Gliederung

  • Arbeitsgruppe
  • laufende Projekte
  • semi-airborne Elektromagnetik
  • Ausblick

Arbeitsgruppe Elektromagnetik & Potentialverfahren

  • Dr. Ralph-Uwe Börner
  • Dr. Mathias Scheunert
  • Sascha Weit
  • Pascal Semper
  • externe Doktoranden:
    • Martin Sonntag
    • Saeed Nazari
    • Maryam Bayat
    • Niloofar Alaei
    • Esther Kerubo

Umgestaltung in der Lehre

  • Neuauflage BSc “Geoinformatik & Geophysik”
  • MSc Geophysik & Doppelmaster mit IPGP
  • Fokussierung auf Angewandte Geophysik
  • neues integriertes Praktikum im Zellwald
  • praktisch orientierte Datenanalyse
  • moderne Konzepte (FD\(\rightarrow\)FE, machine learning)
  • spielerisches Erleben der Felder & Prozesse
  • Lernen durch interaktive Jupyter Notebooks
  • Arbeitsgruppen-übergreifende Lehre & Forschung
body = mt.createPolygon(ply, isClosed=True)
mesh = mt.createMesh(body)
gFwd = solveGravimetry(mesh, -2500, pnts)
mesh.show(ax=ax[0], markers=False, colorBar=False)

Unsere Vision: Open Science

Open Educational Resources (OER)

  • Alle Materialien “als Buch” im Netz
  • Notebooks zum eigenen Spielen

Open Source

  • frei verfügbare und Plattform-unabhängige Software
  • Python als freie, dominierende akademische Sprache

Open Data & Access

  • alle (roh und bearbeitete) Daten frei verfügbar
  • komplette Transparanz über Weg von Daten zur Abbildung

OER: Moderne Lehre mit Codes

pyGIMLi - Zentrales Tool für Lehre & Forschung

Laufende und kommende Projekte

  • Vulkan-TEM - Monitoring von Vulkanausbrüchen (Island)
  • ELkE - Elektromagnetische Leitfähigkeitskartierung zur Erderauslegung
  • Geometer - Abbildung von Störungszonen mit Seismik, SAEM, FTMG
  • OGER - Optimierte Grundwasser-Erkundung
  • DESMEX-MinD - Lagerstätten-Erkundung mit semi-airbone EM
  • Beteiligung an Projekten: custEMx, DynaDeep II, OSKAR, CAESAR
  • weitere Anträge und Zusammenarbeiten unterwegs

Unser Credo

Methodische & Numerische Entwicklung für konkrete Anwendungen (nicht zum Selbstzweck)

Vulkan-TEM (M. Scheunert, J. Börner, K. Spitzer)

Beobachtung von Strömungsprozessen in vulkanischen Schloten mittels Transientelektromagnetik: Eine kombinierte numerische und Geländestudie

ELkE (M. Scheunert, S. Weit)

Elektromagnetische Leitfähigkeitskartierung zur Erderauslegung

  • Sächsische Aufbaubank (SAB)
  • EFRE-Förderlinie Energie & Klima
  • Volumen 1M€, TUBAF 580k€
  • TU Dresden, DNV Energy Systems

Evaluierung von EM-Verfahren

CSEM - Sensitivitäten

Sensitivität für Im(Bx) (links) & Im(Bz) (rechts), 1 kHz (oben) und 16 kHz (unten)

OGER - Optimierte Grundwassererkundung

P-Wellen-Seismik P-Wellen-Geoelektrik

Hamburg-Sülldorf

  • Kombination aus
    • P-/S-Seismik
    • Geoelektrik
  • Struktur-Constraints
  • regions-geostat. Regularisierung

\(\Rightarrow\) Grundwassermodell

Semi-airborne EM

AEM/LOTEM \(\Rightarrow\) semi-airborne EM: Turair, FlairTEM, GREATEM, … GATEM

Neue semi-airborne Methode (DESMEX)

  • bessere Sensoren und Datenprozessing (Frequenzbereich)
  • 3D Modellierung und -Inversion

The DESMEX technology

  • verbinde Vorteile von Boden-Sender mit Airborne-Messung

Semi-airborne scheme (Becken et al. 2020)

DESMEX workflow (Becken et al. 2020)

  • \(b(t)\),\(e(t)\),\(i(t)\) \(\Rightarrow\) Fourier-Trafo
  • Daten: Transferfunktionen \(\mathfrak B(\vec{r},\omega)=B(\vec{r},\omega)/I(\omega)\) \(\mathfrak E(\vec{r},\omega)=E(\vec{r},\omega)/I(\omega)\)

Sensoren & Plattformen

Helikopter-Plattformen (Stolz et al. 2022)

Drohnensysteme (Kotowski et al. 2025)

Validierungsstudie Schleiz (Steuer et al. 2020)

2D Ergebnisse nach Smirnova et al. (2019), Mörbe et al. (2020) & Oppermann and Günther (2018)

Schleiz 3D-Modell (Rochlitz et al. 2023)

Modellierung (Rochlitz et al. 2019)

Arbitrary topography, transmitter layout, suburface geometry

Inversion (Rochlitz et al. 2023)

Entwicklung des Projekts in TRL

Technology Readiness Level

  • DESMEX I: Anwendungsnahe Forschung (4-5)
  • DESMEX II: Einsatz unter Industriebedingungen (5-6)
  • DESMEX Real: Reallabor Oberharz (6-7)
  • DESMEX-MinD: Einbindung in Mineral Workflows (7-8)

Problemgrößen

Inverse problem size (Jacobian) in literature (Weiss et al. 2025)

