideration of fields of application in geophysics, such as rangefinding, optical data processing, and holography. Main emphasis is placed on the principle as well as on the advantages and inconvcnicnccs of laser operation.

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KUHN / Entwicklungstendenzen der Seegeophysik

Stand und Entwicklungstendenzen der Seegeophysik unter besonderer Berücksichtigung der geoelektrodynamischen Verfahren PETER KÜHN, F r e i b e r g

(Sa.)

(Sektionsveröffentlichung Nr. 140 der Sektion Geowissenschaften der Bergakademie Freiberg, Arbeitsgruppe Geophysik)

I. Einführung Seegeophysik im System Meeresforschung und Meeresnutzung Im Blickpunkt der internationalen Öffentlichkeit steht seit 1957 die Erforschung des Weltraums. Von der breiten Öffentlichkeit weniger bemerkt, vollzog sich im gleichen Zeitraum die Erschließung eines anderen, bisher kaum erforschten Raumes — des Ozeans. Dabei hat sich die Meeresforschung und -nutzung neben der Kernforschung, Weltraumforschung und Datenverarbeitung zu einer Großforselmngsriehtung mit bedeutenden ökonomischen und technischen P e r s p e k t i v e n e n t w i c k e l t (BRUNS 1 9 5 8 , 1 9 6 2 , 1 9 6 8 ; BRUNS u . a. 1 9 6 9 ; KAUSCH 1 9 7 0 ; SCHÜTZLER 1 9 6 9 , 1 9 7 0 a , 1 9 7 0 b ) .

Die friedliche Nutzung der „Schätze des Meeres" eröffnet der Menschheit bedeutende Perspektiven, trotz des explosiven Bevölkerungszuwachses. Der jährliche Nutzen, den die Weltbevölkerung gegenwärtig aus dem Meere zieht, wird (1969) auf 50 Mrd. M geschätzt. Davon entfallen 27 Mrd. M auf die Weltfischerei und 23 Mrd. M auf die industrielle Rohstoffgewinnung. Der mögliche jährliche Nutzen kann jedoch einige 100 Mrd. M betragen (BRUNS u . a . 1969), wobei sich das Verhältnis künftig weiter zugunsten der Roiistoffgewinnung verschieben wird. In den Jahren nach dem 2. Weltkrieg sind in vielen Industrieländern komplexe Projekte, Programme, Maßnahmepläne u. a. m. zur Intensivierung der Arbeiten auf dem Gebiet, der Meeresforschung und -nutzung in Angriff genommen worden [KAUSCH 1970). Eine führende Position nimmt hierbei die Sowjetunion ein, deren Forschungsschiffe auf allen Meeren grundlegende Forschungsarbeiten durchführen. Die DDR ist in enger und ständig wachsender sozialistischer Gemeinschaftsarbeit mit der UdSSR und anderen sozialistischen Ländern an der Erschließung der marinen Ressourcen beteiligt. Das Profitstreben der imperialistischen Monopole und die militärischen Aspekte der Meeresforschung im Rahmen der Globalstrategie des USAImperialismus dürfen in den Meeresforschungsprogrammen der imperialistischen Staaten nicht übersehen werden (SCHÜTZLER 1969, 1970a, 1970b). Die wichtigsten Disziplinen der Meeresforschung sind nach BRUNS U. a. (1969): 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Physik des Meeres und Chemie des Meeres; Meeresgeologie und -geochemic; Seegeophysik; Maritime Meteorologie; Meeresbiologie; Meerestechnik.

Bei der Erkundung und Bewertung der nutzbaren Lagerstätten des submarinen Bereiches sind die geophysikalischen Verfahren im Komplex mit bathymetrischen und topographischen Aufnahmen die wichtigsten Hilfsmethoden des Erkundungsgeologen. Die Zielstellungen der seegeophysikalisclicn Arbeiten können außerordentlich unterschiedlich sein (globale Felder: Erdmagnetfeld, Erdschwerefeld; regionale Zielstellungen: Geotraversen; regionaler Krustenbau; lokale Lagerstättenprogramme) und die verschiedensten Seebereiche (Schclf, Kontinentalhang, Kontinentalanstieg, Tiefseeboden, Tiefseerücken und -gräben) betreffen. Eingang des Manuskripts in der Redaktion: 3. 8 . 1 9 7 0 .

Die Ergebnisse geophysikalischer Arbeiten bilden die wichtigste Grundlage der meeresgeologischcn Aussagen von globalen Ausmaßen (Großschollentektonik, Kontinentaldrift— Krustenproduktion in den mittelozeanischen Rücken, Krustenverschluckung in den Tiefseegräben u. a. m.) bis zu lokalen Problemen (Erdöl-Erdgas-Führung, Lagerstätten anderer mineralischer Rohstoffe u. a. m.) (BELOUSOW 1970; KALINKO 1 9 6 9 ;

MCKENZIE

1970;

MAAK 1 9 6 9 ;

MIYASHIRO

u. a. 1970). Der Artikel beschränkt sich auf die angewandt-geophysikalischen Möglichkeiten der Struktur- und Lagerstättenerkundung in regionalen und lokalen Maßstäben. Es wird nicht auf Ergebnisse seegeophysikalischer Arbeiten eingegangen.

II. Erfordernisse für scegeophysikalischc Arbeiten, Vorteile und Nachteile gegenüber der Landgeophysik Seegeophysikalische A r b e i t e n e r f o r d e r n : 1. eine E r k u n d u n g s p l a t t f o r m , mit der gefahrlos und erfolgreich die geophysikalischen Untersuchungen durchgeführt werden können (i. allg. Uberwasserschiff mit Eigenantrieb, 300 bis 1000 BRT, auch Spezialanlagen wie U-Boote, Bathy Sphären, Bathyscaphen, Unterwasserlabors, Meßbojen, Vertikalschwimmer u. a. m.); 2. eine exakte r e p r o d u z i e r b a r e P o s i t i o n s b e s t i m m u n g u n d - k o n t r o l l c durch modernste Navigationssysteme mit nachstehenden Genauigkeitsanforderungen: Ubersichtsaufnahmen ^ 300 m, Detailaufnahmen ± 30 m, Lagerstättenumgrenzungen ^ 3 m. (Als Neuentwicklungen sind aus den letzten Jahren die Systeme ANA, Sea Fix, Doppler Sonar sowie die Satellitennavigation zu nennen. Mit kombinierten Navigationsanlagen können heute Genauigkeiten von ^ 30 m in küstenfernen Meeresgebieten erreicht werden); 3. f ü r d e n S e e - E i n s a t z m o d i f i z i e r t e G e r ä t e s y s t e m e (Seewasserbeständigkeit, Druckfestigkeit der Unterwassergeräte, Robustheit etc.); 4. T i e f s e e a n k e r s y s t e m e b e i s t a t i o n ä r e n M e s s u n g e n (dynamische Verankerung); 5. k o m p l e x e g e o p h y s i k a l i s c h e S y s t e m e einschließlich EDVA zur Durchführung typischer Erkundungsprogramme, die kontinuierlich oder stationär erfolgen können; 6. eine entsprechende L a n d b a s i s zur organisatorischen, ökonomischen, apparativen, personellen und sonstigen Vorbereitung der See-Einsätze einschließlich Auswertung, Interpretation und Dokumentation der Meßergebnisse. W e s e n t l i c h e Vorteile ergeben sich bei seegeophysikalischen A r b e i t e n d u r c h die Möglichkeiten : 1. der k o n t i n u i e r l i c h e n M e s s u n g in B e w e g u n g für die wichtigsten Methoden (Seismik, Gravimetrie, Magnetik), wodurch ein kontinuierlicher, komplexer, EDV-gerechter Datenanfall vorliegt und eine hohe Effektivität erreichbar ist; 2. der M e s s u n g i n z w e i N i v e a u s , wodurch die Interpretation wesentlich erleichtert werden kann (Potentialverfahren!) ; 3. der stets g l e i c h e n A n k o p p l u n g s b e d i n g u n g e n für Geber (Schallquellen etc.) und Meßwertaufnehmer (Hydro-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 8

