Brevet FR2227541A1 — publié le 19741122

La présente invention concerne la prospectios des glsements de mercure, seul ou associé à d'autres métaux. Le mercure, apparaissant seul ou associe à des minerais d'or, d'argent, de cuivre, de zinc ou d'autres mé taux, donne du mercure élémentaire @ibre du fait des actione géschimiques et biochimiques. le mercure libre a une tension de vapeur importante si bier qu'il forme une phase gazeuse qui liffuse à travers la structure terrestre jusque dans l'etmosphère et indique la présence du gisement de mercure. Comme le mercure est habituellement rencontré en association avec l'or, l'argent, le cuivre, le zinc et d'autres métaux, la ph.ase vapeur du mercure peut donc aussi indiquer la présence de ces métaux. Les techniques courants de prospection comprennent le déplacement à la surface de la terre d'un magnétomètre qui mesure les variations du champ magnétique local ou des relevés par pelarisation induite, qui sont le reflet de la répartition des minerais sulfures qui indiquent la présence de gisements. Les inconvénients de ces procédés sont que leur portée est yourte, qu'ils interfèrent avec les variations de. la structure souterraine et qu'ils ne sont pas efficaces lorsque la surface terrestre est recouverte.D'autres inconvénients sont que ces procédés nécessitent une présence matérielle à la surface de la tarre ou dans l'atmosphère au-dessus de la sur:?ace, au-dessus de la partie dans laquelle est placé le Psement. On n'a pas encore essayé d'utiliser la détermination de la phase mobile sous forme d'une vapeur ou la combinaison de cette détermination avec des considérations météorologiques. Par exemple, on n'a pas encore proposé la détermination dynamique dans le sens horizontal du courant de densité des émanations en phase vapeur sous le vent d'un gisement, le gisement étant localisé à l'emplacement où le courant de densité et la diffusion verticale de la phase vapeur à travers la structure terrestre coïncident. Il n'existe pas de brevet qui suggère la. détermination dynamique d'une phase vapeur par tracé en azimut d'un secteur de courant de densité d'une phase gazeuse, puis par tracé dynamique en direction herizontale du courant de densité vers le gisement, et le repérage du gisement à l'emplacement où le courant de densité et la diiiusion verticale à partir du gisement coïncident. La mesure du mercure dans l'air et le sol indiquant la présence de gisements de métaux précieux ou courants, est une technique utilisée depuis un certain temps. L'utilisation de la vapeur de mercure comme guide vers les gisements enterrés est décrite par A.A. Saukov (Geochemistry of Mercury, Académie des Sciences, U.R.S.S., Moscou, 1946). Plus récemment, les publications suivantes H.E. Hawkes et S.EI. Williston (Mining Congress Journal, Décembre 1952, p. 30-32), W.W. Vaughn et J.H. MaCar-thy, Jr., (Geological Survey Research, 1964, US. Geological Survey, Professional Paper, 501D, p.D123-127), S.H. Williston (Eng. Min.Jour., 165, 98-101, 1964, les brevets des-Etats-Unis d'Amérique n 3 178 572 et 3 173 016, Journal of Geophysical Research, 73, n 22, 7051-7055, 1968), et W.W. Vaughn (U.S. Geological Survey, Circular 540, U.S. Department of the Interior, Washington, D.C., 1967), et J*H. McCarthy, W.W. Vaughn R.-E. Learned, et J.L. Meuschke (U.S. Geological Survey, Circular 509, U.S. Department of the Interior, Washington, D.C., 1969 ont considéré la signification des déterminations du mercure lors de l'exploration des minerais et ont indiqué diverses techniques et divers instruments appropriés.Cependant, aucune de ces publications ne suggère la détermination dynamique de la phase vapeur pour la généralisation du principe de détection. Selon ltinvention, la détermination des gisements de minerais ayant une phase vapeur qui diffuse à travers la structure terrestre dans l'atmosphère, comprend la tection initiale de la phase gazeuse dans l'atmosphère, la séparation du courant de densité de la phase vapeur provenant des gisements et de celle qui provient de l'atmosphère ambiante, la détermination dynamique dans le sens horizontal du courant de densité vers les gisements et le repérage des gisements aux emplacements où coïncident les courants de densité et la diffusion de la phase gazeuse à travers la structure terrestre, en provenance du gisement.Des perfectionnements du procédé décrit comprennent la réalisation initiale d'un relevé linéaire en aval de la zone prospectée, le tracé de l'écoulement catabatique en fonction de la topographie, l'estimation de la dérive atmosphérique totale dans les zones très boisées, en fonction de la direction du vent au-dessus de la voûte des arbres, et l'échantillonnage des poussières