Als wir letztes Jahr die Erschließung eines Gewerbegebiets nahe der ehemaligen Zeche Friedrich der Große in Herne geotechnisch begleiteten, zeigte sich ein klassisches Problem des Emscherlandes: unter einer dünnen Auffüllung aus Bergematerial folgten verwitterte Kreidemergel mit unregelmäßiger Basis. Wir entschieden uns für eine Kombination aus seismischer Refraktionstomographie und Reflexionsmessung, um die Grenzflächen zwischen Lockergestein und Festgestein auf einer 400-Meter-Trasse lückenlos abzubilden. In Herne mit seinen 157.000 Einwohnern und der für das Ruhrgebiet typischen Bergbaugeschichte sind solche inhomogenen Untergründe eher die Regel als die Ausnahme – alte Schachtanlagen, Hohlräume und verfüllte Tagesbrüche durchziehen das Stadtgebiet. Die seismische Refraktion kartiert die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Kompressions- und Scherwellen und deckt Störungen auf, die mit Bohrungen allein oft übersehen werden, während die Reflexionsmethode bei tieferen Fragestellungen die geologischen Schichten auflöst. Unser Team hat in den letzten Jahren dutzende Projekte zwischen Wanne und Eickel mit dieser Methode begleitet.
Die seismische Tomographie zeigt den Untergrund von Herne als durchgängiges Geschwindigkeitsmodell – nicht als isolierte Bohrpunktinformation.
Methodik und Umfang
In Herne beobachten wir immer wieder, dass die Verwitterungszone des Karbon- und Kreidegebirges stark schwankt – mal steht der Fels bei zwei Metern an, dreißig Meter weiter fällt die Oberkante auf sieben Meter ab. Genau hier liegt die Stärke der seismischen Tomographie: Mit einer Quell-Geophon-Geometrie von 120 Metern Auslage und 5-Meter-Geophonabstand erreichen wir Auflösungen, die eine konventionelle
Sondierbohrung nicht liefern kann. Während der SPT punktuelle Werte in 1,5-Meter-Intervallen gibt, zeichnet die Tomographie ein durchgängiges Geschwindigkeitsprofil. Wir kombinieren das in Herne gerne mit einer
Durchlässigkeitsbestimmung vor Ort, wenn die Baugrube eine Grundwasserabsenkung erfordert – der Mergel des Emscher-Mergels ist oft klüftig und die Wasserwegigkeit wird unterschätzt. Die Messung selbst läuft zerstörungsfrei ab: Ein beschleunigungsgewichteter Fallhammer oder ein elektrodynamischer Impulsgeber erzeugt das Signal, 24 bis 48 Geophone registrieren die Laufzeiten. Die Auswertung erfolgt tomographisch über ein inverses Modell, das die gekrümmten Strahlenwege berücksichtigt und nicht nur einfache horizontale Schichtung annimmt. Für tiefere Horizonte, etwa die Basis der quartären Rinne unter dem Stadtzentrum von Herne, setzen wir zusätzlich Reflexionsseismik ein.
Lokale Besonderheiten
Die Messapparatur, die wir in Herne einsetzen, besteht aus einem vernetzten System aus 48 Geophonen mit 10 Hz Eigenfrequenz, die über ein LAN-Kabel mit der Seismikbox verbunden sind. Wir kalibrieren jeden Kanal morgens vor Messbeginn mit einem Impulstest. Das größte Risiko in der Herner Innenstadt sind anthropogene Vibrationen: Straßenbahnlinien, LKW-Verkehr auf der A42 und aktive Pumpwerke der Emschergenossenschaft erzeugen einen Störpegel, der die Stapelrate beeinflusst. Wir stapeln deshalb mit 8 bis 16 Schlägen pro Quellpunkt, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Ein unterschätztes Problem in Herne sind die Resthohlräume des historischen Bergbaus unter dem Stadtteil Baukau – seismische Scherwellen werden an luftgefüllten Kavernen fast vollständig reflektiert und erzeugen charakteristische Schattenzonen im Tomogramm. Fehlen diese im Modell, kann das bei späteren Pfahlgründungen zu unerwarteten Setzungen führen. Wir dokumentieren jede Anomalie und gleichen sie mit dem Grubenbildarchiv der Bezirksregierung Arnsberg ab.
Häufige Fragen
Was kostet eine seismische Tomographie in Herne?
Für eine typische Refraktionsmessung mit 120 m Profillänge und 24 Geophonen in Herne liegen die Kosten zwischen €2.800 und €4.190 netto. Der Preis hängt von der Zugänglichkeit des Geländes, der erforderlichen Eindringtiefe und eventuellen Verkehrssicherungsmaßnahmen ab. Jedes Angebot erstellen wir nach Ortsbesichtigung.
Bis in welche Tiefe kann die Seismik den Untergrund in Herne auflösen?
Bei der Refraktionsmethode erreichen wir mit 120 m Auslage etwa 30 m bis 40 m Tiefe, bei langen Auslagen bis 60 m. Die Reflexionsseismik dringt deutlich tiefer ein und bildet Horizonte in über 150 m Tiefe ab – relevant, wenn alte Schachtanlagen oder die Basis der quartären Rinne unter Herne zu erkunden sind.
Wie lange dauert eine seismische Messkampagne in Herne?
Ein Messtag pro Profil von 200 bis 400 Metern ist realistisch. Die reine Datenaufnahme dauert 4 bis 8 Stunden, abhängig vom Störpegel durch Verkehr und Industrie in Herne. Die tomographische Inversion und der Bericht benötigen 5 bis 7 Werktage.
Eignet sich die Seismik zur Erkundung von Bergbauschäden in Herne?
Ja, die Kombination aus Refraktions- und Reflexionsseismik ist eines der wirksamsten zerstörungsfreien Verfahren, um Hohlräume, verbrochene Schächte und Auflockerungszonen im Herner Untergrund zu detektieren. Besonders S-Wellen-Tomogramme zeigen die typischen Schattenzonen luftgefüllter Hohlräume.
Welche Bodenkennwerte liefert die seismische Tomographie?
Aus den P- und S-Wellengeschwindigkeiten leiten wir den dynamischen Elastizitätsmodul, den dynamischen Schubmodul und die Poissonzahl ab. Diese Kennwerte fließen direkt in die Baugrundmodelle für Fundamentberechnung und Erdbebenanalyse nach DIN EN 1998-1/NA ein.