69

KÜHN / Entwicklungstendenzen der Seegeophysik plione, Magnetometer etc.). Bei seismischen Messungen fallen die an Land notwendigen Schußbohrungen weg.

Nachteile ergeben Arbeiten durch:

sich

bei

seegeophysikalischen

1. die Abhängigkeit v o n den klimatischen und Meeresbedingungen (Wind, Seegang .Strömungen, Eisverhältnissen etc. — m a n rechnet mit nur 100 bis 200 Arbeitstagen pro Jahr); 2. das Auftreten beträchtlicher Beschleunigungen durch Seegang; 3. die „abschirmende Wirkung" der Wasserplatte mit wachsender Wassertiefe auf geophysikalische Anomalien, deren Ursachen im Meeresuntergrund gesucht werden; 4. das Auftreten seetypischer Störungen und Effekte (Singing, Reverberationen, EÖTVÖS-Effekt u. a. m.); 5. den begrenzten R a u m der Erkundungsplattform, von der alle Operationen erfolgen müssen, und 6. die Begrenzung der Einsatztiefe v o n Unterwasserapparaturen durch den hydrostatischen Druck.

Seegeophysikalische Arbeiten sind (insbesondere bei stationären Messungen) außerordentlich kostenintensiv und erfordern eine optimale Anpassung an die spezifischen Bedingungen des Einsatzgebiets. Eine möglichst ununterbrochene Auslastung der Gerätesysteme und komplexe Meßprogramme gemeinsam mit den anderen Disziplinen der Meeresforschung sind notwendig. Die angeführten Erfordernisse, Vorteile und Nachteile berechtigen dazu, die Seegeophysik als weitgehend eigenständigen Bereich der geophysikalischen Erkundungsmethoden anzusprechen, auch wenn sich die angewandten Methoden prinzipiell nicht unterscheiden. III. Stand und Entwicklungstendenzen der seegeophysikalischen Verfahren (Nach CAEMAGSTOL 1968, PLAUMANN 1970)

Die ersten Anfänge, geophysikalische Untersuchungen auch in wasserbedeckten Gebieten durchzuführen, reichen bis in die Anfangszeiten der Geophysik zurück. Erinnert sei in diesem Zusammenhang an die Pendelm e s s u n g e n v o n VENXNG-MEINESZ 1920 i m

getauchten

Unterseeboot, an die magnetischen Messungen mittels Peil- und Doppelkompaß nach BIDLINGMAIEB in der östlichen und nördlichen Ostsee durch A. v. GEENET in den Jahren 1924—1929 sowie an die Arbeiten des unmagnetischen Schiffes „Carnegie" bis 1929. Unterbrochen durch den 2. Weltkrieg, erfolgte die eigentliche Herausbildung einer Seegeophysik (verbunden mit bedeutenden technischen Entwicklungen) jedoch erst mit der intensiven Erdöl-Erdgas-Erkundung der Kontinentalschelfe. Dominierendes Verfahren auf See ist gegenwärtig (wie auch an Land) die Seismik, es folgen die Potentialmethoden, Magnetik und Gravimetrie und erst in größerem Abstand die anderen geophysikalischen Verfahren. Seeseismik

Alle modernen reflexionsseismischen Messungen arbeiten nach der Ein-Schiff-Methode, d. h., Energieanregung und Aufzeichnung werden von einem Meßschiff realisiert. Das Schiff bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit v über den Grund. Im Zeitabstand i; strahlt die Energiequelle ab. Die pro zurückgelegter Strecke erfaßte Information ist um so größer, je größer die Zahl der Spuren nt ist. Um das Reflexionssignal

über den Rauschpegel herauszuheben, kann man ein Untergrundstück mehrmals nacheinander vermessen und die Reflexionsergebnisse addieren, d. h. stapeln. Damit steigt das Verhältnis von Nutz- zu Störsignal mit der Wurzel der Anzahl der Spuren an. Nutzsignalamplitude Störsignalamplitude nt d v t; ns Es

= = = — = =

-j j nt • d 1/ t> •

^ 5

3

Zahl der Spuren (Hydrophongruppen), Abstand der Spuren, Schiffsgeschwindigkeit, Impulsabstand ;> i r e g , Zahl der Energiequellen, seismische Energie.

nt und d sind durch den Kabelbaum festgelegt. Das Minimum von ij ist die Registrierzeit. Um e möglichst groß wählen zu können, steigert man die Zahl ns oder die seismische Energie Es der Energiequellen. Eine Erhöhung der Zahl der Energiequellen stößt auf wirtschaftliche Schwierigkeiten; deshalb ist es notwendig, den akustischen Wirkungsgrad der Energiequelle zu verbessern. Energieanregung (BALASCHKAND u . a. 1969; EDELMANN 1 9 6 8 ; LEENHABDT 1 9 7 0 ; SWEEEW 1970)

Seit mehr als zehn Jahren haben sich sprengstofflose oder -arme Anregungsverfahren mit hohem Automatisierungsgrad durchgesetzt und damit eine kontinuierliche seismische Profilierung ermöglicht. Es sind mehr als 20 Energieanregungssysteme verschiedenster Prinzipien bekannt, von denen etwa 15 für größere Eindringtiefen ausgelegt sind. Einige wichtige Systeme seien kurz genannt: 1. Für geringe Eindringtiefen bis 20 m eignen sich akustische Umformer mit piezoelektrischen oder magnetostriktiven Gebern. Geräte dieser Art arbeiten im kHzBereich und erreichen eine Auflösung von ca. 1 m. 2. Für mittlere Eindringtiefen von einigen 100 m werden elektromechanisclie Systeme, z. B. Boomer oder pneumatische Systeme, z. B. Hydrosein, Pneuflex, Luftpulser ( = Air Gun) u. a., verwendet. Die Anregung erfolgt im Frequenzbereich v o n 2 bis 500 Hz. Die Auflösung erreicht Werte von 2 bis 3 m. 3. Für Eindringtiefen v o n einigen 1000 m werden elektrische Entladungssysteme, z. B. Sparker, Transploder und Abarten, Gasexploder, z. B. UGD (BALASCHKAND U. a. 1969), Dinoseis, Aquapulse u. a., elektrohydraulische Vibrationssysteme, z. B. Vibroseis, sowie sprengseismische Systeme eingesetzt. Von den letzteren ist insbesondere das Flexotirverfahren, das Kleinstladungen mit Antiblubberschirm verwendet, bemerkenswert.

