DESMEX-II Deep Electromagnetic Sounding for Mineral Exploration - Elektromagnetische Tiefensondierung für die Lagerstättenerkundung - innovative Technologien, Integration, Anwendung und Verwertung
Land / Region: Deutschland
Projektanfang: 01.07.2019
Projektende: 30.06.2023
Projektstand: 01.05.2022
Anschlussvorhaben zum BMBF-Verbundvorhaben DESMEX, das im Rahmen des BMBF-Programms r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz, Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe im Themenfeld: „Gewinnung von Primärrohstoffen - Entwicklung von Konzepten zur Exploration von Primärrohstoffen“ von 2015–2019 gefördert wurde.
Motivation
Die steigende Nachfrage nach mineralischen Ressourcen in den letzten Jahrzehnten erfordert die Entwicklung neuer wettbewerbsfähiger Methoden für die geophysikalische Erkundung. Airborne elektromagnetische Methoden sind gut in der Mineral Exploration etabliert, weil sie schnell und kostengünstig sind. Dennoch sind reine luftgestützte Methoden wegen der vergleichsweise geringen Sendestärke und der geringen Kopplung mit dem Untergrund nicht für große Eindringtiefen geeignet. Das semi-airborne EM-Konzept kombiniert die Vorteile von bodenbasierten elektrischen Dipol Sendern mit neuartigen Entwicklungen von luftgestützten Empfängern.
Im Vorläufer-Projekt DESMEX wurde ein semi-airborne EM-Explorationsverfahren mit zwei verschiedenen Flugsonden entwickelt (Becken et al., 2020) und erfolgreich getestet (Smirnova et al., 2019; Smirnova et al., 2020, Steuer et al., 2020).
Gesamtziel
DESMEX-II hat das Ziel, semi-airborne EM-Verfahren für die Exploration tiefer Lagerstätten in Deutschland, Europa und Rohstoffpartnerländern zu etablieren. Es soll führendes Know-how der Verbundpartner verstetigt werden. Darüber hinaus sollen der deutschen Wirtschaft neue Technologien zur Verfügung gestellt werden, um Impulse für die Exploration mineralischer Rohstoffe zu generieren.
DESMEX-II baut systematisch auf den Ergebnissen von DESMEX auf. Durch neue technische Innovationen soll das semi-airborne Verfahren deutlich in seiner Leistungsfähigkeit und Effizienz erweitert werden. Desweiteren soll das Anwendungsspektrum der passiven, luftgestützten EM-Tiefensondierung auf eine breite Basis gestellt werden und Erkundungen auf verschiedenen Skalen ermöglichen.
Schematische Darstellung der angestrebten Weiterentwicklungen in DESMEX-II
Quelle: Uni Münster
Konkrete Ziele
- Erhöhen des Signal-Rausch-Verhältnisses und damit der Vergrößerung der maximalen Reichweite der Dipolsender mit dem Ziel, die Effizienz von Hubschrauberbefliegungen zu verbessern
- Entwickeln neuer höchstempfindlicher optisch gepumpter Magnetometer als erweitertes Sensorkonzept
- Evaluieren der Eignung technischer Infrastruktur (wie Stromtrassen) für die Exploration in urbanen Gebieten
- Nutzen natürlicher Signale (elektrischer Entladungen in der hohen Atmosphäre) im Rahmen eines Audiofrequenz-Magnetik-Konzeptes für Übersichtserkundungen
- Erproben von Drohnen als kostengünstiges Fluggerät für kleinräumige semi-airborne EM-Messungen
- Ergänzen der Flugmesstechnik um eine Sensorik zur Ermittlung des Schwerefelds und dessen Anomalien
Projektpartner
DESMEX-II Messkampagnen
► Demonstrationsbefliegung einer Graphitlagerstätte in Ostbayern (Kropfmühl)
Das Messgebiet dieser ersten DESMEX-II Kampagne befindet sich zwischen den Ortschaften Hauzenberg und Oberkappel im Bayerischen Wald in Ostbayern. In der Region befindet sich das Graphit-Revier Kropfmühl/Wildenranna. Dort wird Graphiterz – mit einer Unterbrechung – seit 1870 abgebaut.
