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DESMEXreal

Das Projekt "Reallabor Rohstofferkundung Oberharz (DESMEX-REAL)" erforscht im Rahmen des BMBF-Programms "Forschung für nachhaltige Entwicklung (FONA3)" eine moderne Erkundungsstrategie im großen Maßstab am Beispiel der Bergbauregion Harz.

Dieses Projekt folgt zwei Vorgänger-Projekten, DESMEX und DESMEX II. In der ersten Phase wurde eine neuartige semi-airborne (d.h. Sender auf dem Boden und Empfänger in der Luft) Erkundungsmethodik für die Exploration von Erzlagerstätten entwickelt (Becken et al. 2020) und an Demonstrations-Standorten in Schleiz (Thüringen) und Kiruna (Schweden) getestet (Steuer et al. 2020; Smirnova et al. 2020). Die zweite Phase fokussierte sich auf die Anwendung der Methode auf mehrere Lagerstätten in Deutschland, Namibia und Spanien in lokalen (km) Erkundungsskalen. Zusätzlich zu Helikoptern wurden hier auch Drohnen als alternative, kostengünstige Trägersysteme eingesetzt (Becken et al. 2023). Darüber hinaus wurden alternative Methoden wie AFMAG (audio-frequency magnetotellurics) erprobt (Stolz et al. 2022). Die dritte Phase des Projekts, DESMEX-real, ist ein sogenanntes Reallabor mit dem Ziel, Lagerstätten in der regionalen Skala (10er km) zu erkunden. Ziel ist die historische Bergbauregion Oberharz.

Abgesehen von den gemeinsamen Messkampagnen, fokussieren sich die Arbeiten am LIAG auf die Software-Entwicklung. Während in DESMEX I das Finite-Elemente-Paket custEM entwickelt wurde (Rochlitz et al. 2019), wurde es in DESMEX II zur Inversion ausgebaut (Rochlitz et al. 2023), um dreidimensionale Leitfähigkeitsmodelle aus den Messdaten zu rekonstruieren. Darauf aufbauend zeigte eine extensive Studie, wie das Experimentaldesign optimiert werden kann (Nazari et al. 2023). In DESMEX-real werden die Inversions-Algorithmen mittels hierarchischer Ansätze weiterentwickelt in Richtung einer großskaligen Auswertung ausgedehnter Gebiete, um damit geologische Modelle des Oberharz zu generieren.

Zusätzlich zu Erzlagerstätten, wird die Methode auf die Charakterisierung von Grundwasser-Systemen übertragen. Für die Methode siehe auch das Youtube-Video.

Messkampagnen

Im Rahmen von DESMEX II wurden bereits zwei Gebiete im Randbereich des Oberharz durch ausgedehnte Befliegungen mit je 4 Fluggebieten erkundet. 2020, wurde der nördliche Teil nahe Goslar vermessen (rote Vierecke), wo sich auch die Vorzeige-Lagerstätte Rammelsberg befindet. 2021 wurden vier weitere Gebiete nahe der historischen Bergstadt Bad Grund vermessen (weiße Vierecke). Wie auch an anderen Demonstrations-Standorten, wurden traditionelle Induktionsspulen und neuartige supraleitende Magnetometer eingesetzt und verglichen (Stolz et al. 2022).

Im September 2022 wurde die erste der drei in DESMEX-real geplanten Kampagnen in der Nähe der Bergwerksstadt Lautenthal durchgeführt. Dreizehn Fluggebiete (in schwarz), jede mit einem 2-4km langen Sender in der Mitte, überdeckte das Gebiet zwischen den von 2020 und 2021, so dass insgesamt ein dreieckiges Gebiet von ca. 15-20 km Seitenlänge erfasst wurde. Im September 2023 wurde dieses durch 10 Messflüge (blau) im Bereich Schulenberg nach Südosten erweitert. Im Jahr 2024 soll die Befliegung des Oberharz durch 5-10 Gebiete südlich von Clausthal-Zellerfeld abgeschlossen werden.

Inversion

Basierend auf dem 3D-Frequenzbereichs-Finite-Elemente Modellierungspaket custEM, das beliebige CSEM Geometrien und Topographiesn unterstützt, haben wir eine flexible 3D-Inversion der semi-airborne-CSEM-Daten mit dem Inversions-Framework pyGIMLi entwickelt. In DESMEX-real liegt der Fokus auf der Implementierung eines multiskaligen 3D Inversionsschemas.

Publikationen

  • Nazari, S., Rochlitz, R. & Günther, T. (2023): Optimizing semi-airborne electromagnetic survey design for mineral exploration, Minerals 23(6), 796, doi:10.3390/min13060796.
  • Rochlitz, R., Becken, M. & Günther, T. (2023): Three-dimensional inversion of semi-airborne electromagnetic data with a second-order finite-element forward solver. Geophys. J. Int., 234(1), 528-545. doi:10.1093/gji/ggad056.
  • Stolz, R., Schiffler, M., Becken, M., Thiede, A., Schneider, M., Chubak, G., Marsden, P., Bergshjorth, A.B., Schaefer, M., Terblanche, O. (2022): SQUIDs for magnetic and electromagnetic methods in mineral exploration, - Mineral Economics 35(3-4), 467-494, doi:10.1007/s13563-022-00333-3
  • Becken, M., P. O. Kotowski, J. Schmalzl, G. Symons, and K. Brauch (2022): Semi-Airborne Electromagnetic Exploration Using a Scalar Magnetometer Suspended below a MulticopterFirst Break 40(8), 37–46, doi:10.3997/1365-2397.fb2022064.
  • Steuer, S., Smirnova, M., Becken, M., Schiffler, M., Günther, T., Rochlitz, R., Yogeshwar, P., Mörbe, W., Siemon, B., Costabel, S., Preugschat, B., Ibs-von Seht, M., Zampa, L.S. & Müller, F. (2020): Comparison of novel semi-
    airborne electromagnetic data with multi-scale geophysical, petrophysical and geological data from Schleiz, Germany
    , J. Appl. Geophys. 182, 104172, doi:10.1016/j.jappgeo.2020.104172.
  • Becken, M., Nittinger, C., Smirnova, M., Steuer, A., Martin, T., Petersen, H., Meyer, U., Matzander, U., Friedrichs, B., Rochlitz, R., Günther, T., Mörbe, W., Yogeshwar, P., Tezkan, B., Schiffler, M. & Stolz, R. (2020): DESMEX: A novel system development for semi-airborne electromagnetic exploration. - Geophysics, 85(6): E239-E253, doi:10.1190/geo2019-0336.1
  • Rochlitz, R., Skibbe, N. & Günther, T. (2019): custEM: customizable finite element simulation of complex controlled-source electromagnetic models. Geophysics 84(2): F17-F33, doi:10.1190/geo2018-0208.1

Team

Bearbeitung
Saeed Nazari
Dr. Michael Weiss

Projektleitung
Dr. Thomas Günther
Dr. Raphael Rochlitz

Partner

WWU Münster
BGR Hannover
IPHT Jena
Uni Köln
TU Clausthal
Supracon AG
iMAR Navigation
LBEG Hannover
GLU Freiberg

Harzwasserwerke
terratec geophysical
DMT GmbH

Förderung

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms FONA (033R385D)

Laufzeit: 01.04.2021-31.03.2025