Die Anregung wird möglichst niederfrequent angestrebt, d. h. 1 bis 100 Hz. Das ist notwendig, weil der Frequenzbereich, der den Ubertragungseigenschaften des Untergrundes am besten entspricht, im allgemeinen zwischen 20 und 80 Hz liegt. Die Entwicklung der Energieanregungssysteme ist noch nicht abgeschlossen. Es werden laufend neue Entwicklungen von Energiequellen bekannt. Energieaufnahme Der Frequenzbereich, in dem auf See registriert werden kann, ist begrenzt durch das Spektrum des Störwasserschalls, hervorgerufen durch Schraubengeräusch, Motorerschütterung, Kielwasser, Seegang etc. Dieser Bereich ist schmal, so daß auch die Band-

Zeitschrift iiir angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Hett 3

70

KÜHN / Entwicklungstendenzen der Seegeophysik

breite der Energiequelle nicht zu groß zu sein braucht. Die Aufnahme erfolgt über bis zu 1000 bis 2500 m lange dünne schwimmfähige Kabelbäume (Streamer) mit piezo- bzw. magnetostriktiven Aufnehmern (Hydrophone). Die Kabelbäume bestehen aus auswechselbaren Sektionen von ca. 100 m Länge mit Hydrophonen in Gruppen zu zehn und Gruppenabständen von 25 bis 30 m. Die Schlepptiefe beträgt ca. l'O m (Tiefenkontrolle!). Aufzeichnung, Wiedergabe Moderne Aufzeichnungssysteme arbeiten mit hoher Dynamik digital auf Magnetplatten bzw. Magnetband. Auch eine Direktaufzeichnung ist möglich (seismisches Echolot). Die digitale Wiedergabezentrale ist durch Zusatzgeräte zur Ausführung komplizierter Wiedergabeprozesse (OHS, OVS, Antisinging, Dereverberation, Optimalfilterung, Dekonvolution, Ghost-Unterdrückung u. a.) geeignet und ermöglicht eine bestmögliche Ausschöpfung des Informationsgehalts. Technologie Die hohe „Schußfolge" bzw. Anregungsfolge (1s — einige min) ermöglicht im 24-Stunden-Einsatz die Bearbeitung von 200 bis 500 Tageskilometern, trotz CRPMetliodik und bei unterschiedlichem Überdeckungsgrad, 6- bis 24fach. Die maximale Erkundungstiefe beträgt z. Z. etwa 7000 m. Die Entwicklung der Rx-Seeseismik hat zur Zielstellung, die Eindringtiefe und das Auflösungsvermögen weiter zu erhöhen, die Bearbeitung auch schwächster Nutzsignale mittels EDVA zu ermöglichen und den Automatisierungsgrad hinsichtlich Anregung, Empfang, Verarbeitung und Interpretation auf einen höheren Stand zu bringen. Seeseismische Arbeiten (Rx- und Ra-Seismik) werden seit Jahren routinemäßig durchgeführt. Die Refraktionsseismik (SWEKEW 1970, S W E R E W u. a. 1969) erarbeitet dabei wichtige geologische Aussagen über die Erdkruste im Ozeanbereich (Gesteinsgrenzen, Geschwindigkeitsverhältnisse, Lagerungsverhältnisse usw.). Ra-Seismik-Ergebnisse liefern zusammen mit gravimetrischen und magnetischen Messungen die Grundlagen für die tektonische Rayonierung des Meeresuntergrunds. Die neueren Entwicklungen für Refraktionsseismik gehen dahin, durch den Einsatz von Telemetrie-Hydrophon-Bojen zur Ein-Schiff-Methode überzugehen. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit durch Unterdrückung aller Störamplituden wurde darüber hinaus ein tauchfähiger Meßgeräteträger konzipiert' (BUNGENSTOCK U. a. 1970). Seemagnetik

Nach dem 2. Weltkrieg wurden die zur U-BootOrtung eingesetzten Flugzeugmagnetometer in kleineren Maßstäben auch für Zwecke der geologischen Erkundung verwandt. Heute werden hierfür insbesondere die Fluxgate-, Protonen- und Rubidiumdampfmagnetometer

eingesetzt. Gemessen wird das Totalfeld F. Nach 1960 wurden verschiedene Entwicklungen von Schleppvektormagnetometern bekannt, die für die

Vermessung des erdmagnetischen Hauptfelds gut geeignet sind, jedoch weniger für Erkundungsaufgaben (geringe Empfindlichkeiten!). Probleme bei magnetischen Messungen auf See sind nach CABMAGNOL ( 1 9 6 8 ) Einflüsse durch: 1. m a g n e t i s c h e E f f e k t e des S c h i f f e s , was eine Messung außerhalb des Schiffsfelds (200 m hinter dem Schiff) bzw. den Einsatz unmagnetischer Schiffe erfordert (z. Z. nur „Sarja" - UdSSR; Indienststellung 1957/58; 2. Schiff in Vorbereitung); 2. m a g n e t i s c h e E f f e k t e d e r W e l l e n u n d D ü n u n g e n , die in mittleren Breiten (1 bis 2) y/m Oberflächcnwcllenamplitude mit Perioden von (10 bis 20) s erreichen — dadurch kann bei Messungen an der Secoberfläche die Genauigkeit max. 2 y betragen, weshalb die Messungen etwa 20 m unter der Wasseroberfläche erfolgen (WEAVER 1965) — ; .3. m a g n e t i s c h e E f f e k t e d u r c h die B e w e g u n g des S c h l c p p k ö r p e r s , des Schieppkabels und des Schiffes im Seegang — erforderlich sind eine ideale hydrodynamische Form des Schleppkörpers und eine korrekte Tiefenkontrolle —; 4. m a g n e t i s c h e V a r i a t i o n e n , die (wegen der im Vergleich zur Aeromagnetik geringen Schiffsgeschwindigkeit) geologische Effekte vortäuschen können, was synchrone Varia tionsregistrierungen an geeigneten Landstationen (günstiger wäre ein Seebodenmagnetometer! Aufwand?) erfordert bzw. ein Gradiomcter.