et des vapeurs au cours du tracé dynamique, ainsi que le trace d'une carte de la structure terrestre près des zones de diffusion de la phase gazeuse à travers la terre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins almexés sur lesquels - la figure I représente schémat7qllement la diffusion d'une phase gazeuse provenant d'un gisement de minerai, représente sous forme d'une tache hachurée, à travers la structure terrestre et dans l'atmosphère, la vapeur étant entraSnée par le vent qui forme un panache - la figure 2 est un diagramme illustrant la formation d'inversions de températures à basse altitude, dans les conditions d'écoulement catabatique voulues ou de variations de densité, les abscisses représentant la température et les ordonnées la hauteur - la figure 3 représente schématiquement ltécoule- ment du vent catabatique dans un secteur topographique donné, les traits continus représentant les lignes de courant, les traits interrompus les lignes de crête, les grandes flèches les vents dans les vallées et les petites flèches les vents latéraux - la figure 4 est un schéma montrant la formation de vents latéraux dans une vallée du secteur de la figure 3 - la figure 5 représente schématiquement le relevé amont suivant l'écoulement du vent catabatique, comme représenté sur les figures 3 et 4, le gisement étant représenté en haut à droite sur le dessin, le panache de vapeur s'étalant vers le bas à gauche - la figure 6 représente schématiquement un axe de relevé sous le vent de la zone à prospecter, le gisement figurant en haut sur le dessin, les grosses flèches blanches représentant le vent - la figure 7 illustre schématiquement la disposi- tion relative du vent supérieur à la vote de verdure et du vent inférieur dans une zone très boIsée la figre 8 illustre schématiquement un relevé linéaire sous le vent du panache de vapeur qui se déplace au-dessous de la volte de verdure, en se déplaçant dans son ensenble à partir du gisement représenté en bas à gauche, le panache étant entraSné par le vent supérieur à la voûte de verdure, le vent faible et variable qui existe au-dessous de la volte de verdure cotant représente schématiquement par les petites flèches partant d'un point commun - les figures 9 (a), 9 (b) et 9 (c) représentent divers dispositifs d'échantillonnage de la structure terrestre autour d'un gisement prévu de minerai, et de mesure des émanations gazeuses en fonction de la diffusion verticale à travers la structure terrestre, la figure 9 (a) représentant un récipient d'échantillonnage dont 1'embouchure est introduite dans la sol, la figure 9 (b)- représentant un récipient collecteur placé à la surface du sol et la figure 9 (c) représentant un dispositif d'échantillonnage relié à un dispositif d'aspiration, les grosses flèches blanches représentant le vent et les petites flèches noires les émanations gazeuses - la figure 10 représente Luie carte de diffusion gazeuse réalisée suivant les enseignements de la figure 8, les lignes continues représentant les débits égaux d'émanations gazeuses, les points correspondant à la mesure du débit d'émanations, le trait interrompu délimitant le gise- ment de minerai - la figure 11 illustre la détection d'anomalies au cours d'un échantillonnage à l'aide d'un appareil portatif dans une zone boisée de l'Ontario, Canada, chaque côté du carré représentant 400 m - la figure 12 montre les résultats des mesures réalisées en un jour, de la quantité de vapeur de mercure, les mesures étant réalisées au cours d'un programme de détermination de la présence de cuivre dans l'Arizona, Etats-Unis d7hmérique, et elle montre la détection des anomalies, les valeurs représentées correspondant à la teneur en mercure exprimée en nanogrammes, relevée en phase vapeur dans l'air, les flèches courtes représentant la direction du vent et les noribres adjacents repréesentant la vitesse du vent en km/h les grandes flèches representant la direction et la longuer de l'intervalle d'échantillonnage ; et - la figure 13 montre les résultats d'une autre mesure de reconnaissance réalisée en un jour, dans les mêmes conditions que les mesures de la figure 12. Le procédé de l'invention repose sur la détection et la détermination dynamique des nuages de mercure gazeux présents dans l'atmosphère, ces nuages étant dus au mercure associé au mercure métallique libre contenu dans les gisements du sol, et formant une phase vapeur mobile qui diffuse à travers la structure terrestre dans l'atmosphère. Le gaz entraîné par l'air peut store détecté par observation au-dessus de la surface du sol ou an des points éloignés du gisement ces observations peuvent être reliées à l'emplacement du giserment, par des considérations