ArcheoPro Geofysica webassistent

Informatieverdieping

Hoe werkt een EM meting?

Er zijn drie natuurkundige principes die met geofysica voor de Nederlandse archeologie gemeten worden: geleiding, magnetisme of reflectie. Ieder van die drie meet een heel specifieke natuurkundige parameter en geeft totaal andere informatie over de bodem. Er bestaat geen instrument dat alle drie de principes gelijktijdig in hoge nauwkeurigheid meet.
EM onderzoek is een meting waarmee de geleiding van de grond gemeten wordt.

Werking methode: De geleiding van de bodem wordt bepaald door de geleiding van stroom. Hiervoor is vocht in de bodem nodig. Een droge of bevroren bodem kan niet geleiden en dus werkt een geleidingsmeting dan niet. De geleiding van stroom wordt bepaald door de compactie van het materiaal, door de porositeit, door de hydrologie van de bodem en door de samenstelling van de bodem. Veen en klei hebben een hoge geleiding (lage weerstand) terwijl zand meestal een lage geleiding (hoge weerstad) heeft. Nat zand houdt meer water tussen de porieën en heeft dan weer een hogere geleiding (lagere weerstand) dan droog zand. Een ander voorbeeld is veen dat in een hydrologisch rustige omgeving zit, veel mineralen uit het veen opneemt en daarom een hoge geleiding (lage weerstand) heeft terwijl veen waar vers water in stroomt, een lagere geleiding (hogere weerstand) heeft.
De samenstelling van een volume bodem onder het meetinstrument bepaalt de geleiding (weerstand) van de meting.
Geleiding en weerstand zijn omgekeerd evenredige begrippen, als de geleiding hoog is, is de weerstand laag. Als de geleiding laag is, is de weerstand hoog. Met de formule Weerstand = 1 / Geleiding zijn de waarden naar elkaar om te rekenen.

Technische werking: Bij EM wordt de stroom met spoelen de grond in gestuurd. Een zendspoel wekt een magneetveld op dat in de grond een stroompje opwekt. Die stroom in de grond wordt met een tweede spoel gemeten waarmee de geleiding (weerstand) uitgerekend kan worden. Het meetinstrument meet de geleiding (weerstand) van een bepaalde massa grond onder het instrument en drukt dat in een getal uit. De diepte van meten is afhankelijk van de afstand tussen de zendspoel en de ontvangstspoel.
In de bij ArcheoPro in gebruik zijnde EM apparatuur zijn meerdere spoelcombinaties in een instrument ingebouwd. Er wordt met één enkele zendspoel de stroom opgewekt en dan met drie ontvangstspoelen gelijktijdig gemeten. Zo ontstaat met een enkele meting direct informatie tot drie meetdiepte. ArcheoPro heeft een EM instrument dat ondiep meet tot 50, 100 en 150 cm onder maaiveld. ArcheoPro heeft ook een diep EM instrument dat tot drie meetdieptes van 200, 400 en 600 cm onder maaiveld meet.

Archeologische inzet: Door het gebruik van spoelen en niet van electrodes kan met de EM snel een groot gebied gescand worden. EM metingen zijn dan ook zeer geschikt voor verkennend onderzoek, minder voor karterende onderzoeken en niet geschikt voor waarderende onderzoeken.

Voordelen: Omdat bij EM metingen met spoelen gewerkt wordt, is geen contact met de bodem nodig zoals bij de weerstandsmeting wel nodig is. Er kan daarom op bijna iedere ondergrond gemeten worden, ook als het verhard is.
Omdat met spoelen gewerkt wordt, kan ook sneller gemeten worden dan bij de reguliere weerstandsmeting. Er hoeft niet met kabels gewerkt te worden. De metingen gaan dan ook aanmerkelijk sneller dan de reguliere weerstandsmetingen.
De meting met spoelen heeft nog een bijzonder voordeel. Door het opwekken van stroom met spoelen, is de gevoeligheid van het meetinstrument vlak bij de spoelen niet heel hoog. De optimale gevoeligheid ligt wat verder van de spoelen af. Dit is duidelijk anders dan bij een reguliere weerstandsmeting waarbij de maximale gevoeligheid direct bij het contactpunt van de electrodes ligt. Een EM meting is daarom gevoeliger voor structuren die wat dieper zitten. Dit is voordelig bij bijvoorbeeld metingen onder bestrating waar de bestrating zelf een kleine invloed heeft op de metingen terwijl de diepere structuren juist optimaal in de meting naar voren komen.

Nadelen: EM metingen hebben ook twee nadelen:
Omdat met magneetvelden gemeten wordt, zijn EM metingen gevoelig voor ijzer in de omgeving waar gemeten wordt. De ondiepe EM is gevoeliger voor metaal dan de diepe EM. Boombeschermers, ijzeren hekken maar ook metalen ringetjes op de schoenen van de operator kunnen de metingen al behoorlijk verstoren.
Een tweede nadeel is dat het opwekken en meten van stroom met spoelen minder nauwkeurig is dan het opwekken en meten van stroom met electrodes. De resultaten van EM metingen zijn minder scherp begrensd en minder gedetailleerd dan metingen met de reguliere weerstandsmeting.

Veldpraktijk: EM metingen worden bijna altijd uitgevoerd door een terrein in parallel lijnen vlakdekkend te onderzoeken, waarbij de afstand tussen de lijnen bepaald wordt door de archeologie die gezocht wordt. Bij grote structuren kan volstaan worden met een grote afstand tussen de meetlijnen, maar bij kleinere structuren wordt de afstand kleiner en kan een kleiner oppervlakte per dag onderzocht worden. EM metingen worden bijna altijd in combinatie met GPS metingen in de rugzak van de operator uitgevoerd zoals op de foto te zien is. Zo worden direct de meetposities en de meetwaarden genoteerd.

Bijzonderheden:

De diepe EM metingen worden met een groot instrument uitgevoerd. De metingen zijn zwaar maar gaan wel heel snel. De archeologische details die met deze methode gevonden kunnen worden, zijn niet de kleine details, kleine muren zijn niet meetbaar. Denk hierbij meer aan grote structuren zoals dikke stadsmuren of riviergeulen of dekzandruggen. Vooral bij het in kaart brengen van grote bodemkundige structuren als rivierdalen, inversieruggen, dekzandruggen, etc kan de afstand tussen meetlijnen groot gemaakt worden en kan tot wel 50 hectare per dag onderzocht worden.

Met de ondiepe EM kan snel een groot gebied gescand worden. Er wordt een goed inzicht verkregen in de eerste 1.5 meter. Met de ondiepe EM komen geen grote details naar voren, meer algemene zaken zodat daarna met andere technieken meer detail onderzocht kan worden.