Mittels Magnetometrie sind unter Umständen Abschätzungen der Teufe des Grundgebirges sowie Hinweise auf die Entwicklungsgeschichte der Kruste im Ozeanbereich (Sea Floor Spreading!) möglich. Die Abgrenzung von magnetisch unterschiedlich wirksamen Gesteinstypen, Verwerfungen und anderen Strukturelementen ist möglich. Für Zwecke der Erzerkundung ist der Einsatz von geschleppten Tiefseemagnetometern erfolgversprechend. Die regionale magnetische Vermessung der Meere übernimmt zunehmend die Aeromagnetik. Die magnetischen Messungen erfolgen als wesentliche Ergänzung zur Seeseismik und -gravimetrie. Die Auswertung der Anomalien wird mit den an Land üblichen Methoden vorgenommen. Seegravimetrie (Carmugnol 1968; Gantar u. a. 1969; Lacoste 1967)

Wie bereits erwähnt, erfolgten erste Schweremessungen mittels Pendelapparaten auf See durch V E N I N G MEINESZ 1920. Gravimetermessungen waren in den folgenden Jahren zunächst nur am Seeboden möglich und durch den Einsatz von bemannten oder unbemannten Taucherglocken auf den Schelfbereich beschränkt. Die Seebodengravimetrie hat in allen Schelfgebieten wesentliche Beiträge zur Klärung der Geologie des Untergrunds beitragen können und wird auch heute noch eingesetzt. Die seit 1950 an Land eingesetzten Gravimeter von geringer Masse (3 bis 4 kg), doch höchster Genauigkeit sind wegen der Störbeschleunigungen auf Uberwasserschiffen nicht einsetzbar. Spezielle kreiselstabilisierte Plattformen mit einer notwendigen Vertikalgenauigkeit von 3 Bogenminuten ermöglichen die Aufstellung von Seegravimetern (Eigenperioden T > 400 s, z. B. Seegravimeter der 1. Generation) und Messungen bei fahrendem Schiff. 1920 erreichte man mit Pendelapparaten eine Genauigkeit von i 10 mGal, die bis 1940 auf i 3 mGal gesteigert werden konnte. Die 2. Generation der Schweremesser (1. Generation der Seegravimeter — Graf-Askania, Lacoste und Romberg)

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (li)71), lieft B

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KÜHTST / E n t w i c k l u n g s t e n d e n z e n der S e e g e o p h y s i k

erreichte 1960 eine Genauigkeit von i 5 mGul, die bis in die Gegenwart auf ^ 1 mGal gesteigert werden konnte. Die 3. Generation der Schweremesser (z. B. BGM = Bell Aerosystems Gravity Measuring System und MIT — Vibrating String Gravimeter) erreicht bereits heute i 0,5 mGal. Es wird geschätzt, daß in Kürze 0,1 mGal erreichbar seien (GANTAB U. a. 1969). Die Schiffsbeschleunigungen betragen bei einer See mit 2 m Wellenhöhe (Wind 2 bis 3) vertikal: horizontal:

40 • 1 0 3 m G a l ^ bei P e r i o d e n v o n 20 • 1 0 3 m G a l ) T s » (5 bis 40) s.

Es ist deshalb erforderlich, alle Signale Ts < 200 s herauszufiltern. Zum Vergleich sei daran erinnert, daß die interessierenden Schwereanomalien geologischer Störkörper wenige mGal selten übersteigen. Durch die Fahrt des Schiffes muß infolge der Corioliskraft die nach EÖTVÖS benannte Korrektur an den Meßwerten angebracht werden: Ey Ey Z v HOÜ 3 a R a q e i i /i;JM y i e H w x H a u i e ü pecriyßjiHKH. ÜOATOMY B CTaTte ßaeTCfr 0 6 3 0 p o COCTOHHHH reo(J)H3HKII H T e H ß e i m m i K ee p a a BHTHKJ. I l p n 3T0M OCoSeiIHO npHHHMaiOTCH BO BHHMaHHe reoajieKTpiiHecKH-fliiHaMiiHecKHe m b t o h m .

Summary At present, marine research and utilization already present themselves as a topical problem for scientists of our Republic. The present article therefore reviews the status and development trends of geophysics, with special reference to geoelectric-dynamic methods. Literatur BACHMANN, H.: Ökonomische und rechtliche Aspekte dor Nutzung maritimer Rohstoffquellen. In: Prognostische Aufgaben der Geologie bei der Bereitstellung mineralischer Rohstoffe. — Ber. dt. Ges. geol. Wisa., A, 13, 4, 5 1 9 - 5 3 5 (1968). BALASCHKAND, M . I . , E . CH. WENIKOW, K . A. LEBEDEW u . a . : Oprobowanie ustanowki gasowoi detonazii (UGD) s apparaturoj nakopleuija signalow. - liaswed. Geofisika, 32, 5 7 - 6 3 (1969). BELOUSOW, W. W.: Die Tektonosphäre der Erde. — Z. angew. Gcol., 16, I, 4 5 - 5 4 , Berlin 1970. BEKDITSCHEWSKIJ, M. N„ & L. L. WAN JAN: Perspektiwy glubinnich magnitoteluritscheskich sondirowanij na akwatoriach. — Fisika Semli, II, 5 1 - 5 6 (1969). BRUNS, E.: Ozeanologie. - Berlin, I (1958), I I (1962), I I I (1008). BUHNS, E„ & H.-J. BROSIN: Das Meer. - Leipzig 1969. BUNGENSTOCK, H„ & K. DEPPEKMANX: Neuere seismische Entwicklungen im llahmen der Meeresforschung. — Erdöl u. Kohle, 23,1, 7 —10 (1970). CARMAGNOL, P.: General reconnaissance and oceanography. — C. G.G., 37 S., Paris 1968.

