Utilizing impressed cathodic corrosion protection currents to determine the electrical conductivity in the upper few kilometers of the earth

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Mitteleuropa ist mit einem dichten Rohrleitungsnetz überzogen, durch das Wasser, Erdgas und Erdöl verteilt wird. Um metallische Rohrleitungen gegen elektrochemische Korrosion zu schützen, sind diese mit korrosionsbeständigen Beschichtungen überzogen und mit einem kathodischen Korrosionsschutzsystem ausgestattet. Zur Überprüfung des Umhüllungszustandes und der Wirksamkeit des Schutzstromsystems wird der Schutzstrom vorübergehend an- und ausgeschaltet, und elektrische Potentialmessungen zwischen Rohrleitung und Boden durchgeführt. Die Schaltvorgänge bedingen einen zeitveränderlichem Strom, und induzierenden sekundäre elektrische und magnetische Felder im Untergrund, die räumlich und zeitlich, und abhängig von der elektrischen Leitfähigkeit des Untergrundes, abfallen. In diesem Projekt wollen wir die durch geschaltete Schutzströme induzierten elektromagnetischen Felder messen und hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeitsverteilung in den obersten Kilometern des Untergrundes auswerten. Wir konzentrieren unsere Untersuchungen auf ein Testgebiet im Sauerland, wo wir elektrische Arraymessungen mit detaillierten Untersuchungen der Stromverteilung in der Rohrleitung kombinieren. Unsere Kooperationspartner von der RWE Westfalen-Weser-Ems Netzservice GmbH stellen zu diesem Zweck die Ergebnisse einer kürzlich im Testgebiet durchgeführten Intensivmessung zur Lokalisierung von Umhüllungsdefekten entlang einer Rohrleitungsabschnitts zur Verfügung. Darüber hinaus wird unser Partner uns Zugang zu den technischen Einrichtungen des Schutzstromsystems im Testgebiet ermöglichen. Kombiniert mit gleichstromgeoelektrischen und magnetischen Messungen über den Rohrleitungsabschnitt werden diese Daten verwendet, um die Stromverteilung zu bestimmen. Zur Interpretation elektrische Arraymessungen in der Umgebung der Abschnitts wird der transiente Abfall des Feldes sowie die Frequenzantwort der Erde auf den geschalteten Schutzstrom betrachtet. Dieser Ansatz ist eng verwandt mit den Verfahren der aktiven Elektromagnik in der Geophysik. Die Ausnutzung von Schutzströmen zur geophysikalischen Erkundung kann eine effektive Ergänzung zu existierenden Verfahren darstellen, die auch in Regionen mit hohem elektromagnetischem Störpegel ohne eigene Stromquelle auskommt. Somit könnte die Methodik in der geophysikalischen Erkundung und Überwachung von Rohstoffen, Reservoiren und geologischen Speichern zum Einsatz kommen.