météorologiques.Etant donné la grande diffusion de la phase gazeuse à travers le sol, la détection des gisements en profondeur, sans forage,est donc possible, et, étant donné le déplacement du nuage gazeux avec le vent après diffusion dans l'atmosphère, la détection des gisements peut être réalisée à des distances qu'on peut considérer comme grandes par rapport à celle que mettent en oeuvre les procédés normaux de prospection. De plus, la mise en oeuvre des principes de la micrométéorologie permet de tirer avantage des conditions dans lesquelles le vent rassemble l'atmosphère de régions i-nportantes, Si bien que l'analyse globale dtune région dans son ensemble peut titre réalisée par des mesures faites en un seul point. Un élément essentiel de l'utilisation satisfaisante de ce procédé est ltapplication des connaissances météorologiques, concernant le déplacement des nuages et la dilution, pour l t interprétation des mesures et la réalisation des ob servations. Pour que les mesures donnent satisfaction, elles doivent strie habituellement faites dans des conditions (relativement courantes) qui donnent lieu à une concentration des produits dans les coudes basses de l'atmosphère. Ces mesures sont faites facilement, gracie aux inversions de températures à faible altitude dues notam-nert à ltirradiation par la surface du sol, comme représenté sur la figure 2.Celle-ci représente la formation de couches d'air dense et froid près de la surface de la terre, cette formation commençant au coucher du soleil. De plus, dans ces conditions, un courant d'air catabatique ou de densité apparat et, dans des condi- tions synoptiques d'anti-cyclone ayant de faibles gradients de pression géostrophique, le courant d'air est déterminé par le relief. Le résultat est que le rassemblement du courant catabatique a lieu comme dons le cas du drainage aux lignes de partage des eaux, et des systèmes entiers formés par des vallées peuvent titre analysés par mesure à l'embouchure. Des mesures successives en amont dans la vallée éliminent progressivement les systèmes auxiliaires ou permettent leur identification comme participants essentiels. Une étude suivie vers l'amont dans la vallée permet l'identification de la ré- gion de la source du nuage donc du gisement responsable. Un relief important n'est pas nécessaire pour l'application satisfaisante et on peut avantageusement utiliser des modifications de la technique de relevé, me dans une région très plate. Par exemple, le contrôle continu en un point fixe pendant un temps suffisamment long pour la canacte- risation de toutes les directions des vents, permet l'étude de la région environnante sur des distances de l'ordre de plusieurs kilomètres. De manière analogue, des mesures continues-suivant une ligne de relevé (par exemple suivant une route) permettent ltanalyse de la région au vent de la ligne. Dans tous les cas cependant, il est nécessaire que les facteurs météorologiques soient considérés avec compétence, car ils règlent ltefficacité de de la concentration des émanations initiales ainsi que les procédés ultérieurs de déplacement et de dilution par turbulence. Dans certains cas, le développement d'un courant catabatique est inhibé et on doit utiliser d'autres techniques pour la détermination de la direction dtarrivée de la vapeur échantillonnée. En particulier, ce problème se pose en terrain modérément ou très boisé. Bans ces conditions, les inversions importantes d'irradiation réduisent fortement la fon-e-tion de courants de densité. La vitesse du vent sous la voûte de verdure est très faible et variable, et elle est en général inférieure à 1 ,5 km/n.Lorsque le relief n'est pas accentué, la détermination du courant sous la voûte de verdure par 1 appareillage ordinaire de détection du vent est pratiquement impossible. Néanmoins, malgré les directions locales apparentes très variables du vent sous la voûte de verdure, il existe une dérive moyenne globale de l'air parallèlement au courant au-dessus de la voûte de verdure. Ce comportement est dû au couplage turbulent entre l'air placé au-dessus de la voûte et l'air placé au-dessous, si bien qu'il existe une dérive qui commande la d'rection dzé- coulennent Les mesures de concentration des vapeurs de minerai dans les zones tr';s boisées ayant un relief très faible peuvent donc être réalisées vers la source, en fonction de la direction détectée du vent au-dessus de la voûte de verdure. Le procédé de mesure de la concentration de la vapeur de mercure en un point de l'atmosphère comprend le prélèvement d'un échantillon de vapeur et de poussière de l'atmosphère, sous forme concentrée convenant à l'analyse de la teneur en mercure de l'échantillon.L'échantillon