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In d e n l e t z t e n J a l i r e u w u c h s die E r d ö l - u n d E r d g a s l'örderung a u s d e m Meeresboden schnell a n . Die n a c h w e i s b a r e n V o r r ä t e a n K o h l e n w a s s e r s t o f f e n in d e n Schelf e n d e r W e l t m e e r e m a c h e n ca. 9 M r d . t, die p r o g n o s t i schen bis 135 M r d . t aus, i m Gegensatz zu d e n K o n t i n e n t e n m i t ca. 300 Mrd. t . E s ist allgemein b e k a n n t , d a ß in der N o r d s e e die Erdöl- u n d E r d g a s e r k u n d u n g d u r c h g e f ü h r t w i r d . Allein in d e n A n t e i l e n G r o ß b r i t a n n i e n s u n d W e s t d e u t s c h l a n d s w u r d e n m e h r als 60000 l a u f e n d e K i l o m e t e r seismische Profile in einem A b s t a n d v o n 5 bis 25 k m v e r m e s s e n . A u c h i m d ä n i s c h e n , holländischen u n d norwegischen N o r d s e e g e b i e t w e r d e n solche A r b e i t e n d u r c h g e f ü h r t . I n s g e s a m t w u r d e n d o r t m e h r als GO B o h r u n g e n n i e d e r g e b r a c h t , d u r c h die bisher fünf E r d g a s - u n d eine E r d ö l l a g e r s t ä t t e erschlossen w u r d e n . N a c h der A n z a h l der eingesetzten B o h r a n l a g e n s t e h t die N o r d s e e n a c h d e m Golf v o n Mexiko a n zweiter Stelle. A u c h die Ostsee b e g i n n t die A u f m e r k s a m k e i t der F o r s c h e r der A n l i e g e r s t a a t e n auf sich zu ziehen. So h a t z. B. S c h w e d e n bereits 12000 k m seismische Profile v e r m e s s e n . Bei G o t l a n d u n d bei Schonen b e r e i t e t m a n O f f s h o r e - B o h r u n g e n v o r . In U b e r e i n s t i m m u n g m i t d e n G e n f e r K o n v e n t i o n e n v o n 1958 h a b e n die U d S S R , die D D R , D ä n e m a r k , die V R P o l e n , F i n n l a n d , W e s t d e u t s c h l a n d u n d S c h w e d e n das R e c h t , die B o d e n s c h ä t z e d e r Ostsee a u s z u b e u t e n . Die N o t w e n d i g k e i t z u r E r ö r t e r u n g geologischer, ö k o n o m i s c h e r u n d r e c h t l i c h e r F r a g e n bei der Suche u n d E r s c h l i e ß u n g v o n E r d ö l - u n d E r d g a s l a g e r s t ä t t e n i m O s t s e e r a u m ist h e r a n g e r e i f t . Aus: „Sowjetskaja geologija", Heft 3, S. 5 — 16, Moskau 1969. Übers, und wissenschaftliche Bearbeitung Dipl.-Geol. H. GALLE, VEB Geophysik, Leipzig. 3*

A. P.

MILASHIN &

W. W.

FEDYNSKIJ,

UdSSR

Der vorliegende A r t i k e l b e h a n d e l t n u r geologische V o r a u s s e t z u n g e n einer E r d ö l - E r d g a s - F ü h r u n g , a b e r a u c h einige E r g e b n i s s e u n d etwaige R i c h t u n g e n der geologisch-geophysikalischen F o r s c h u n g in der Ostsee. 1. Der geologisch-geophysikalische U n t e r s u c h u n g s s t a n d der der Ostsee anliegenden Gebiete ist h i n l ä n g lich gut. Der O s t s e e r a u m ist j e d o c h sehr ungleichm ä ß i g erforscht. S c h w e r e m e s s u n g e n sind selten, w u r d e n in allen Meeresteilen in n u r geringem U m f a n g d u r c h g e f ü h r t u n d e r l a u b e n d e s h a l b n u r d e n E n t w u r f einer sehr s c h e m a t i s c h e n S c h w e r e k a r t e , die große weiße F l e c k e n a n den K ü s t e n der S o w j e t u n i o n , Schwedens u n d der D D R a u f w e i s t . Vereinzelte m a g n e t i s c h e Messungen w u r d e n v o m I n s t i t u t f ü r E r d m a g n e t i s m u s u n d R a d i o w e l l e n a u s b r e i t u n g ( I Z M I R ) der A k a d e m i e d e r W i s s e n s c h a f t e n der U d S S R m i t d e m Schoner „ S a r j a " (EFENDIEWA 1967) v o r g e n o m m e n . A e r o m a g n e t i s c h e Messungen im m i t t l e r e n M a ß s t a b f ü h r t e m a n in der n o r d ö s t l i c h e n Ostsee d u r c h . Aus diesen G r ü n d e n k o n n t e n bisher n u r s c h e m a t i s c h e m a g n e t i s c h e u n d g r a v i m e t r i s c h e K a r t e n für den Ostseeraum entworfen werden. In der Ostsee w u r d e n a u c h seismische E r k u n d u n g s a r b e i t e n d u r c h g e f ü h r t . In i h r e m südöstlichen Teil w u r d e n 1962 bis 1964 im K ü s t e n b e r e i c h der U d S S R reflexionsseismische A r b e i t e n ( L E W T S C H E N K O & M Ä R T I N O W A 1965) a u s g e f ü h r t . Die g e s a m t e P r o f i l l ä n g e b e t r ä g t ca. 2 0 0 0 k m . Zwei Regionalprofile q u e r e n einen g r o ß e n Teil d e r Ostsee. Die A r b e i t e n w u r d e n n a c h der M e t h o d e der k o n t i n u i e r l i c h e n P r o f i l i e r u n g m i t einem Schußi n t e r v a l l v o n 420 m d u r c h g e f ü h r t , wobei ein s c h w i m m e n der K a b e l b a u m m i t piezoelektrischen H y d r o p h o n e n u n d eine S c h i e ß l e i t u n g v e r w e n d e t w u r d e n .

Zeitschritt für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Hcit 3

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Probleme der Erdöl- und Erdgassuche im Osiseebecken D. A.

TUOOLESOW,

JU.

Ja.

KUSNEZOW,

L. R .

REWIN,

In d e n l e t z t e n J a l i r e u w u c h s die E r d ö l - u n d E r d g a s l'örderung a u s d e m Meeresboden schnell a n . Die n a c h w e i s b a r e n V o r r ä t e a n K o h l e n w a s s e r s t o f f e n in d e n Schelf e n d e r W e l t m e e r e m a c h e n ca. 9 M r d . t, die p r o g n o s t i schen bis 135 M r d . t aus, i m Gegensatz zu d e n K o n t i n e n t e n m i t ca. 300 Mrd. t . E s ist allgemein b e k a n n t , d a ß in der N o r d s e e die Erdöl- u n d E r d g a s e r k u n d u n g d u r c h g e f ü h r t w i r d . Allein in d e n A n t e i l e n G r o ß b r i t a n n i e n s u n d W e s t d e u t s c h l a n d s w u r d e n m e h r als 60000 l a u f e n d e K i l o m e t e r seismische Profile in einem A b s t a n d v o n 5 bis 25 k m v e r m e s s e n . A u c h i m d ä n i s c h e n , holländischen u n d norwegischen N o r d s e e g e b i e t w e r d e n solche A r b e i t e n d u r c h g e f ü h r t . I n s g e s a m t w u r d e n d o r t m e h r als GO B o h r u n g e n n i e d e r g e b r a c h t , d u r c h die bisher fünf E r d g a s - u n d eine E r d ö l l a g e r s t ä t t e erschlossen w u r d e n . N a c h der A n z a h l der eingesetzten B o h r a n l a g e n s t e h t die N o r d s e e n a c h d e m Golf v o n Mexiko a n zweiter Stelle. A u c h die Ostsee b e g i n n t die A u f m e r k s a m k e i t der F o r s c h e r der A n l i e g e r s t a a t e n auf sich zu ziehen. So h a t z. B. S c h w e d e n bereits 12000 k m seismische Profile v e r m e s s e n . Bei G o t l a n d u n d bei Schonen b e r e i t e t m a n O f f s h o r e - B o h r u n g e n v o r . In U b e r e i n s t i m m u n g m i t d e n G e n f e r K o n v e n t i o n e n v o n 1958 h a b e n die U d S S R , die D D R , D ä n e m a r k , die V R P o l e n , F i n n l a n d , W e s t d e u t s c h l a n d u n d S c h w e d e n das R e c h t , die B o d e n s c h ä t z e d e r Ostsee a u s z u b e u t e n . Die N o t w e n d i g k e i t z u r E r ö r t e r u n g geologischer, ö k o n o m i s c h e r u n d r e c h t l i c h e r F r a g e n bei der Suche u n d E r s c h l i e ß u n g v o n E r d ö l - u n d E r d g a s l a g e r s t ä t t e n i m O s t s e e r a u m ist h e r a n g e r e i f t . Aus: „Sowjetskaja geologija", Heft 3, S. 5 — 16, Moskau 1969. Übers, und wissenschaftliche Bearbeitung Dipl.-Geol. H. GALLE, VEB Geophysik, Leipzig. 3*

