Numerische Simulation der Ausbreitung transientelektromagnetischer Felder zur Erkundung des Untergrundes

• Applicant: Professor Dr. Klaus Spitzer
• Subject Area: Geophysics and Geodesy
• Term: from 2006 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 25985191

Die Transientelektromagnetik (TEM) ist ein geophysikalisches Erkundungsverfahren, bei dem aus Messungen des Abklingverhaltens vorgegebener elektromagnetischer Felder auf die Leitfähigkeitsverteilung und damit die Struktur des Bodens geschlossen wird. In der Praxis wurden bisher bei Messwertinterpretationen einfache Leitfähigkeitsmodelle zu Grunde gelegt, welche die Wirklichkeit oft nur unzureichend wiedergeben können. Trotz Fortschritten in Messtechnik, Computer-Hardware und numerischen Algorithmen sind Simulation und Bestimmung räumlich komplexer Leitfähigkeitsverteilungen nur begrenzt möglich. Ausgehend von den Ergebnissen der ersten 18-monatigen Förderung verfolgen wir im Fortsetzungszeitraum folgende Ziele:• Zur Erstellung zeitgemäßer leistungsfähiger Interpretationssoftware zur Auswertung von TEM-Daten sollen bisher entwickelte Softwarebausteine (Nedelec-Diskretisierung der quastistationären Maxwell-Gleichungen, restarted SLDM-Verfahren, Fortsetzungsrandbedingungen} zu einem praxistauglichen Softwarepaket integriert und durch Vergleichsrechnungen validiert werden.• Um die Zeitintegration mit optimaler Komplexität durchführen zu können, sind Mehrgitterverfahren für Nedelec-Elemente zu entwickeln, die in der Lage sind, Familien geshifteter linearer Gleichungssysteme zu lösen.• Bei dem neu hinzugekommenen Frequenzbereichsansatz ist die Implementierung von Block- Arnoldiverfahren zur gleichzeitigen Behandlung mehrerer Quellen sowie eine Konvergenzanalyse dieses Verfahrens durchzuführen.• Schließlich wird das Ziel verfolgt, auf Grundlage der implementierten Interpretationssoftware Inversionsstrategien zu entwickeln, welche auf effiziente Weise die Rekonstruktion der dreidimensionalen Leitfähigkeitsverteilung aus TEM-Messungen gestatten.• Mit Hilfe der implementierten Verfahren soll gezeigt werden, dass die Erweiterung des räumlichen Datensamplings auf die Tiefe, beispielsweise durch Nutzung von Bohrlochsensoren, erheblichen Einfluss auf die Detektierbarkeit von dreidimensionalen Strukturen hat.Die interdisziplinäre Zusammensetzung der Arbeitsgruppe aus Geophysikern und Mathematikern stellt die erforderliche Kompetenz sicher, die zur Lösung dieser Aufgaben notwendig ist.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Persons: Dr. Ralph-Uwe Börner; Professor Dr. Michael Eiermann; Professor Oliver Ernst, Ph.D.