COMET

Ziel des Projektes COMET (COupled Magnetic Resonance and Electrical Resistivity Tomography) ist die Entwicklung eines strukturell gekoppelten Inversionsalgorithmus zur Auswertung von Messung der Nuklear-Magnetischen Resonanz in Kombination mit elektrischer Widerstands-Tomographie. Wichtiger Bestandteil ist eine effiziente Berechnung von magnetischen Feldern auf der Basis beliebiger 2D Leitfähigkeitsverteilungen.

Wasser ist als eine wichtige natürliche Ressource, als solche bedarf sie unseren Schutz und unterliegt somit einer ständigen Kontrolle. Die Exploration und Charakterisierung von Grundwasserleitern wird immer wichtiger und im Rahmen dieser kommen verschiedenste hydrogeophysikalische Methoden zum Einsatz. Methoden wie die elektrische Widerstandstomographie (ERT) und Nuklear-Magnetische Resonanz (NMR) sind in der Lage wichtige Parameter des Untergrundes abzubilden. Eine Kombination der beiden Techniken gibt Aufschluss sowohl über die Verteilung des Wassergehaltes, der hydraulischen Leitfähigkeit des Untergrundes als auch dem Salzgehalt der flüssigen Phase. Während 2D ERT seit 15 Jahren Stand der Technik ist, werden 2D Anwendungen von Oberflächen-NMR, bzw. Magnetischer Resonanz Tomographie (MRT) noch erforscht. Durch die jüngsten Entwicklungen im Bereich der Multi-Kanal-Messungen für NMR Apparaturen und der Entdeckung von immer effizientere Spulenkonfigurationen wurde die Zeit für die Profilaufnahme eines MRT Datensatzes deutlich reduziert. Vollständige 2D MRT-Messungen können nun technisch und zeitlich auch über das Versuchsstadium hinaus umgesetzt werden. 2D Datensätze für MRT können nur korrekt interpretiert werden, wenn die Auswertung eine 2D Leitfähigkeitsverteilung berücksichtigt.

Das Projekt COMET soll bei der Inversion sowohl beliebige 2D Leitfähigkeitsstrukturen berücksichtigen als auch diese im späteren Verlauf strukturell mit den anderen zu invertierenden Größen koppeln. Dabei werden die Mehrdeutigkeiten der Verfahren reduziert und die Auflösung verbessert um bessere Ergebnisse für bspw. hydraulische Modellierungen zu liefern. Als Ergebnis einer solchen Inversion ergeben sich 2D Verteilungen des spezifischen elektrischen Widerstandes, des Wassergehalten, sowie der Relaxationszeiten

Als erster Schritt dazu wurde eine Joint Inversion für NMR und ERT wurde für den 1D Leitfähigkeitsfall (einfacher Schichtfall) entwicklelt (Abb.1). 

Im zweiten Schritt wurde eine Vorwärtsrechnung entwicklet die für beliebige 2D Leitfähigkeitstrukturen beispielsweise aus einer ERT Inversion und für beliebige Konfigurationen und Anordnungen von Sende und Empfangsspulen die magnetische Felder und die NMR Kernfunktion berechnet (Abb. 2).

Auf Basis dieser Kernfunktion ist es dann möglich die NMR Messungen zu invertieren/auszuwerten. Abschließend kann nun die Inversion von MRT und ERT strukturell gekoppelt werden (Abb. 3). 

Die Entwicklung des COMET-Codes (Skibbe et al., 2020) findet ausschließlich unter Zuhilfenahme von Open-Source Projekten statt und ist selbst als Open-Source Projekt verfügbar.

 

Publikationen aus dem Projekt

  • Coupled magnetic resonance and electrical resistivity tomography: An open-source toolbox for surface nuclear-magnetic resonance. - GEOPHYSICS 85 (3), F53-F64.
    2020, SKIBBE, R., ROCHLITZ, R., GÜNTHER, T., MÜLLER-PETKE, M.
  • custEM: customizable finite element simulation of complex controlled-source electromagnetic models. - Geophysics, 84(2), F17-F33.
    2019, ROCHLITZ, R., SKIBBE, N. & GÜNTHER, T.
  • Structurally coupled cooperative inversion of magnetic resonance with resistivity soundings. - Geophysics 83(6), JM51-JM63.
    2018, SKIBBE, N., GÜNTHER, T. & MÜLLER-PETKE, M.
  • The potential of mobile nuclear magnetic resonance sensors for moisture detection in tunnels and mines. - 9. CMM Tagung und 4. Herbstschule Material - Prozesse - Systeme; Karlsruhe.
    2017, COSTABEL, S., SKIBBE, N., DLUGOSCH, R. & MÜLLER-PETKE, M.