HYPGEO – Neue Verfahren zur Exploration mineralischer Rohstoffe

Land / Region: Testgebiete: Südlicher Iberischer Pyritgürtel (Spanien), Aggeneys (Südafrika)

Projektanfang: 01.08.2016

Projektstand: 01.03.2019

Explorationsverfahren für mineralische Rohstoffe: Hyperspektrale Fernerkundung - Gradientenmagnetik - Gammaspektrometrie und weitere Verfahren der Geophysik

WorldView-3 Satellitenbild des östlichen Iberischen Pyritgürtels in Südspanien mit den Tagebauen Aznal-cóllar (westlich) und Los Frailes (östlich) (RGB: 14,8,2) Quelle: BGR

Projektziel: Entwicklung anwendungsorientierter, generischer Verfahren zur Detektion und dreidimensionalen Charakterisierung mineralischer Lagerstätten und Rohstoffvorkommen durch den synergetischen Einsatz hyperspektraler Fernerkundungsverfahren und geophysikalische Erkundungsverfahren

HYPGEO ist ein Projekt der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR). Die Fernerkundung und die Aerogeophysik und Luftfahrttechnischer Betrieb der BGR sind dabei federführend. Im Rahmen des Projektes werden anwendungsorientierte, generische Verfahren zur Rohstofferkundung an mineralischen Lagerstätten für die Konzeption einer neuen synergetischen Explorationsstrategie weiterentwickelt.
Durch den Einsatz hyperspektraler Daten können Erkundungsgebiete punktuell und flächendeckend mineralogisch kartiert werden, wodurch Rückschlüsse auf Rohstoffvorkommen möglich sind. Die Nutzung hyperspektraler Spektrometer ermöglicht die Aufnahme spektral hochaufgelöster Daten, wodurch feine Spektralmerkmale eines Materials erfasst, identifiziert und von anderen Materialien unterschieden werden können. Im geologischen und mineralogischen Kontext ermöglichen Aufnahmen in den Wellenlängenbereichen VNIR (sichtbares-Nahinfrarot, 0.4 µm – 1,0 µm), SWIR (kurzwelliges Infrarot, 1,0 µm – 3,0 µm) und LWIR (langwelliges Infrarot, 8,0 µm – 15,0 µm) die Detektion von Übergangsmetallen sowie von wasserhaltigen und wasserfreien Mineralen

Abbildende Spektrometer (im Vordergrund AisaOWL, im Hintergrund AisaFENIX) im Tagebau Los Frailes zur Analyse und Identifizierung von charakteristischen Mineralverteilungen im Gestein Quelle: BGR

Ergänzend zu den hyperspektralen Fernerkundungsdaten werden luftgestützte geophysikalische Daten erhoben. Die Gammaspektrometrie erfasst die natürliche Radioaktivität aus bis zu 30 cm Tiefe, verursacht von Kalium, Thorium und Uran bzw. deren Isotope oder Tochterprodukten. Des Weiteren können die identifizierten Oberflächeninformationen mittels Gradientenmagnetik in den nahen und tieferen Untergrund fortgesetzt und somit in das Explorationskonzept einbezogen werden. Moderne und hochsensible SQUID-Systeme (supraleitende Quanteninterferenz-Detektoren), die den Erdmagnetfeld-Gradiententensor luftgestützt mit bisher unerreicht hoher Genauigkeit vermessen, werden für zukunftsweisende magnetische Verfahren genutzt. Diese lassen ein umfassendes 3D-Konzept und eine neue Methodenentwicklung für die Exploration erwarten.
Der Einsatz hochmoderner hyperspektraler und geophysikalischer Sensoren ermöglicht eine präzise Oberflächen- und Untergrundcharakterisierung des Testgebietes. Dabei werden sowohl die von der Erdoberfläche erhobenen Daten der hyperspektralen Fernerkundung und der Gammaspektrometrie als auch die aufgezeichneten Daten der Tiefenerkundung mit Hilfe der Gradientenmagnetik synergetisch ausgewertet. Diese zielorientierte Verknüpfung der unterschiedlichen physikalischen Datenebenen und deren Bewertung für eine moderne Explorationsstrategie werden durch die Deutsche Rohstoffagentur (DERA) auf ihre praktische Umsetzung und Anwendung in der Exploration bewertet.