Zum Einsatz kam hier die BGR-WWU-Flugsonde, die mit einem Induktionsspulenmagnetometer ausgestattet ist. Die Messdaten werden von der Universität Köln ausgewertet.
Messgebiet Kropfmühl im Bayrischen Wald: Teilgebiete der ersten DESMEX-II semi-airborne Elektromagnetik-Messkampagne im September 2020
Quelle: BGR
Befliegungsbericht
Veröffentlichung
Moerbe, W., Yogeshwar, P., Tezkan, B., Kotowski, P., Thiede, A., Becken, M., Steuer, A., Petersen, H., Schiffler, M., Stolz, R., Tauchnitz, M., Rochlitz, R. Günther, T., 2021. Deep mineral exploration using semi-airborne electromagnetics: Results from a graphite deposit. 29. Schmucker-Weidelt-Kolloquium für Elektromagnetische Tiefenforschung, virtuell, 27.-01. Oktober 2021.
► Demonstrationsbefliegung Gosetal
Das Messgebiet Gosetal befindet sich zwischen den Ortschaften Langelsheim, Goslar und Clausthal-Zellerfeld im Harz. Im Nachbartal, etwa 1½ km entfernt, liegt das ehemalige Bergwerk Rammelsberg. Dort wurden über tausend Jahre Buntmetalle, hauptsächlich die Erzarten Blei-Zink-Erz und Kupfererz, gefördert. Aufgrund ähnlicher geologischer Bedingungen bietet das Gosetal Potential für weitere Lagerstätten.
Zum Einsatz kam hier die BGR-WWU-Flugsonde, die mit einem Induktionsspulenmagnetometer ausgestattet ist. Die Messdaten werden von der Universität Münster ausgewertet.
Messgebiet Gosetal im Harz: Teilgebiete der zweiten DESMEX-II semi-airborne Elektromagnetik-Messkampagne im September 2020
Quelle: BGR
Befliegungsbericht
Veröffentlichung
Thiede, A., Kotowski, P., Becken, M., Cortés-Arroyo, O., Rochlitz, R., Ronczka, M., Günther, T., Petersen, H., Yogeshwar, P., Schmidt, V., Steuer, A., 2021. First results from the DESMEX sAEM survey in Goslar (Harz Mountains, Germany). Protokoll über das 29. Schmucker-Weidelt-Kolloquium für Elektromagnetische Tiefenforschung, virtuell, 27.-01. Oktober 2021, ISSN 2190-7021, p. 54-65.
► AFMAG-Testflüge im Harz
Beim passiven AFMAG (Audiofrequenz-Magnetik)-Verfahren werden anstatt von Dipol-Sendern natürliche EM-Signale atmosphärischen Ursprungs genutzt. Dies ermöglicht großflächige Übersichtserkundungen.
Die AFMAG-Testflüge im April/Mai 2021 dienten der Erprobung neuer Systemkomponenten unter Messflugbedingungen. Im Einzelnen sollten folgende Fragen geklärt werden:
- In die BGR-WWU-Flugsonde wurden durch die WWU neue Dämpfungselemente aus Kunststoff eingebaut, um das bewegungsinduzierte Signalrauschen bestmöglich zu dämpfen. Untersuchungsziel des ersten Fluges war die Frage, ob bzw. in welchem Grad das Rauschen durch die neue Dämpfung minimiert werden kann.
- In die BGR-WWU-Flugsonde wurde durch die Firma iMAR ein hochwertiges temperaturstabilisiertes Gravimeter eingebaut. Für den zweiten Flug wurde das Gerät in Betrieb genommen. Untersuchungsziel des zweiten Fluges war, die Eignung des Gravimeters für Einsätze in Schleppkörpern zu erproben und den Einfluss des Gravimeters auf die Induktionsspulen abschätzen zu können.
- Das IPHT und die Firma Supracon haben einen neuen Schleppkörper bauen lassen und ein neues SQUID-basiertes Messgerät entwickelt. Untersuchungsziel sollte es sein, sowohl den Schleppkörper als auch das Messsystem unter Messflugbedingungen zu erproben.