A. P.

MILASHIN &

W. W.

FEDYNSKIJ,

UdSSR

Der vorliegende A r t i k e l b e h a n d e l t n u r geologische V o r a u s s e t z u n g e n einer E r d ö l - E r d g a s - F ü h r u n g , a b e r a u c h einige E r g e b n i s s e u n d etwaige R i c h t u n g e n der geologisch-geophysikalischen F o r s c h u n g in der Ostsee. 1. Der geologisch-geophysikalische U n t e r s u c h u n g s s t a n d der der Ostsee anliegenden Gebiete ist h i n l ä n g lich gut. Der O s t s e e r a u m ist j e d o c h sehr ungleichm ä ß i g erforscht. S c h w e r e m e s s u n g e n sind selten, w u r d e n in allen Meeresteilen in n u r geringem U m f a n g d u r c h g e f ü h r t u n d e r l a u b e n d e s h a l b n u r d e n E n t w u r f einer sehr s c h e m a t i s c h e n S c h w e r e k a r t e , die große weiße F l e c k e n a n den K ü s t e n der S o w j e t u n i o n , Schwedens u n d der D D R a u f w e i s t . Vereinzelte m a g n e t i s c h e Messungen w u r d e n v o m I n s t i t u t f ü r E r d m a g n e t i s m u s u n d R a d i o w e l l e n a u s b r e i t u n g ( I Z M I R ) der A k a d e m i e d e r W i s s e n s c h a f t e n der U d S S R m i t d e m Schoner „ S a r j a " (EFENDIEWA 1967) v o r g e n o m m e n . A e r o m a g n e t i s c h e Messungen im m i t t l e r e n M a ß s t a b f ü h r t e m a n in der n o r d ö s t l i c h e n Ostsee d u r c h . Aus diesen G r ü n d e n k o n n t e n bisher n u r s c h e m a t i s c h e m a g n e t i s c h e u n d g r a v i m e t r i s c h e K a r t e n für den Ostseeraum entworfen werden. In der Ostsee w u r d e n a u c h seismische E r k u n d u n g s a r b e i t e n d u r c h g e f ü h r t . In i h r e m südöstlichen Teil w u r d e n 1962 bis 1964 im K ü s t e n b e r e i c h der U d S S R reflexionsseismische A r b e i t e n ( L E W T S C H E N K O & M Ä R T I N O W A 1965) a u s g e f ü h r t . Die g e s a m t e P r o f i l l ä n g e b e t r ä g t ca. 2 0 0 0 k m . Zwei Regionalprofile q u e r e n einen g r o ß e n Teil d e r Ostsee. Die A r b e i t e n w u r d e n n a c h der M e t h o d e der k o n t i n u i e r l i c h e n P r o f i l i e r u n g m i t einem Schußi n t e r v a l l v o n 420 m d u r c h g e f ü h r t , wobei ein s c h w i m m e n der K a b e l b a u m m i t piezoelektrischen H y d r o p h o n e n u n d eine S c h i e ß l e i t u n g v e r w e n d e t w u r d e n .

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1071), Heft

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AtiLui'unkullukUv / IM-JÖI- und .Ktclgassuctio ml Oslscubcxkcii

An sicheren geologischen Grenzen in Sedimenten wurden Reflexionen mit Intervallen von 0,4 bis 2 s registriert. Auf einem großen Teil der seismischen Profile wurden ein bis zwei Stützhorizonte ununterbrochen verfolgt. Hinzu treten auf bedeutenden Strecken (bis 30 — 50 km) andere reflektierende Flächen. Insgesamt werden sieben Reflexionshorizonte mit unterschiedlicher Persistenz entlang der Fläche ausgeschieden. Auf einigen Abschnitten (besonders im Süden) wurden intensive Resonanzschwingungen beobachtet, weshalb die Aussonderung realer Wellen mit großen Schwierigkeiten verbunden war. F ü r den stratigraphischen Anschluß der Reflexionshorizonte benutzte m a n die Bohrungen Piltene, Adse und Kaliningrad-Süd im sowjetischen B a l t i k u m , die von den Seeprofilen jeweils 25, 45 und 70 k m entfernt sind, und auch die R e s u l t a t e seismischer E r k u n d u n g s arbeiten auf dem Festland. Dabei muß betont werden, daß die Seeprofile nicht direkt an die Bohrungen und an die Landprofile angeschlossen werden konnten. Deshalb liegt nur ein angenäherter stratigraphischer Anschluß vor.

sich bei der tektonischen Korrelation im Gebiet der K u p p e l „ L i e p ä j a e r M e e r " einiges anders herausstellen kann. F ü r die K l ä r u n g dieser F r a g e sind weitere geophysikalische Forschungen unumgänglich. Zu bemerken bleibt, daß seismische Untersuchungen und Bohrarbeiten auf dem F e s t l a n d folgten (1965 bis 1967), die zur A b ä n d e r u n g der errechneten mittleren Geschwindigkeiten führten, die bei der Interpretation der erwähnten seeseismischen Arbeiten angenommen wurden. Eine Neuinterpretation steht bevor, jedoch wird sich nur die absolute Tiefe der Stützhorizonte, aber nicht die relative Gestalt der b e s t i m m t e n E r h e b u n g e n und Senken verändern. Geoelektrische Prospektionsarbeiten in der Ostsee wurden nur in bescheidenem Maße 1964 längs der K ü s t e des sowjetischen B a l t i k u m s durchgeführt. Sie trugen Versuchscharakter und ergaben im Vergleich zu schon vorliegenden seismischen Ergebnissen nichts Wesentliches und bedeutend Neues. Dies war bedingt durch die E x i s t e n z abschirmender gips- und salzführender Horizonte im Devon und Perm. Bessere R e s u l t a t e ergaben Versuchssondierungen mit der F e l d a u f b a u m e t h o d e im Nordteil der Gdansker B u c h t bei K a p T a r a n , wo ein Horizont mit großem Widerstand in 4 k m Tiefe verfolgt werden konnte, der anscheinend mit der Oberfläche des präkambrischen F u n d a m e n t s übereinstimmt. 1966 bis 1967 wurden detaillierte geoelektrische Messungen im Rigaischen Meerbusen durchgeführt. Sie verliefen sehr erfolgreich und erlaubten, strukturelle K a r t e n der Oberfläche des präkambrischen metamorphen F u n d a m e n t s aufzustellen. Diese K a r t e n ergaben, daß die bis dahin existierende Vorstellung einer tiefen, geschlossenen R i g a er Senke (KOWALEWSKIJ & OZOLIN 1967) nicht der Wirklichkeit entspricht.

