Modellentstehung

Erstellung eines 3-D-Modells am PC Erstellung eines 3-D-Modells am PC

Der Geologische Dienst am LfU beschäftigt sich vorrangig mit der Entstehung, Verbreitung und den Eigenschaften der oberen Erdkruste in Bayern. In der Vergangenheit wurden aus technischen Gründen zur Veranschaulichung der oftmals sehr komplexen räumlichen Untergrundverhältnisse ausschließlich Karten und Profilschnitte erstellt. Seit einigen Jahren ist auch die notwendige Technik verfügbar, um Messwerte und geologische Interpretationen anschaulich und räumlich korrekt in 3-D darzustellen. Es interessieren nicht nur Lage und Verbreitung von geologischen Einheiten, sondern vor allem auch die von Störungen, da diese wichtig z.B. für Wasserwegsamkeiten und damit auch für die Nutzung von geothermischer Energie aus großer Tiefe sind. Ist erst einmal ein Schicht-Volumen geologisch plausibel und korrekt mit Hilfe spezieller Software definiert, so können Messwerte z.B. aus Bohrungen oder von der Erdoberfläche aus im gesamten betrachteten Volumen mathematisch interpoliert werden und somit Aussagen z.B. über Gesteinseigenschaften auch fern von Datenpunkten mit einer definierten Sicherheit getroffen werden.

Erstellung von 3-D-Modellen am LfU

Die 3-D-Modellierung stellt die Schnittstelle verschiedener Geoinformations- und Datenbanksysteme am LfU dar. Das Bodeninformationssystem Bayern (BIS-By) erlaubt den Zugriff auf sämtliche am LfU erfassten Bohrungen Bayerns mit ihren Schichtinformationen. Zusätzlich sind alle geologischen Karten und Profile im System als Flächendatensätze vorgehalten. Grundlage von Modellierungen sind neben den Informationen aus sämtlichen Bohrungen mit Schichtenverzeichnissen (also Angaben über die geologische Interpretation von Bohrungen) die Ausbisslinien und –Flächen der geologischen Einheiten an der Erdoberfläche, bereits erstellte Interpretationskarten wie Mächtigkeitskarten von geologischen Einheiten, Verbreitungskarten und Tiefenlinienpläne von Schichtober- oder Unterkanten. Schließlich fließen noch geologische Profile mit ein, die lagerichtig in 3D georeferenziert werden. Nur in Ausnahmefällen werden Hilfsdaten konstruiert, um die Software fachlich plausibel zu steuern.

Mit Hilfe des am LfU eingesetzten Geoinformationssystems ArcGIS der Fa. ESRI werden diese Daten für die Modellierung ausgewählt und vorbereitet. In Gegenden mit komplexen geologischen Strukturen werden zusätzliche Interpretationen durch den Geologen als generierte Datensätze erstellt, um die 3-D-Modellierung genau steuern zu können. Mit Hilfe verschiedener weiterer Programme können dann sogenannte 2,5D-Daten, also räumliche Flächenobjekte, erstellt werden.

Für die eigentliche 3-D-Modellierung verwendet das LfU vorrangig die Software SKUA der Fa. Paradigm. Dieses ursprünglich für die Erdölindustrie entwickelte Programmpaket erlaubt eine geologisch orientierte Konstruktion, Berechnung und Analyse von Volumenkörpern. Zunächst werden in der Regel die Schichtgrenzen aller zu modellierenden Einheiten erstellt. Danach werden diese so zusammengesetzt, dass abgeschlossene Volumenkörper entstehen. Diese können mit einer ganzen Reihe von geostatistischen Verfahren mit physikalischen Gesteinseigenschaften befüllt werden und so Auskunft über räumliche Verbreitung und Ausprägung von geologischen Einheiten geben.

Daneben wird am LfU auch das Programm GSI3D des British Geological Surveys (BGS) eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein hauptsächlich durch vernetzte geologische Profilschnitte gesteuertes Modelliersystem. Es erlaubt einfach und schnell konzeptionelle Modelle in einer frühen Phase der Datenaufnahme schon während der Kartierung zu erstellen. Dadurch kann eine Qualitätskontrolle der Kartierung mit den Bohrungen erfolgen.

Am LfU wird die 3-D-Modellierung aber auch zur Qualitätskontrolle von Bohrungs-Daten (sog. Schichtenverzeichnisse) eingesetzt. Eine gemeinsame Auswertung von Bohrungen, geologischer Karte, geologischem Profil, geophysikalischen Daten und eventuell bereits existierender Isolinienpläne erlaubt eine konsistente Datenhaltung und erleichtert das Erkennen von fehlerhaften Daten.

3-D-Modelle stellen grundsätzlich nur einen bestimmten Kenntnis- und auch Arbeitsstand dar, d.h. neben den rein fachlichen Rahmenbedingungen setzen auch technische, personelle und finanzielle Gründe Grenzen bei der Modellerstellung und Modellgüte. Ein Modell wird immer nur für bestimme Zielsetzungen konzipiert und kann sich daher bei anderslautenden Anwendungen als nicht ausreichend herausstellen. Daher sind alle am LfU erstellten Modelle mit Unsicherheiten behaftet und stellen nie einen endgültig gesicherten Sachverhalt dar!