Brevet FR2010981A1 — publié le 19700220

La présente invention concerne un procédé pour faire des mesures par polarisation induite ou commandée, et plus spécialement un procédé de prospection de zones minéralisées souterraines qui ont des effets de polarisation commandée. 5 le procédé d'exploration géophysique par polarisation comman dée a fait l1objet de recherches théoriques et expérimentales poussées et il est actuellement largement admis et utilisé pour la recherche de certaines formes de minéralisation. En principe» le procédé consiste à faire passer un courant électrique à travers la terre, à 10 couper brusquement le courant et à observer les tensions transitoires décroissantes apparaissant à deux points de contact dans la terre. l'une des principales applications du procédé de prospection par polarisation commandée, est la localisation d'une minéralisation disséminée sous forme de sulfure. Par exemple» une partie importante 15 des gisements de cuivre connus sont du type connu sous le nom de minerais de cuivre porphyrique, qui contiennent habituellement une concentration de minéralisation métallique comprise entre environ 3 et 10 i<>. Avant la mise au point du procédé de prospection par polarisation commandée, les procédés géophysiques classiques étaient 20 généralement incapables de localiser avec succès ce type de minéralisation. Un certain nombre de techniques différentes ont été utilisées pour la prospection classique par polarisation commandée, et plusieurs paramètres différents ont été mesurés. les mesures peuvent être 25 effectuées à la fois dans le domaine du temps et dans le domaine de la fréquence, lorsque les mesures sont effectuées dans le domaine du temps, on fait passer habituellement un courant continu dans la terre pendant une période de temps prédéterminée, puis on coupe brusquement le courant pendant une autre période de temps prédéterminée. la ten-30 sion qui existe immédiatement après la coupure du courant ou au bout d'un intervalle de temps prédéterminé après la coupure du courant est généralement mesurée et comparée avec la tension qui existe pendant la période de temps pendant laquelle le courant circule. On peut voir que le rapport de la tension de polarisation de crête (c'est-à-dire 35 la tension qui apparaît immédiatement après la coupure du courant) à la tension existant avant l'interruption du courant (appelée souvent tension primaire) est une propriété physique de la zone présentant 69 19864 -2- 2010981 une polarisation commandée et cette propriété est généralement' appelée "chargeabilité" de la zone. Dans le, domaine de la fréquence, on fait passer un courant alternatif habituellement à deux fréquences ou plus, à travers la terre, et on compare les résistivités 5 relatives à chaque fréquence. Un paramètre commun dans le domaine de la fréquence est le "pourcentage de l'effet de la fréquence" qui est analogue à la chargeabilité. Un autre paramètre du domaine de la fréquence, couramment déterminé, est ce qu'on appelle le "facteur métallique" qui tient compte de la résistivité de la zone. Le facteur 10 métallique est égal à la valeur du pourcentage de l'effet de la fréquence, divisé par la résistivité apparante et il est particulièrement utile pour faire la distinction entre des zones fortement minéralisées d'une résistivité relativement faible et des zones qui ne sont que légèrement minéralisées. Dans le domaine du temps, un paramètre ana-15 logue au facteur métallique, peut être obtenu en intégrant la tension transitoire décroissante pendant une partie de la période de temps venant après la coupure du courant et en divisint par le produit de la tension primaire et de la résistivité apparente. Les techniques classiques utilisant la polarisation commandée, 20 aussi bien dans le domaine du temps que dans le domaine de la fréquence, nécessitent généralement l'utilisation d'électrodes à quatre points de contact à la surface de la terre. En règle générale, on fait circuler le courant entre deux électrodes externes qui peuvent être espacées de plusieurs kilomètres, et on mesure les tensions entre des 25 points espacés prédéterminés de contact avec la terre, qui sont situés entre les électrodes externes. Les prospections .classiques par polarisation commandée sont relativement coûteuses et longues, du fait qu'il faut transporter, dérouler et enrouler de grandes longueurs de câble pour