Verbesserungen

DESMEX-Reallabor Oberharz

Kampagnen 2020-24

  • 2020: 4 Flüge
  • 2021: 4 Flüge
  • 2022: 14 Flüge
  • 2023: 10 Flüge
  • 2024: 10 Flüge
  • 39 Gebiete (3 Wdh)
  • Fläche 400km²
  • 35x5000x8x3x2 = 5M Datenwerte

Results and geological interpretation

Horizontalschnitt bei 150 masl

Mineral exploration with UAV

Hope mine inversion result (Rochlitz et al. 2025)

Poderosa inversion result (Rochlitz et al. 2025)

DESMEX-MinD (BMFTR)

10 Partner, 5.5M€ (550k€ TUBAF)
  • Gravimetrie, Magnetik, Seismik
  • Geologisches Modell Oberharz
  • Modellintegration mit SOM
  • Geochemie \(\Rightarrow\) Prospectivity
  • Erkundung Erzgebirge (3 sites)

GeoMetEr - Standort-Erkundung Endlager

  • Ziel im Teilgebiet 1 (Schneeberg): Störungszone Roter Kamm
  • Seismik (AG Buske), SAEM, FTMG

Bzz-Komponente auf geologischer Karte

Guter Leiter mit Störungsmodell (BGR)

Grundwasser-Anwendungen

Versalzungsfront (Abickhafe)

2D-Inversion (Günther et al. 2021)

Salzwasser-Aufstieg (Giesen)

3D-Inversion (Günther et al. 2022)
  • Erkundung tiefer Grundwasserleiter in ariden Gebieten

Wo geht die Reise hin?

Forschungsfokus

  • Großskalig-hierarchische CSEM-Inversion
  • Erz-Exploration mit SAEM (Helikopter & Drohne) + Magnetik + Seismik
  • Verbindung EM & IP (EM in IP & IP in EM)

Zusammenfassung und Ausblick

  • Methodische und Numerische Entwicklungen im Dienst der Anwendung
  • semi-airborne Methode als effiziente 3D-Methode
  • Europäische Strategie kritischer Rohstoffe
  • Anwendungen in Bereichen Energiewende & Grundwasser
  • Forschung im Vorfeld der industriellen Nutzung (z.B. Standortauswahl)
  • Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie
  • Einflechtung in akademische Lehre

References

Becken M, Nittinger C G, Smirnova M, Steuer A, Martin T, Petersen H, Meyer U, Mörbe W, Yogeshwar P, Tezkan B, Matzander U, Friedrichs B, Rochlitz R, Günther T, Schiffler M and Stolz R. 2020. DESMEX: A novel system development for semi-airborne electromagnetic exploration. GEOPHYSICS. 1–49
Börner R-U and Güttel S. 2025. Fast parallel transient electromagnetic modelling using a uniform-in-time approximation to the exponential. Geophysical Journal International. 243
Günther T, Ronczka M, Rochlitz R, Kotowski P and Müller-Petke M. 2021. A new drone-based semi-airborne electromagnetic system for mapping saltwater-freshwater interfaces. 1st conference on hydrogeophysics
Günther T, Ronczka M, Rochlitz R and Müller-Petke M. 2022. Using drone-based electromagnetics for 3D imaging of groundwater salinization. 3rd conference on airborne, drone & robotic geophysics
Kotowski P O, Becken M, Rochlitz R, Schmalzl J, Ueding S, Tolksdorf P, Wilhelm A and Symons G. 2025. Semi-airborne electromagnetic exploration of deep sulfide deposits with UAV-towed magnetometers — part 1: Processing and modeling. GEOPHYSICS. 90. WA261–74
Mörbe W, Yogeshwar P, Tezkan B and Hanstein T. 2020. Deep exploration using long-offset transient electromagnetics:interpretation of field data in time and frequency domain. Geophysical Prospecting
Oppermann F and Günther T. 2018. A remote-control datalogger for large-scale resistivity surveys and robust processing of its signals using a software lock-in approach. Geoscientific Instrumentation, Methods and Data Systems. 7. 55–66
Rochlitz R, Becken M and Günther T. 2023. Three-dimensional inversion of semi-airborne electromagnetic data with a second-order finite-element forward solver. Geophys. J. Int. 234. 528
Rochlitz R, Günther T, Kotowski P O and Becken M. 2025. Semi-airborne electromagnetic exploration of deep sulfide deposits with UAV-towed magnetometers - part 2: Inversion resolution analysis. GEOPHYSICS. 90. WA307–22
Rochlitz R, Skibbe N and Günther T. 2019. custEM: Customizable finite-element simulation of complex controlled-source electromagnetic data. GEOPHYSICS. 84. F17–33
Smirnova M V, Becken M, Nittinger C, Yogeshwar P, Mörbe W, Rochlitz R, Steuer A, Costabel S and Smirnov M Y. 2019. A novel semiairborne frequency-domain controlled-source electromagnetic system: Three-dimensional inversion of semiairborne data from the flight experiment over an ancient mining area near schleiz, germany. GEOPHYSICS. 84. E281–92
Steuer A, Smirnova M, Becken M, Schiffler M, Günther T, Rochlitz R, Yogeshwar P, Mörbe W, Siemon B, Costabel S, Preugschat B, Seht M I, 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. 104172
Stolz R, Schiffler M, Becken M, Thiede A, Schneider M, Chubak G, Marsden P, Bergshjorth A B, Schaefer M and Terblanche O. 2022. SQUIDs for magnetic and electromagnetic methods in mineral exploration. Mineral Economics. 35. 467–94
Weiss M, Rochlitz R and Günther T. 2025. Evaluation of an iterative framework for geophysical electromagnetic forward and inverse modelling problems. Geophysical Journal International. 243