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COMET - COupled Magnetic Resonance and Electrical Resistivity Tomography

Ziel des Projektes

Ziel des Projektes ist es einen strukturell gekoppelten Inversionsalgorithmus zur Auswertung von nuklear magnetischen Resonanzmessungen in Kombination mit elektrischer Widerstands-Tomographie zu entwickeln. Dieser soll, inkl. des Quellcodes, frei verfügbar sein.

Kurze Beschreibung

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 kernmagnetische 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. Die Joint Inversion für NMR und ERT wurde für den 1D Leitfähigkeitsfall (einfacher Schichtfall) bereits durchgeführt, kein bestehender Algorithmus betrachtet jedoch den Einfluss von 2D Effekten der Leitfähigkeit, mit Ausnahme zur Berechnung des Magnetfeldes.

X-Y-Schnitt des Magnetfeldes einer Spule mit 25 m Radius über einem geschichteten Halbraum mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 1000 Ωm und einer niederohmigen Schicht (20 Ωm) zwischen 10 und 30 m Tiefe.

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 Wassergehaltes, sowie der Relaxationszeit.

Kernel - Beiträge des Untergrundes zum gemessenen NMR-Signal, integriert auf die 2D Ebene.

Der zu entwickelnde Inversionsalgorithmus soll für beliebige Konfigurationen und Anordnungen der Spulen angewendet werden können und eine 2D Leitfähigkeitsverteilung sowohl für die Berechnung des magnetischen Feldes, als auch für die Inversion selbst verwenden. Eine der Haupt-Herausforderungen wird es, einen effizienten Algorithmus für die Lösung der Maxwell-Gleichungen in Bezug auf die Berechnungen der magnetischen Felder bereitzustellen. Hierzu wird ein Sekundärfeldansatz verwendet, der auf semianalytische Lösungen eines 1D Schichtfalles als primäres Magnetfeld zurückgreift.

 

Projektbearbeitung

Nico Skibbe

Laufzeit

01.02.2016-31.01.2019

Förderer

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)