chaque opération. En outre, il est fréquemment difficile 30 d'établir un bon contact avec la terre, en particulier dans les régions où les roches affleurent, de terre sèche et de débris superficiels ébouleux. Afin de surmonter ces difficultés, il a été proposé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.210.650, de mesurer l'intensité 35 du champ magnétique à la surface de la terre,.au lieu de mesurer la tension entre deux points éloignés, afin :de déterminer la chargeabilité. -Le brevet ci-dessus indique que le- paramètre de chargeabilité peut 69 19864 -3- 2010981 être déterminé en obtenant le rapport de l'amplitude du champ magnétique dû à la circulation du courant de polarisation (après la coupure du courant d'excitation) à l'amplitude du champ magnétique dû à la circulation du courant d'excitation. Suivant ce brevet, le 5 rapport de ces champs magnétiques est numériquement égal au même facteur de chargeabilité précédemment déterminé en mesurant les tensions au sol. Bien que le procédé décrit dans le brevet précité élimine la nécessité d'utiliser les électrodes habituelles de contact avec la 10 terre, et qu'il soit relativement efficace, le procédé décrit dans ce brevet a les mêmes inconvénients que les techniques classiques utilisant la polarisation commandée qui ne me0urent que la chargeabilité à savoir qu'il arrive souvent qu'une zone minéralisée de résistivité relativement faible ne donne pas une anomalie très prononcée. 15 Dans la présente invention, les mesures du champ magnétique sont effectuées à la place des mesures du champ électrique mais, contrairement au procédé décrit dans le brevet précité, le paramètre mesuré conformément aux présent procédé est en rapport avec le facteur métallique et non la chargeabilité, et par suite, il est plus à même 20 de délimiter des zones minéralisées de résistivité relativement faible, qu'un procédé qui ne peut que mesurer le paramètre de chargeabilité. Suivant la présente invention, l'intensité du champ magnétique de la terre (champ ambiant) est mesurée à un endroit prédéterminé dans une région où une prospection doit être effectuée. On fait passer 25 ensuite un courant électrique à travers la terre au voisinage de l'endroit prédéterminé, pour créer un état polarisé dans toute zone minéralisée voisine. Le couran^lectrique est ensuite brusquement coupé et dès que les effets transitoires de la commutation de l'appareillage ont disparu, on mesure de nouveau l'intensité du champ magné-30 tique pendant l'intervalle de temps pendant lequel des effets transitoires de la polarisation commandée peuvent être observés (c'est-à-dire pendant une seconde environ, après la fin de l'application du courant électrique à la terre). La première lecture, c'est-à-dire du champ magnétique non perturbé de la terre, est ensuite soustraite de la lecture 35 obtenue immédiatement après la coupure du courant électrique,de façon que le champ magnétique différentiel résultant (s'il y en a un) soi't directement en rapport avec le dégagement d ' énergie depuis la 69 19864 -4- 2010981 zone présentant une polarisation commandée, immédiatement après la coupure du courant électrique. Ce processus est fondamentalement différent du procédé décrit dans le brevet précité, en ce sens que ce dernier nécessite l'obtention du rapport de la mesure du champ 5 magnétique, dû aux courants de polarisation, à la mesure du champ magnétique dû au courant d'excitation. Dans le cas d'une zone de résistivité relativement faible, la densité du courant dans cette zone est plus forte que dans les zones adjacentes de résistivité relativement plus élevée, pendant le temps où le courant d'excitation 10 circule, et par suite, on obtient une lecture indiquant un champ magnétique relativement élevé. Etant donné que cette lecture est divisée par la lecture du champ magnétique obtenue après la coupure du courant électrique, il en résulte que tout effet anormal de la polarisation commandée, qui pourrait se manifester, a tendance à être 15 réduit en raison de la valeur relativement élevée du champ magnétique observé qui est dû à la circulation du courant d'excitation. Dans le présent procédé, le champ magnétique n'est pas mesuré pendant la période de temps pendant laquelle le courant d'excitation circule à travers la terre, et tous effet^Ôe la polarisation commandée dans des zones de 20 résistivité relativement faible ont tendance à être amplifiés. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressor-tiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif,mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation de l'invention. 25 Sur ce dessin : la figure 1 est une vue schématique montrant la façon dont le courant électrique passe à travers la terre pour polariser une zone minéralisée souterraine ; la figure 2 est un schéma synoptique d'un ensemble portable, 30 utilisé pour effectuer des mesures du champ magnétique ;• et la figure. 3 est un schéma synoptique d'un poste de base commandé à distance pour appliquer, le courant à la terre. En se référant à la figure 1, un poste de base 10 comprend une source d'énergie,du type couramment utilisé pour des prospections par 35 polarisation commandée dans le domaine du temps, pour appliquer un courant électrique d'amplitude et de forme d'onde voulues à deux électrodes espacées 11 et 12 qui sont en contact électrique avec la 69 19864 -5- 2010981 terre.. Une zone minéralisée souterraine 13 est indiquée dans un milieu 14» et ce dernier est recouvert d'une couche de terre de couverture 15. L'espacement des électrodes 11 et 12 et l'amplitude et la forme du courant appliqué à la terre sont déterminés en fonction 5 de principes géophysiques "bien connus. En se référant à la figure 2, un ensemble portable 16 comprend ion magnétomètre classique 17» qui peut être un magnétomètre à déclinaison, un magnétomètre à diaphragme, etc. Un magnétomètre à déclinaison, à lectur^directe, s'est avéré utile pour effectuer les mesures 10 du champ magnétique et par conséquent, la description ci-après concernera l'utilisation d'un tel magnétomètre, étant bien entendu, qu'on peut aussi utiliser d'autres magnétomètres classiques, si on le désire. Afin de pouvoir commander le poste de base 10 à distance, l'ensemble 16 comprend un émetteur 19 et un récepteur 18, modulés en 1.5 basse fréquence. Le magnétomètre 17 est relié à l'émetteur 19 par un commutateur 20 qui peut être actionné aussi bien manuellement qu'automatiquement de la façon décrite ci-après. Le magnétomètre 17 peut être commuté entre des positions de "polarisation" et de "comptage". Dans la position de polarisation, l'échantillon du flux de protons dans le 20 magnétomètre est polarisé par le courant circulant à travers une bobine entourant l'échantillon et dans la positon de comptage, le courant de polarisation est coupé et les protons peuvent poursuivre • leurs mouvements de précession. Pendant la durée du comptage, on mesure l'intensité du champ magnétique. Le commutateur 20 est conçu 25 pour mettre en circuit l'émetteur 19 lorsque lçfnagnétomètre 27 est dans la position de polarisation. Dès que le magnétomètre 17 est commuté sur la position de comptage, le commutateur 20 s'ouvre automatiquement et l'émetteur 19 est mis hors circuit. L'émetteur 19 ainsi que le récepteur 18 sont connectés à une antenne 21 qui est utilisée 30 aussi bien pour l'émission que pour la réception. Le commutateur 20 peut être également commandé manuellement pour permettre d'obtenir des lectures avec le magnétomètre 17» sans avoir à mettre l'émetteur 19 en circuit. On le réalise pour permettrè de mesurer l'intensité du champ magnétique de la terre avant de faire passer le courant électri-35 que à travers la terre. En se référan^faaintenant à la figure 3, le poste de base 11 comporte une antenne 22, et un émetteur 24 et un récepteur -23 69 19864 -6- 2010981 modulés en basse fréquence, ét connectés à l'antenne 22..Le courant d'excitation de la terre est produit par une source d'énergie classique 25» couramment utilisée pour'des prospections par polarisation commandée, qui peut produire la tension, le courant et la forme d'onde 5 nécessaires. La source d'énergie est connectée à un relais 26 qui est relié au récepteur 2.3 et commandé par ce dernier. Le relais 26 permet de commuter la sortie de la source d'énergie 25 entre les électrodes 11 et 12 et une charge fictive 27. Le relais 26 est connecté aux électrodes 11 et 12 par des conducteurs de longueur appropriée par 10 rapport à l'espacement voulu des électrodes 11 et 12. Pour vérifier si le poste de base fonctionne normalement, il est souhaitable d'envoyer un signal depuis le poste de base 11 jusqu'à l'ensemble 16 pour indiquer que le couran-^asse à travers la terre. On peut"le réaliser en prévoyant un circuit de