Im Rahmen des Projektes HYPGEO werden Blei-Zink-Kupfer-Mineralisationen aus Massivsulfid-Komplexen im Iberischen Pyritgürtel (IPB) im südlichen Spanien untersucht. Durch hydrothermale Alteration bilden sich für diese Vorkommen charakteristische Mineralverteilungsmuster, die auf die Präsenz eines Erzkörpers hinweisen können. Somit stellen sie einen Indikator für potentielle Lagerstätten dar. Diese Mineralverteilungsmuster können mit Hilfe der hyperspektralen Fernerkundung aufgrund mineraldiagnostischer Spektralmerkmale detektiert werden. Die Hyperspektraldaten werden im solar-reflektierenden (0.4 – 2.5 µm) und im langwelligen (7.7 – 12.3 µm) Wellenlängenbereich mit Hilfe von abbildenden Hyperspektralsensoren erfasst. Die Sensoren AisaFENIX und AisaOWL der Firma SPECIM wurden im Gelände bodengestützt und sollen auf dem BGR-eigenen Hubschrauber luftgestützt eingesetzt werden. Zusätzlich wurden im Gelände ein Bohrkern, ausgewählte Profile und Referenzflächen mit dem hyperspektralen Punktspektrometer ASD FieldSpec4 Hi-Res analysiert. Dies dient zum einen zur Validierung und Kalibrierung der Daten der abbildenden Spektroskopie, zum anderen zur schnellen Erfassung der spektralen Eigenschaften der Minerale und Gesteine. Außerdem wurden Gesteinsproben entnommen, die im Labor mit abbildenden Spektrometern untersucht wurden. Die Ergebnisse der spektralen Analyse werden mit geochemischen und mineralogischen Daten validiert

Der BGR-Helikopter beim Start zur Messung der natürlichen Radioaktivität (der NaI-Detektor ist im Helikopter installiert) und der Gradientenmagnetik (SQUID, links im Bild als Schleppkörper) Quelle: BGR

In der Gammaspektrometrie wird die natürliche Radioaktivität von Gesteinen und Böden gemessen, welche Aufschluss über deren Gehalt an natürlichen Radionukliden Kalium, Thorium und Uran gibt. Die Verteilung dieser Radionuklide an der Erdoberfläche (aus bis zu 30 cm Tiefe) erlaubt eine Charakterisierung der Gesteine hinsichtlich ihrer Mineralogie, Struktur und Verwitterungsmuster. Diese Informationen können zur Validierung und Ergänzung der Ergebnisse aus den Hyperspektraldaten genutzt werden. Der Kristalldetektor RS-500 der Firma Radiation Solutions Inc. besteht aus einem nach oben gerichteten und vier nach unten gerichteten NaI-Kristallen und wird am BGR-eigenen Hubschrauber eingebaut.
Die nahe und tiefere Untergrunderkundung (bis zu 200 m) dient der räumlichen und strukturellen Beschreibung, wodurch die Lagerstätte durch ein umfassendes 3D-Konzept besser charakterisiert und bewertet werden kann. Mit Hilfe der Gradientenmagnetik können aufgrund von magnetischen Anomalien Strukturen sowie Lage und Formen von Störkörpern (z.B. Störungen, Erzgänge) ermittelt werden. Hierdurch gelingt eine gezieltere Beurteilung, wo der Abbau hinsichtlich der räumlichen Gegebenheiten wirtschaftlich ist. Für die Datenerfassung kommt der SQUID-Sensor zur Messung des magnetischen Gradiententensors zum Einsatz, der für die Befliegung ebenfalls als Schleppkörper am BGR-eigenen Hubschrauber installiert wird.

Die synergetische Nutzung hyperspektraler Fernerkundungs- und geophysikalischer Erkundungsdaten ist ein neues Verfahren, welches die Explorationsgenauigkeit mineralischer Rohstoffvorkommen erheblich erhöhen wird. Diese thematische Verknüpfung bewirkt einen zeit- und kosteneffizienteren Explorationsprozess sowie gezieltere Labor- und Geländearbeiten (z.B. Labormineralogie, Probennahme, Erkundungsbohrung). Des Weiteren bieten die erhobenen Daten Potential zum besseren Verständnis eines Lagerstättentyps. Diese neuen Erkenntnisse können dabei helfen, weiterführende Modelle für die Exploration zu entwickeln, um unbekannte Rohstoffvorkommen zu identifizieren und zu analysieren. Das Projekt soll folglich einen Beitrag zur Sicherstellung der Rohstoffversorgung der Bundesrepublik Deutschland leisten.