Luftgestütze elektromagnetische Methoden in DESMEX – Neue Systeme zur Erzexploration mit Fallstudien aus Deutschland, Spanien und Namibia

Die steigende Nachfrage nach mineralischen Ressourcen in den letzten Jahrzehnten erfordert die Entwicklung neuer wettbewerbsfähiger Methoden für die geophysikalische Erkundung. Rein luftgestützte elektromagnetische Methoden sind 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.

DESMEX‐II hat das Ziel, semi‐airborne EM in Kombination mit weiteren EM‐Verfahren für die Exploration tiefer Lagerstätten in Deutschland, Europa und Rohstoffpartnerländern zu etablieren. In diesem Zusammenhang wurden die Technik und Methoden deutlich in ihrer Leistungsfähigkeit und Effizienz erweitert.

Im Detail werden drei maßgebliche Entwicklungen anhand von Fallbeispielen vorgestellt:

Mathias Ronczka: Joint Inversion von drohnengestützten Vektor- und Scalarmagnetometer Semi‐Airborne Daten - Fallstudie iberischer Pyritgürtel, Spanien

Wir setzten ein neues drohnengestütztes semi‐airborne EM System zur Erkundung von Sulfid‐Lagerstätten im iberischen Pyritgürtel in Spanien ein. Das Gelände ist schlecht zugänglich und weist Höhenunterschiede von bis zu 300 m auf. Drohnen bieten hier eine kostengünstige Alternative zu helikoptergeschleppten Systemen mit vereinfachter Logistik. Es wurden zwei Empfängersysteme eingesetzt: Ein Vektormagnetometer empfindlich über 30 Hz und ein optisch gepumptes skalares Magnetometer empfindlich unter 250 Hz. Der Einsatz beider Systeme ermöglichte die Aufzeichnung eines komplementären Datensatzes mit einem breiten Frequenzbereich zwischen 1 und 1024 Hz. Die Open‐Source 3D‐Modellierungs‐ und Inversions-Software custEM und pyGIMLi wurden erweitert, um beide Datensätze unter Berücksichtigung realer Geometrien und Topografie gemeinsam zu invertieren, um gut aufgelöste Leitfähigkeitsmodelle bis zu einer Tiefe von mindestens 800 m abzuleiten. Die Lage der gutleitfähigen Strukturen passt hervorragend zur regionalen geologischen Streichrichtung und einer der Erzkörper konnte konkret einem bekannten Vorkommen zugeordnet werden.

Wiebke Mörbe: Kombinierte semi‐airborne und bodengestützte elektromagnetische Exploration der Graphitlagerstätte Kropfmühl

Graphit zeichnet sich durch eine hohe elektrische Leitfähigkeit aus und ist daher eine geeignete Zielstruktur für elektromagnetische Methoden. Zur Erkundung der Graphitlagerstätte Kropfmühl wurden großflächige helikoptergestützte sowie kleinräumigere drohnenbasierte semi‐airborne Messungen durchgeführt. Ergänzende bodengebundene elektromagnetische Messungen können durch die Aufzeichnung des elektrischen Feldes und einen erweiterten Frequenzbereich komplementäre Informationen zu insbesondere tiefen Leitfähigkeitsstrukturen liefern. Die gemeinsame Auswertung von Daten mehrerer Sender erlaubt die Ableitung eines robusten 3D Leitfähigkeitsmodelles. Allerdings besitzen graphithaltige Strukturen meist eine hohe Aufladbarkeit. Effekte der induzierten Polarisation können elektromagnetische Induktionseffekte überlagern und in der Modellbildung zu einer Verfälschung geoelektrischer Leitfähigkeitsstrukturen führen. Durch 3D Modellierungsstudien kann der Einfluss der induzierten Polarisation auf die elektromagnetischen Messdaten und insbesondere auf das abgeleitete 3D Modell abgeschätzt und mögliche Fehlinterpretationen vermieden werden.

Anneke Thiede: Luftgestützte Elektromagnetik‐Exploration unter Verwendung natürlicher Quellen – Ergebnisse aus dem Testgebiet Gobabis, Namibia

Die Verwendung natürlicher elektromagnetischer Quellen als helikoptergestütztes Explorationsverfahren bietet die Möglichkeit zur effektiven Erfassung von elektrischen Leitfähigkeitsstrukturen auf großräumigen Flächen. Das nutzbare Signalspektrum natürlicher Quellen erlaubt deutlich größere Erkundungstiefen als das semi‐airborne elektromagnetische Verfahren. Die geringe Signalstärke limitiert jedoch den auswertbaren Frequenzbereich und wirkt sich damit entscheidend auf die Erkundungstiefe aus. Im Rahmen der DESMEX‐Projektserie wurde die von den Projekt‐Partnern Leibniz-Institut für photonische Technologien und Supracon AG entwickelte Schleppsonde weiter optimiert, um möglichst rauscharme Aufzeichnungen zu ermöglichen. In einem Testgebiet in West‐Namibia wurde eine großflächige Messkampagne durchgeführt, um die Anwendbarkeit der Sonde für die Aufzeichnung natürlicher elektromagnetischer Signale sowie des auswertbaren Frequenzbereichs zu evaluieren. Erste Ergebnisse deuten auf eine deutlich vergrößerte Erkundungstiefe im Vergleich zu kommerziellen Systemen hin, sodass eine verbesserte Erfassung tiefliegender Leiter (z.B. Erze) erwartet wird.


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