Die Horizonte I I und I I I erscheinen im Sedimentk o m p l e x als Hauptstützhorizonte. Der Horizont I I (0,8 bis 1,1 s) tritt a m allerbesten in der nördlichen H ä l f t e des vermessenen Teils der Ostsee auf. Im gleichen Zeitintervall wurde auf dem F e s t l a n d ein Reflexionshorizont erfaßt, der im oberen Ordovizium liegt. Deshalb wird der Horizont I I I ebenfalls dem oberen Ordovizium zugeordnet. Auf einigen Profilen wird unterhalb des Horizontes I I der Horizont I (1,2 bis 1,3 s) erkannt. N a c h der mittleren Effektivgeschwindigkeit zu urteilen, die aus bohrlochseismischen Messungen in den genannten Bohrungen bes t i m m t wurde, liegt er über 250 bis 300 m tiefer als der Horizont II. Dieser Differenz entspricht die summarische Mächtigkeit des K a m b r i u m s und Ordoviziums in den Bohrungen. Deshalb wird der Horizont I dein Unteren K a m b r i u m zugerechnet. Auf einzelnen Abschnitten verschiedener Profile erfaßte m a n die Horizonte I I I , IV und Y. Sie werden auf Grund ihrer L a g e im Profil, des Vergleichs mit Bohrprofilen und der Angaben der Seismik auf dem F e s t l a n d stratigraphisch angeschlossen. Den Horizont I I I bezieht m a n auf das Mittlere, den Horizont IV auf das Obere Silur. Der Horizont V befindet sich anscheinend im Perm, zuweilen an dessen B a s i s . Im Südteil des vermessenen Gebietes ist der Stützhorizont V I (0,3 bis 1,0 s) überall gut erfaßt worden. E r läßt sich sicher an die Ergebnisse der seismischen Bohrlochmessung der B o h r u n g Kaliningrad-Süd anschließen und dem Oberen P e r m zuordnen. Außer diesem Horizont wird der Reflexionshorizont V I I beobachtet, der anscheinend in der Trias liegt. Auf der Basis der durchgeführten seismischen Arbeiten ist es möglich, strukturelle K a r t e n für die B a s i s des Ordoviziums, die Obcrfläche des Perms und andere Horizonte des sedimentären Deckgebirges zu konstruieren und für die wichtigsten tektonischen S t r u k t u r e n in diesem Teil des Ostseeraums zu entwerfen. Im einzelnen wurde die E x i s t e n z einer großen K u p p e l , „ L i e p ä j a e r Meer", v e r m u t e t , die nordwestlich der tiefen L i e p a j ä e r Senke liegt, darüber hinaus auch viele kleinere tektonische Formen. E s ist nicht ausgeschlossen, daß

Diese ausgeführten geophysikalischen Forschungen im Ostseeraum ergeben einiges Material zur K l ä r u n g des geologischen A u f b a u s im Ostseegebiet. E i n guter geologisch-geophysikalischer U n t e r s u c h u n g s s t a n d des umgebenden Territoriums gibt die Möglichkeit einer g e nügend sicheren E x t r a p o l a t i o n der F e s t l a n d s s t r u k t u r e n für viele Abschnitte des Meeresbereichs. 2. Die Senke der Ostsee liegt im wesentlichen in durch ihren geologischen A u f b a u unterschiedlichen Abschnitten der E r d k r u s t e (Abb. 1). Ein großer, nordöstlicher Teil derselben befindet sich in Bereichen der durch traditionelle geologische Untersuchungen abgeteilten alten Europäischen (Russischen) Tafel. Die Südwestgrenze dieser Tafel wurde lange Zeit (durch einige Geologen, z. B . durch J . ZNOSKO) entlang der sogenannten TOENQUIST-Linie gezogen, die den nordöstlichen Bezirk der Dänisch-Polnischen Senke bilden. In letzter Zeit wurde in Verbindung mit Bohrungen in D ä n e m a r k (SOBGENFBEI 1966) und Großbritannien, die in geringen Tiefen hoclimetamorphe Gesteine des Präk a m b r i u m s erschlossen, die F r a g e der Südwestgrenze der Europäischen Tafel erneut überprüft und v e r s t ä r k t diskutiert (BOGDANOW 1968, ZNOSKO 1964a und 1 9 6 4 b , KÖLBEL 1964). Die große B e d e u t u n g der TOBNQUIST-Linie bestellt darin, daß sie einen riesigen B r u c h oder eine gewaltige F l e x u r bildet, der bzw. die ein s t a r k abgesunkenes Gebiet der Dänisch-Polnischen und der Polnisch-Deutschen Senke v o n der im Vergleich dazu wenig gesenkten Baltischen Syneklise abtrennt. In den letztgenannten

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 3 Aütorenkollektiv / Erdöl- und Erdgassnche im Ostseebecken

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Bereichen liegt die Oberfläche des präkambrischen Fundaments durchschnittlich 1,5 bis 2 km tief, in dem am meisten eingesenkten Teil sinkt es auf 4 und mehr Kilometer ab. Die Baltische Syneklise, deren nordöstlicher Teil unter der Ostsee liegt, wird von allen Seiten durch Hebungen umgeben: im Norden und Westen durch die Flanken des Baltischen Schildes, im Osten durch den Lettischen Sattel, der sich von der Moskauer Syneklise abtrennt, und im Südosten durch die Flanken der Belorussischen Anteklise. Nur im Südwesten grenzt sie an die viel tiefere Dänisch-Polnische Depression und die Polnisch-Deutsche Senke. Letztlich ist die Baltische Syneklise die ausgedehnteste des Gebiets im Vergleich zu der wenig gekrümmten Tafelstruktur mit sehr flachgeneigten Flanken, die für Syneklisen alter Tafeln charakteristisch sind. Ihr stratigraphisches Profil enthält das gesamte Paläozoikum relativ vollständig. An der Basis der Tafelablagerungen, die die Syneklise füllen, lagern im östlichen Teil wenig mächtige Sand,,Bänke" des Waldaikomplexes. Ablagerungen des Kambriums und Ordoviziums — ein im sowjetischen Baltikum gut bekannter Abschnitt — treten fast im gesamten Areal der Syneklise in geringer Mächtigkeit auf.

