DESMEX (Deep Electromagnetic Sounding for Mineral Exploration)
Land / Region: Deutschland
Projektanfang: 01.03.2015
Projektende: 28.02.2019
Projektstand: 17.09.2019
DESMEX (Deep Electromagnetic Sounding for Mineral Exploration) ist ein Verbundvorhaben, das vom BMBF-Programm r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz, Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe gefördert wird.
Das Ziel im Verbundvorhaben ist der Aufbau eines semi-airborne Explorationsverfahrens zur Erkundung der mineralischen Lagerstätten in Deutschland, das exemplarisch an einer Erzlagerstätte getestet werden soll.
Die Arbeit der BGR an diesem Projekt ist in zwei Arbeitsgruppen aufgeteilt. Eine Gruppe befasst sich mit der Entwicklung und den Testflügen der zu entwickelnden Flugsonden, der Vorerkundung des Testgebietes im Feldmaßstab und der Durchführung der Befliegung im Hauptexperiment (Aerogeophysik). Die weitere Gruppe ist mit der Bestimmung der geophysikalischen Messgrößen im Labormaßstab (Petrophysik) und der Aufskalierung auf den Feldmaßstab beschäftigt.
Systemskizze des semi-airborne Explorationsverfahrens
Quelle: BGR
Teilvorhaben Aerogeophysik
In den letzten Jahren lag der Schwerpunkt der Aerogeophysik in der Grundwassererkundung. Aufgrund der bisherig limitierten Erkundungstiefe gab es nur einzelne Projekte zur Erzerkundung (Siemon, 2013: Erzgebirge Geyer). Die BGR ist deshalb sehr interessiert an der Erweiterung ihres Methodenspektrums, um Aussagen über die Geologie des Untergrunds in Tiefen bis zu etwa 1 Kilometer treffen zu können.
Entwicklung der Flugsonden und Testflüge. Die BGR stellt dem Projekt für die notwendigen Flugversuche ihren Hubschrauber, sowie eine Flugsonde für das Induktionsspulenmagnetometer zur Verfügung und beteiligt sich an notwendigen Modifikationen der Sonde und an Bodentests des Prototyps.
Vorerkundung. Eine flächenhafte Vorerkundung wird mit den bestehenden Methoden der Hubschraubergeophysik durchgeführt. Mit der Hubschrauberelektromagnetik sollen die oberflächennahen Strukturen des ausgewählten Messgebiets untersucht werden. Die bestehenden Magnetikdaten werden durch die neu gewonnenen Daten der Aeromagnetik ergänzt und später gemeinsam modelliert. Die Ergebnisse der Befliegung sollen im Hauptexperiment bei der Planung der Standorte der Stromquellen, bei der Ermittlung von anthropogenen und geologischen Störungen helfen, sowie bei der Erstellung eines oberflächennahen Startmodells für spätere Inversionen und Modellierungen beitragen.
Flugeinsatz der entwickelten Flugsonden und Erstellung eines Lagerstättenmodells. Die BGR führt im Hauptexperiment die Erkundungsflüge mit den neu entwickelten Sensoren und Flugsonden über dem ausgewählten Testgebiet durch. Die BGR beteiligt sich an der Erstellung des Lagerstättenmodells durch die Integration der Ergebnisse der Geophysik und der Petrophysik, in dem sie die physikalische Parametrisierung des Modells soweit möglich erarbeitet.
Teilvorhaben Petrophysik
Geophysikalische Messungen, egal ob aus der Luft oder vom Boden aus, liefern die Verteilungen physikalischer Größen im Untergrund (geophysikalische Modelle). Die gemessenen physikalischen Größen sind materialabhängig und können somit Aufschluss über Ausdehnung und Tiefe von geologischen Strukturen geben. Dennoch sind geophysikalische Modelle oft mehrdeutig und die Messwerte lassen sich oft nicht eindeutig einem bestimmten Material oder einem charakteristischen mineralogischen oder geochemischen Materialparameter zuordnen.
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Im Teilvorhaben Petrophysik werden umfangreiche petrophysikalische Untersuchungen an repräsentativem Probenmaterial (Erz- sowie dessen Umgebungsgestein) durchgeführt, um ein fundiertes Wissen darüber zu erlangen, wie die im Feld gemessenen physikalischen Größen (spez. elektrischer Widerstand, magnetische Suszeptibilität, Aufladbarkeit) mit relevanten mineralogisch-geochemischen Eigenschaften, die die Lagerstätte im Wesentlichen charakterisieren, zusammenhängen. Unser Ziel ist es, Lösungsansätze zu entwickeln, wie durch das komplexe Zusammenspiel von Mineralogie, Petrophysik, Geochemie und geophysikalischer Exploration auf der Basis der im Verbundprojekt zu entwickelnden semi-airborne Messmethodik eine Höffigkeitsanalyse der Lagerstätte durchgeführt werden kann.
Ergebnisse
Vorerkundung
Die Vorerkundung mit dem Standardmesssystem der BGR-Hubschraubergeophysik fand im Mai 2015 zwischen den Städten Schleiz und Greiz (Thüringen) statt und lieferte die großflächige Verteilung des elektrischen Widerstands in bis zu 150 m Tiefe.
Veröffentlichungen
A. Steuer, T. Martin, B. Siemon und U. Meyer, 2016. Projekt DESMEX: Lagerstättensuche in Thüringen - Vorerkundung mit HEM. 76. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, Abstract, Poster.
