DESMEX - Teilvorhaben IV: Modellierung und Inversion

Ziel des Verbund-Projekts DESMEX (Deep Electromagnetic Sounding for Mineral Exploration) ist die Entwicklung eines semi-airborne, also sowohl Boden- (Sender) als auch Luft-gestützten (Empfänger), elektromagnetischen Explorationssystems für Erzlagerstätten bis 1 km Tiefe. Das Teilprojekt IV am LIAG beschäftigt sich mit dem Thema Modellierung und Inversion.

Das Hauptziel vom Verbundprojekt DESMEX (Deep Electromagnetic Soundings for Mineral EXploration - Tiefe elektromagnetische Sondierungen zur Erzexploration), gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung  (BMBF) im Programm r4,  ist die Entwicklung eines sowohl Boden- (Sender) als auch Luft-gestützten (Empfänger) elektromagnetischen Explorationssystems für Erzlagerstätten bis in 1 km Tiefe. Das Messsystem ist in Abb. 1 illustriert.

Die folgenden Schwerpunkte werden am LIAG durchgeführt:

  1. Vorerkundung von favorisierten Gebieten mit großskaligen Hochstrom-Geoelektrik Messungen für das Boden-Luft-gestützte Hauptexperiment im Jahr 2017.

  2. Operation des Hochstrom-Senders für das Hauptexperiment.

  3. Entwicklung von geeigneten Finite-Elemente-Algorithmen zur Modellierung von 3D controlled-source elektromagnetischen (CSEM) Daten.

  4. Konzepte für 3D-Inversion für Boden-Luft-gestützte Messungen.

Hochstrom-Geoelektrik Schleiz

Jeweils im Oktober 2015 & 2016 wurde das 7.5 km lange Hochstrom-Geoelektrik Profil südöstlich von Schleiz, senkrecht zum Streichen des Bergaer Antiklinoriums, in zwei Teilstücken vermessen. Im Zentrum des Profils befindet sich eine Antimonitlagerstätte, ein potentielles Ziel für das Hauptexperiment von DESMEX. Diese mittlerweile stillgelegte Lagerstätte wurde im Laufe der letzten Jahrhunderte bis in ca. 100 m Tiefe abgebaut, allerdings ist der Verlauf in größeren Tiefen unbekannt.

Das Dipol-Dipol-Geoelektrik Profil erfasst 60 Receiver mit einem Elektrodenabstand von 125 m. Je nach Ankopplung wurden Einspeiseströme von 10 bis 22 A erreicht. Ein Inversionsergebnis der prozessierten Daten ist in Abb. 2 dargestellt. Die Messungen liefern signifikante Resultate für die elektrischen Widerstände des umliegenden Deckgesteins als Grundlage für Modell-Studien im Messgebiet, da gut und schlecht leitfähige Strukturen markanten geologischen Einheiten wie Schwarzschiefer, Grauwacke oder Diabas zugeordnet werden können.

3D FEM Modellierung

Seit 2 Jahren wird die 3D FEM toolbox custEM zur Modellierung von beliebigen CSEM Daten entwickelt. Er basiert auf den open-source Bibliotheken FEniCS und pyGIMLi. Erstere stellt alle erforderlichen FEM Bausteine wie spezielle Element-Typen, Basisfunktionen höherer Ordnung und Parallelisierung bereit.

In der toolbox konnten verschiedene etablierte Ansätze implementiert werden, wodurch bereits verschiedene CSEM Probleme von einfachen Standards bis hin zu beliebigen 3D Geometrien modelliert und verifiziert werden konnten. Bespiele hierfür sind in Abb. 3 dargestellt. Dabei wurde der gesamte Modellierungsablauf automatisiert, angefangen bei Netz-Generierung (unter Nutzung von pyGIMLi) bis hin zur Visualisierung.

Team

Projektleitung
Dr. Thomas Günther

Bearbeitung
Raphael Rochlitz
Robert Meyer
Frank Oppermann

Förderung

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms Fona-r4

Laufzeit:

01.03.2015-28.02.2019