Messgebiete AFMAG-Tests im Harz: Soll-Fluglinien für Systemtests im August 2020 (rot und blau) und April/Mai 2021 (blau)
Quelle: BGR
Befliegungsberichte
► Demonstrationsbefliegung Bad Grund
Im Messgebiet Bad Grund wurden über mehrere Jahrhunderte zunächst Eisenerz und später silberhaltiger Bleiglanz, Zinkblende, Kupferkies und Schwerspat gefördert. In den Grunder Lagerstätten wird ein Restpotenzial von mehreren Millionen Tonnen Erzressourcen vermutet.
Zum Einsatz kam hier die IPTH-Supracon-Flugsonde, die mit einem SQUID-Magnetometer ausgestattet ist. Um die Ergebnisse beider in DESMEX entwickelten Flugsonden miteinander vergleichen zu können, wurde Teilgebiet Area 2 auch mit der BGR-WWU-Flugsonde beflogen.
Die Messdaten werden vom IPHT und der BGR prozessiert und mit dem am LIAG entwickelten 3D-Inversionscode custEM invertiert (Rochlitz et al., 2019).
Messgebiet Bad Grund im Harz: Teilgebiete der dritten DESMEX-II semi-airborne Elektromagnetik-Messkampagne im August 2021
Quelle: BGR
Befliegungsbericht
Methodische Entwicklungen
Die BGR entwickelt innovative Data Mining Methoden, wie Self-Organizing-Maps und künstliche neuronale Netze zur Klassifizierung geophysikalischer und geologischer 3D-Modelle (Cortés-Arroyo et al., 2021; Steuer et al., 2020).
Die Kombination von verschiedenen Mess- und Kartierungsmethoden kann ein umfassendes Bild des Untergrundes liefern. Alternativ zu der Analyse einzelner geophysikalischer Modelle können ähnliche Klassen erkannt werden, indem mehrere Parameter in ein Modell integriert werden. Der entwickelte Ansatz nutzt statistische Methoden wie Clustering und Self-Organizing-Maps, um Muster in den Verteilungen von zum Beispiel Widerstand, magnetischer Suszeptibilität, Gammastrahlung und Schwerkraft zu erkennen.
Veröffentlichung
Cortés-Arroyo, O., Steuer, A., Preugschadt, B., 2021. Principal component analysis as pre-processing stage for self-organized maps. In: Becken, M. & Hölz, S. (Hrsg.), Protokoll über das 29. Schmucker-Weidelt-Kolloquium für Elektromagnetische Tiefenforschung, Online, 27.-30. September 2021, ISSN 2190-7021, p. 2-10.
Ausgewählte Veröffentlichungen aus DESMEX
Becken, M., Nittinger, C.G., Smirnova, M., Steuer, A., Martin, T., Petersen, H., Meyer, U., Mörbe, W., Yogeshwar, P., Tezkan, B., Matzander, U., Friedrich, B., Rochlitz, R., Günther, T., Schiffler, M., Stolz, R. and the DESMEX Working Group, 2020. DESMEX: A novel system development for semi-airborne electromagnetic exploration. Geophysics, DOI: 10.1190/geo2019-0336.1
Rochlitz, R., Skibbe, N. and Günther, T., 2019. custEM: customizable finite element simulation of complex controlled-source electromagnetic models. Geophysics, 84(2), F17-F33, DOI: 10.1190/geo2017-0582.1
Smirnova, M., Juhojuntti, N., Becken, M., Smirnov, M. and the DESMEX WG, 2020. Exploring Kiruna iron ore fields with large-scale, semi-airborne, controlled-source electromagnetics. First Break, 38, DOI: 10.3997/1365-2397.fb2020070
Steuer, A., Smirnova, M., Becken, B., Schiffler, M., Günther, T., Rochlitz, R., Yogeshwar, P., Mörber, W., Siemon, B., Costabel, S., Preugschat, B., Ibs-von Seht, M., Zampa, L.S. and Müller, F., 2020. Comparison of novel semi-airborne electromagnetic data with multi-scale geophysical, petrophysical and geological data from Schleiz, Germany. Journal of Applied Geophysics, 182, DOI: 10.1016/j.jappgeo.2020.104172
Links
DESMEX (Deep Electromagnetic Sounding for Mineral Exploration): BGR 2015-2019