das Vorhandensein kuppelbildender Strukturen in der durchlaufenden Einbiegung, die die Liepäja-Senke vom am stärksten eingesunkenen Teil der Syneklise abtrennt. W. A. LEWTSCHENKO stellte hier zwei bis drei kuppeiförmige Erhebungen fest. Auf der Grundlage der verhältnismäßig unvollständigen gravimagnetischen Daten, aber auch durch indirekte Kennzeichen (geneigte, flexurbildende Einbiegungen in der Sedimentdecke, Charakter des Reliefs des Meeresbodens) konstatierten viele Wissenschaftler innerhalb der Baltischen Syneklise und der sie umgebenden Tafelerhebungen eine ganze Reihe von Störungen, die vermutlich die kristalline Basis der Tafel spalten. Die bekanntesten dieser Störungen werden auf der abgebildeten tektonischen Karte gezeigt (Abb. 1). Die Baltische. Syneklise (gleich wie auch der Baltische Schild) findet im Südwesten in einer steilen Umbiegung riesiger Amplitude ihren Abschluß. Alle Schichtenfolgen der Sedimentdecke, die die Syneklise füllen, wurden durch gewaltige mesozoische Bewegungen der Dänisch-Polnischen Senke verbogen und eingetaucht. Diese Senke besitzt eine sehr komplexe, teils aushaltend und ungleichmäßig entwickelte tektonische Form. Im Mesozoikum bildete sich gleichzeitig mit intensiver Durchbiegung und Akkumulation der Sedimente der Pommerisch-Kujawische Wall längs der Achse des polnischen Teils der Senke. Als Ergebnis ist in diesem Teil der Senke ein Wechsel von auf viele Zehner Kilometer sich linear erstreckender, relativ schmaler Antiklinalen und Synklinalen zu verzeichnen. Jura und Kreide der Dänisch-Polnischen Depression verdecken hier die Struktur der unterlagernden Ablagerungen. Durch Bohrergebnisse aus verschiedenen Teilen der Senke und durch seismische Erkundungen ist jedoch bekannt, daß hier die Mächtigkeit der Trias und des Perms sehr bedeutend angewachsen ist. Mächtige Salzmassen des Zechsteins bilden auf dem PommerischKuj awischen Wall, aber auch im dänischen Teil der Senke eine ganze Reihe von Salzkuppeln. Aus Bohrangaben in der V R Polen ist zu schließen, daß Ablagerungen des Karbons, Devons, Silurs und anscheinend auch des Ordoviziums das Perm unterlagern und durch bedeutende Mächtigkeiten charakterisiert sind. Dadurch weist sich der polnische Teil der Furche als eine sehr tief abgesunkene tektonische Senke aus (EROSOWSKI

Das Silur ist mächtiger entwickelt und erreicht im am stärksten eingesunkenen Teil der Syneklise, in der Bucht von Gdansk, eine Mächtigkeit von mehr als 2 km. Dabei ist hauptsächlich bei den Karbonatgesteinen ein charakteristischer Wechsel mit Tonen von den Flanken in Richtung zum Zentrum der Syneklise zu bemerken. Die Mächtigkeit des Silurs nimmt nach Westen, zur Dänisch-Polnischen Senke ständig zu. Die Devonablagerungen sind im Gegensatz zum Silur im östlichen Teil der Syneklise weniger vollständig entwickelt und keilen nach Westen schnell aus. Ablagerungen des Karbons haben sich sehr unbedeutend entwickelt, Perm und Trias aber besitzen eine ziemlich große Mächtigkeit im südlichen Teil der Syneklise. Auf diese Weise hat sich die Baltische Syneklise in ihren verschiedenen Teilen während der verschiedenen Perioden des Paläozoikums eingesenkt. Innerhalb der Syneklise tritt eine Reihe von Kuppeln und Brachyantiklinalen auf. Als eine weniger große Zone kuppelbildender Hebungen erscheint die Liepäja— Saldus-Zone, die sich entlang der nördlichen Flanke der Syneklise vom östlichen Ufer des Rigaer Meerbusens bis Liepäja erstreckt. Nördlich und parallel zu ihr ist eine zweite Kette von Kuppeln angeordnet, so die von Kandava, von Kuldiga und andere. Auf dem südwestlichen, in der Ostsee liegenden Teil der Zone tritt die Erhebung des „Liepäja-Meeres" hervor, die sich als die wichtigste der bis jetzt aus dem Ostseegebiet bekannten Hochlagen erweisen könnte. Im abgesunkenen Teil der Baltischen Syneklise und an ihrem südöstlichen Rand ist durch seismische Erkundung eine Reihe von Brachyantiklinalen erkannt worden. Danach ist das Hauptaugenmerk besonders auf die Klaipeda-Aufstülpung im südöstlichen Teil des Meeres zu richten, wo das Fundament bereits auf bedeutende Tiefe abgetaucht ist und die Sedimentmächtigkeit 2 km übertrifft. Diese Aufstülpung erlangt großes Interesse, da in angrenzenden Gebieten der Litauischen S S R und Kaliningrads in letzter Zeit abbauwürdiges Erdöl entdeckt wurde. Nicht ausgeschlossen ist sogar

1 9 6 5 , DADLEZ & MLYNARSKI 1 9 6 7 ) .

Der dänische Teil der Dänisch-Polnischen Senke ist viel weniger gut bekannt. Festgestellt worden ist, daß hier das präkambrische Fundament nur in geringe Tiefen absinkt. Die Trias und das Obere Perm sind hier mächtig entwickelt. Jedoch werden im Vergleich zum polnischen Teil der Senke geringere Mächtigkeiten der Jura—Kreide und anscheinend wesentlich geringere Mächtigkeiten des Perms und Paläozoikums erreicht. Von der im Süden gelegenen Polnisch-Deutschen Senke wurde der dänische Teil der Dänisch-Polnischen Senke durch eine große, sich ziemlich breit erstreckende Erhebung der Oberfläche der präkambrischen kristallinen Bildungen abgetrennt, die die Bezeichnung Ringk0bing— Fyn-Hoch erhielt. Wahrscheinlich erscheint die mächtige Entwicklung von Jura und Kreide in der Depression im Vergleich zum Becken als einziger genau festgestellter Unterschied zwischen beiden. Es bleibt eine offene Frage, ob die Dänisch-

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heft 3 76

A u t o r e n k o l l e k t i v / Erdöl- u n d E r d g a s s u c h e im Ostscebeckcn

Zeitschrift für angewandte Geologie, Bd. 17 (1971), Heit 3 Autorenkollektiv / Erdöl- und Erdgassuche im Ostseebecken

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