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Entwicklung der Theorie der Induzierten Polarisation mit Anwendungen zur Erkundung von strategischen Rohstoffen

Fachliche Zuordnung Physik des Erdkörpers
Förderung Förderung von 2020 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425975038
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die induzierte Polarisation (IP) ist eine geophysikalische Methode, die die elektrischen Eigenschaften von Geomaterialien untersucht. Die elektrischen Eigenschaften werden durch die Frequenzabhängigkeit sowohl von elektrischer Leitfähigkeit als auch von elektrischer Polarisation beschrieben. Die IP-Methode wird seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich für die Erkundung mineralischer Rohstoffe eingesetzt. Neue Anwendungen dieser Methode ergeben sich in der Hydrogeologie, der Geotechnik und der Archäometrie. Eine gute quantitative Interpretation von Labor- und Felddaten erfordert zuverlässige Modelle, die die Leitungs- und Polarisationseffekte gemäß anerkannter physikalischer und chemischer Gesetzmäßigkeiten beschreiben. Die gemessenen IP-Spektren beinhalten eine Überlagerung verschiedener Polarisations-Mechanismen (z. B. Polarisation der elektrischen Doppelschicht, Membranpolarisation, Maxwell-Wagner-Polarisation, elektromagnetische Kopplungseffekte). Die Bedeutung der verschiedenen Effekte hängt vom Materialtyp und vom genutzten Frequenzbereich ab. Die in diesem Projekt durchgeführten Untersuchungen haben das Ziel, die gemessenen IP-Effekte von Materialien mit oder ohne metallische Partikel besser zu verstehen. Die Untersuchungen an Erz- und Schlackeproben zeigten Effekte, die mit zeitlichen Änderungen an den Mineraloberflächen in Zusammenhang stehen. Systematische Untersuchungen an synthetischen Proben mit Metallkugeln oder Mischungen mit metallischen Partikeln ermöglichen eine Abgrenzung verschiedener Effekte. Ein Vergleich mit den Ergebnissen existierender Modelle oder numerischer Modellrechnungen liefert einen Einblick, wie Partikelgröße, Volumenanteil, Leitfähigkeit oder andere Parameter des einbettenden Materials das gemessene IP-Signal beeinflussen. Einige experimentelle Ergebnisse stehen im Widerspruch zu existierenden Modellen. Wir haben herausgefunden, dass neben dem Volumenanteil auch die Partikelgröße die Aufladbarkeit beeinflusst. Mit zusätzlichen Experimenten wurde die Polarisierbarkeit von Tonmischungen und Tonsteinen untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass die positive Korrelation zwischen Tongehalt und Polarisation für Proben mit einem hohen Tongehalt nicht fortbesteht. Die Frequenzabhängigkeit der elektrischen Eigenschaften von Materialien kann entweder durch Messungen im Frequenzbereich oder durch Messungen im Zeitbereich gewonnen werden. Die Debye-Zerlegung hat sich als ein nützliches Werkzeug erwiesen, um den spektralen Inhalt von Messungen in den beiden Bereichen zu vergleichen oder ineinander umzuwandeln. Die Debye-Zerlegung wurde erfolgreich eingesetzt, um Änderungen in der Aufladbarkeit aus Zeitbereichs-Bohrlochdaten zu bestimmen.

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