Technischer Bericht
(Stehen auch über das BGR-Produktcenter zum Download bereit.)
Petrophysikalische Untersuchungen
Für die geophysikalische Erkundung von Bodenschätzen sind Kenntnisse über die petrophysikalischen Eigenschaften der erwarteten Gesteine unerlässlich. Die von uns durchgeführten petrophysikalischen Untersuchungen hatten folgende Ziele: Zum einen sollte das Zielmineral Antimonit, zum anderen das mögliche Sekundärgestein petrophysikalisch charakterisiert werden.
Veröffentlichungen
T. Martin, S. Costabel, T. Günther, 2016. Methods for measuring complex resistivity spectra of rock samples in the context of mineral exploration, International Workshop on Induced Polarization (IP), 4th International Workshop on Induced Polarization, Abstract, Poster.
Technischer Bericht
Bericht Digitalisierung und Interpretation von Bohrlochmessungen
Erkundung von mineralischen Rohstoffen in Thüringen
Das erste Hauptexperiment mit dem semi-airborne Verfahren fand im Oktober 2017 in der Umgebung des ehemaligen Bergbaugebiets Schleiz (Thüringen) und Mühltroff (Sachsen) statt. Dabei wurden die zwei im Projekt entwickelten Flugsonden erstmals eingesetzt.
In Ostthüringen wurde bis in die 1950er Jahre Antimonit-Bergbau bis in eine Teufe von ca. 200 m betrieben. Ob sich die Lagerstätten in noch größere Tiefen erstrecken, ist bis heute unklar. Aus aero- und bodengeophysikalischen Vorerkundungen in Thüringen sind die elektrischen Eigenschaften des Untergrundes in bis zu 150 m Tiefe bekannt. Dabei zeigte sich, dass sich im Raum Schleiz markante, elektrisch gutleitende Strukturen abbilden, die bis in den Raum Mühltroff/Sachsen verlaufen. Es wird vermutet, dass es sich hierbei um Graptolithenschiefer handelt. Dieser deutliche Kontrast in der elektrischen Leitfähigkeit eignet sich besonders gut, um zu untersuchen, inwieweit sich diese Strukturen mit den neuen Messsystemen bis in große Tiefen nachverfolgen lassen.
Veröffentlichungen
C. Nittinger, M. Cherevatova, M. Becken, T. Martin, H. Petersen, A. Steuer, U. Meyer, B. Siemon, U. Matzander, B. Friedrichs, W. Mörbe, P. Yogeshwar, B. Tezkan, R. Rochlitz and T. Günther, 2017. A Novel Semi-airborne EM System for Mineral Exploration - First Results from Combined Fluxgate and Induction Coil Data, Second European Airborne Electromagnetics Conference, DOI: 10.3997/2214-4609.201702154
M. Cherevatova, C. Nittinger, M. Becken and T. Günther, 2018. 3D Inversion of the Semi-airborne Electromagnetic Data from Schleiz, Germany, Second European Airborne Electromagnetics Conference, DOI: 10.3997/2214-4609.201702151
Meyer, U., Petersen, H., Costabel, S., Steuer, A., Cherevatova, M., Becken, M., Nittinger, C., Günther, T., Yogeshwar, P., Mörbe, W. and Tezkan, B., 2018. Results from the Main DESMEX Experiment South of Greiz, Germany, 2nd Conference on Geophysics for Mineral Exploration and Mining, DOI: 10.3997/2214-4609.201802722
Smirnova, M., Becken, M., Nittinger, C., Yogeshwar, P., Mörbe, W., Rochlitz, R., Steuer, A., Costabel, S., Smirnov, M. Y., and the DESMEX Working Group, 2019. A novel semi-airborne frequency-domain CSEM system. Three-dimensional inversion of semi-airborne data from the flight experiment over an ancient mining area near Schleiz, Germany. Geophysics, 84 (5), 1-12, DOI: 10.1190/geo2018-0659.1
Steuer, A., Preugschat, B., Cherevatova, M., Mörbe, W., Yogeshwar, P., Günther, T., Rochlitz, R., Schiffler, M., Siemon, B., Costabel, S., Müller F. and the DESMEX Working Group, 2019b. Validation of semi-airborne 3D inversion results using airborne and ground-based EM methods, as well as geological models and borehole measurements. EGU General Assembly, 07.-12.04.2019, Vienna, Austria, Abstract, Poster.
Befliegungsbericht
Neue Methoden zur Erkundung der größten Eisenerzgrube der Welt bei Kiruna
Das zweite Hauptexperiment fand im Oktober 2018 bei Kiruna in Nordschweden statt. Die Messflüge sollen die größte untertägige Eisenerzmine der Welt in ihrer Tiefenausdehnung räumlich besser erfassen. Das Eisenerzvorkommen in Kiruna ist bisher bis zu einer Tiefe von rund 1.300 Meter abgebaut worden und ist daher gut geeignet, die neu entwickelten Verfahren anzuwenden.
Veröffentlichung
Smirnova, M., Juhojuntti, N., Becken, M., Smirnov, M., Yogeshwar, P., Steuer, A., Rochlitz R., Schiffler, M., 2019. Combined 3D Inversion of Ground and Airborne Electromagnetic Data over Iron Ore in Kiruna. Near Surface Geoscience Conference & Exhibition 2019, 8-12 September 2019, The Hague, Netherlands, DOI: 10.3997/2214-4609.201902430
Befliegungsbericht
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