Verbesserung der Abbildungsmöglichkeiten von elektromagnetischen Zwei-Spulen-Induktionsverfahren (EMI) mittels GPR Daten

• Antragsteller: Julien Guillemoteau, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418056756

In der oberflächennahen geophysikalischen Erkundung werden portable, elektromagnetische Zweispulen-Induktionsinstrumente (EMI)immer häufiger eingesetzt, um die elektrische Leitfähigkeit der obersten Meter des Untergrundes effizient auch über große Flächen (Größenordnung einige Hektar) zu erkunden. Die resultierenden 3D Leitfähigkeitsmodelle können für eine Reihe von Fragestellungen genutzt werden, weil viele Gesteine, Bodentypen und auch anthropogene Materialien Kontraste in der elektrischen Leitfähigkeit verursachen. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Interpretation von EMI Leitfähigkeitsmodellen häufig komplex und auch nicht-eindeutig ist weil die elektrische Leitfähigkeit von Untergrundmaterialien von vielen verschiedenen Boden- und Gesteinseigenschaften abhängt. Auch wenn die Charakteristika der Zielobjekte bekannt sind, muss beachtet werden, dass das strukturelle Auflösungsvermögen von EMI Daten limitiert ist, da jede Messung über ein gewisses Untergrundvolumen integriert.Das "ground penetrating Radar" (GPR) ist eine weitere Standardmethode der oberflächennahen Geophysik. Als wellenbasiertes Abbildungsverfahren, das sensitiv auf Kontraste in der dielektrischen Permittivität ist, wird das GPR typischerweise als die geophysikalische Methode angesehen, die das beste Auflösungsvermögen liefert. Eine quantitative Analyse von typischen 2D/3D GPR Reflexionsdatensätzen im Hinblick auf die physikalischen Materialeigenschaften ist jedoch limitiert. Obwohl beide Methoden (EMI und GPR) zur Erkundung ähnlicher Tiefenbereich eingesetzt werden, wurden sie bisher nie im Sinne einer quantitativen integrierten Abbildungs-/Inversionsstrategie miteinander kombiniert. Berücksichtigt man die Schwächen und Stärken der einzelnen Methoden und auch die komplementäre Natur, gehen wir davon aus, dass eine quantitative Integration von EMI und GPR Daten zu einer verbesserten Charakterisierung des Untergrundes führt.In diesem Projekt sollen Ansätze zur quantitativen Integration von EMI und GPR Daten entwickelt und bewertet werden, um die klassischen Probleme hinsichtlich Mehrdeutigkeiten und Auflösungsvermögen, die bei der alleinigen Auswertung von EMI typischerweise auftreten, zu reduzieren. Zunächst sollen drei verschieden Inversionsstrategien verglichen werden, um das Problem der Mehrdeutigkeit näher zu untersuchen. Danach möchten wir uns auf die Einbindung von GPR-Strukturen in die EMI-Dateninversion fokussieren und untersuchen, inwieweit eine solche Strategie hilft, Mehrdeutigkeiten in den invertierten EMI-Modellen zu reduzieren. Dabei sollen zwei "constrained" Inversionsstrategien entwickelt werden: ein deterministischer, zell-basierte Ansatz, der vor kurzem in der Literatur für großskalige Probleme vorgestellt wurde sowie ein stochastischer, parametrischer Ansatz. Somit erwarten wir von diesem Projekt generelle Hinweise hinsichtlich der quantitativen Kombinierbarkeit von EMI und GPR Daten sowie methodische Innovationen bezüglich der EMI Dateninversion.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Jens Tronicke
• Kooperationspartner: Giulio Vignoli, Ph.D.