déclenchement classique 15 (non représenté) sensible à la circulation du courant dans les conducteurs reliant les électrodes 11 et 12, pour produire une impulsion qui peut 'être/ dïfsifance par l'ensemble 16. L'impulsion peut être appliquée à un interrupteur à retard 28 dont le rôle est d'actionner l'émetteur 24 au bout d'un temps prédéterminé, afin d'éviter une interférence 20 avec tout signal émis depuis l'ensemble 16. Le signal provenant de l'émetteur 24 peut être utilisé pour fournir toute indication voulue» comme l'éclairage d'une lampe, afin.de vérifier si l'ensemble de base 10 fonctionne normalement. Le relais 26 produit un signal de déclenchement pour actionner un interrupteur à retard 28, chaque fois que la 25 source d'énergie est commutée de la charge fictive 27 sur les"électrodes 11 et 12. * - - Pour effectuer une prospection conformément au présent procédé, un jeu de postes de mesure est établi dans une région à prospecter. Les électrodes 11 et 12 sont placées aux endroits voulus en bon 30 contact électrique avec la terre. Les électrodes 11 et 1.2-sont ensuite connectées aux conducteurs provenantfàu poste de base 10. L'ensemble portable 16 est ensuite amené à un poste (c'est- à dire à un emplacement prédéterminé) oîi une mesure doit être effectuée^ Lorsque le commutateur 20 est dans la positoon "hors circtiit"',' de- façon que l'émetteur 35 19 ne puisse pas être actionné, le magnétométre -1-7 donne-une lecture indiquant l'intensité du champ magnétique de la terre. Dès que ceci a été effectué, le commutateur 20 est mis T-eh position automatique 69 19864 -7- 2010981 dans laquelle l'émetteur 19 est actionné tant que le magnétomètre 17 est en position de "polarisation". Lorsque l'émetteur 19 est actionné, le signal émis est reçu par le récepteur 23» le relais 26 est actionné et la source d'énergie 25 est" connectée par le relais 26 aux 5 électrodes 11 et 12 et ainsi, le courant circule à travers la terre. Dès que le magnétomètre 17 est commuté en position de comptage, le commutateur 20 s'ouvre et le signal provenant de l'émetteur 19 cesse, après quoi la s.ource d'énergie 25 est rapidement commutée des électrodes 11 et 12 sur la charge fictive 27. Une autre lecture est 10 alors effectuée sur le magnétomètre 17, et cette lecture constitue la somme de l'intensité du champ magnétique de la terre et du champ magnétique dû au courant décroissant circulant dans la/minéralisée. 13 par suite des effets de la polarisation commandée. La première mesure est ensuite soustraite de la seconde mesure pour obtenir une 15 valeur qui est proportionnelle au champ magnétique dû aux effets de la polarisation induite ou commandée. La seconde mesure n'est pas nécessairement supérieure à la première mesure ; ceci dépend de la direction et de l'inclinaison du champ magnétique de la terre au poste de mesure par rapport à la direction du courant de polarisation 20 dans la terre. Il est souhaitable de s'assurer que le magnétomètre 17 et la source d'énergie 25 sont correctement synchronisés. Dans les magné-tomètres classiques, il est prévu un retard entre le mode de polarisation et le mode de comptage pour permettre aux effets transitoires 25 de la commutation de disparaître avant qu'unç&esure soit effectuée. Le courant provenant de la source 25 est de préférence coupé juste a-vant que la période de comptage commence (par exemple, environ 10 à 20 millisecondes). En pratique, il est souhaitable d'appliquer le courant élec-30 trique à la terre pendant une durée calculée, uniforme, .avant d'effectuer chaque lecture. Egalement, à chaque poste, les lectures doivent être effectuées alors que le courant électrique circule dans les deux directions (c'est-à-dire que la polarité du courant doit être inversée entre les mesures successives au même poste). 35 Comme indiqué plus haut, on peut utiliser d'autres types de magnétomètres à la place d'un magnétomètre à déclinaison, par exemple un magnétomètre à diaphragme. Le signal de sortie du magné- 69 19864 2010981 -8- tomètre à diaphragme pourrait être enregistré de façon à pouvoir obtenir un tracé indiquant la forme d'onde réelle du phénomène transitoire décroissant dû au champ magnétique, ou bien on pourrait utiliser un compteur de sortie. Le diaphragme devrait être orienté 5 horizontalement. Contrairement au magnétomètre à déclinaison des protons donne une valeur moyenne de l'intensité du champ magnétique pendant un intervalle de temps prédéterminé, d'une façon typique de 587,18 millisecondes. 10 l'ensemble 16, on pourrait utiliser un système de commande dans lequel le poste de base 10 pourrait être simplement mis en circuit et hors circuit depuis l'ensemble 16, mais dès qu'il serait en circuit, l'ensemble de base 10 engendrerait une succession d'impuis ions/courant 15 modulé par ces impulsions pourrait être transmis à l'ensemble 16, et le magnétomètre pourrait être agencé pour être commuté automatiquement sur le mode de polarisation à la réception du bord avant de l'enveloppe de modulation de l'onde transmise (qui pourrait avoir la forme d'une onde carrée) et pour être commuté automatiquement sur le mode de 20 comptage,lorsque le bord arrière de ladite enveloppe apparaît. D'une façon analogue, si on le désire, toutes les mesures effectuées par l'ensemble 16 pourraient être transmises à un enregistreur situé au poste de base 10. Si on le désire, plus d'un ensemble 16 peut être en fonctionnement, à condition que les fonctionnements des ensembles 25 16 soient correctement coordonnés de façon que le fonctionnement de l'un d'eux ne gêne pas le fonctionnement de l'autre. Les mesures peuvent être effectuées par une personne portant l'appareillage nécessaire d'un poste à l'autre, ou bien elle^frourraient être effectuées à partir d'un véhicule mobile se déplaçant à la fois 30 sur terre et sur l'eau. Avec un magnétomètre suffisamment sensible, il est possible de pouvoir également effectuer des mesures à partir d'un avion. Il n'est pas indispensable pour l^résent procédé, que la mesure du champ magnétique de la terre ou ambiant soit effectuée en même temps que la mesure due aux effets de la polarisation commandée 35 la seule condition importante est que les mesures qui sont comparées entre elles soient effectuées au même endroit. Au lieu que le poste de base 10 soit totalement asservi par en continu de polarités opposées, passant à travers la terre. Un signal 69 19864 -9- 2010981 REVEEDIOATIOHS 1. Procédé permettant de déterminer la présence de zones de polarisation commandée dans un milieu en cours de prospection» procédé caractérisé en ce qu'il consiste : 5 (a) à déterminer l'intensité du champ magnétique ambiant à un endroit prédéterminé par rapport audit milieu, (b) à faire passer un courant électrique à travers ledit milieu au voisinage de l'endroit prédéterminé pour créer un état polarisé dans une zone quelconque, proche de l'endroit prédéterminé, 10 (c) à couper brusquement le courant électrique, (d) à mesurer l'intensité du champ magnétique audit endroit prédéterminé, après la coupure du courant électrique, pendant un intervalle de temps pendant lequel les effets dus à la polarisation commandée apparaissant dans ladite zone, peuvent être observés, et 15 (e) à comparer les mesures sus-mentionnées du champ magnétique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste (a) à soustraire la valeur du champ mangétique ambiant de la mesure du champ magnétique effectué au cours de la phase (d). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la 20 phase (d) consiste en outre, à obtenir la moyenne par rapport au temps du champ magnétique pendant une partie au moins dudit intervalle de temps. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on répète lesdites phases à des endroits prédéterminés différents. 25 5. Procédé permettant de déterminer la présence de zones souter raines de polarisation commandée dans une région en cours de prospection) procédé caractérisé en ce qu'il consiste : (a) à faire passer un courant électrique à travers la terre au voisinage dudit endroit prédéterminé, pour créer un état polarisé dans 30 une zone quelconque proche dudit endroit prédéterminé, (b) à couper brusquement le.courant électrique, (c) à mesurer l'intensité du champ électrique audit endroit prédéterminé après la coupure du courant électrique pendant un intervalle de temps pendant lequel les effets dus à la polarisation commandée 35 apparaissant dans ladite zone, peuvent être observés, ledit champ électrique comprenant la somme vectorielle du champ magnétique de la terre et du champ magnétique attribuable aux effets de polarisation 19864 -10- 2010981 commandée, et (d) à soustraire de la mesure du champ magnétique effectuée au cours de la phase (c) la composante du champ attribuable au champ magnétique de la terre.