peut tre recueilli et analysé de diverses manières, par exemple par observation de la réaction de noircissement après filtration de l'air par un papier revêtu de sulfure de sélénium, puis amalgame du mercure apres filtration, dans des ] lits granulaires ou des garnitures de laine de métaux. nobles, ou par rassenfolement sur une grille de métaux nobles, par exemple comme décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n 3 543 583, puis ébullition par chauffage de la vapeur de mercure et estimation de la teneur par mesure de l'absorption optique à le longueur d'cnde de la raie de résonance (25D,7 nn habitlellement) dans un photomètre ultraviolet Après détection et localisation générale d'une zone intéressante, on peut adapter la technique de manière oue la disposition du gisement de minerai lui-meme soit déterminée avec précision. On réalise la carte de la surface du sol à partir duquel proviennent les émanations, de manière à piéger la phase vapeur, en divers points dans la zone considérée, et on mesure la teneur après cette opération, lFana- lyse du contour des résultats obtenus permettant la délimi- tation du gisement. On va maintenant décrire des exemples extraits de notes d t expériences qui indiquent la nature de la vérification exr,érimentale et les caractéristiques ainsi que les possi bilités du procédé de l'invention. On décrit d'abord des expériences réalisées dans 1'Ontario au Canada. On réalise une série d'expériences pour la prospection de l'or, sur une zone de 920 ha, étudiée d'abord par des procédés de polarisation induite. Le relevé obtenu montre des anomalies importantes et bien définies indiquant des gisements sulfurés. Un forage limité montre la présence de lits de roches recouverts par environ 30 à 45 m de sable et de gravier. Comme la surface est très boisée, les vitesses du vent sous la votte de verdure sont très faibles et variables, et on utilise la direction du vent au-dessus de la-votte de verdure pour réaliser la détermination dynamique comme décrit precédemment. Des lignes d'échantillonnage sont tracees à travers les buissons de manière quelles permettent la marche avec un appareil portatif d'échantillonnage. L'échantillonnage de l'air au-dessous de la volte de verdure est réalisé suivant ces lignes dans des conditions météorologiques de stabilité maximale, assurant une diffusion minimale, donc une conce-ntration maximale de la vapeur de mercure. Les lignes sont sélectionnées pour l'échantillonnage de manière qu'elles soient essentiellement perpendiculaires au vent au-dessus de la volte de verdure dans tous les cas, bien que le vent soit rarement perpendiculaire atuc lignes découpées dans la végétation. L'échantillonnage est réalisé par une équipe dont chaque élément se déplace sur un segment de manière que toutes les parties soient parcourues simultanément. Une série de 61 relevés suivant des lignes transversales est réalisée en 12 jours, au cours desquels les conditions météorologiques conviennent. Des lignes d'échantillonnage on des longueurs comprises entre 1,06 et 2,42 km, suivant la partie de zone étudiée et arrivent à un total de l'ordre de 22 km, pour tous les échantillonnages.Au cours de toute la série, diverses directions de vent sont observées si bien que, par échantillonnage répété sur certaines lignes, on peut localiser les ;sources anormales par triangulation et projection vers l'arrière dans la direc-tion de la dérive globale, dé terminée à partir de la direction moyenne du vent au-dessus de la voûte des arbres. La figure Il montre une carte des anomalies ainsi relevées et constitue la base dtun programme ultérieur de forage. Sur la figure 11, les lettes A à Y identifient une anomalie particulière et sont associées à des lignes de projection qui correspondent au vent au-dessus de la voûte de verdure. Le point d'aboutissement de la ligne de projection est le point où les échantillons ont une valeur anormale. Les indices désignent le jour de ltobservation. Les petites surfaces arrondies représentent les régions à partir desquelles la vapeur de mercure a1 échappe. Les traits pleins portant des lettres de référence représentent la concentration maximale observée. Les traits parallèles interrompus placés de part et J1 autre représentent la largeur approximative de l'anomalie, mesurée suivant la ligne d'échantillonnage. On réalise une série de relevés sur une grande zone de l'Arizona du Sud. On utilise un échantillonnage de la vapeur de mercure atmosphérique au cours de la première phase de la reconnaissance d'un programme de détermination de la présence de gisements de cuivre. La vapeur de mercure indique le cuivre car il est associé à l'or qui est lui-meme associé au cuivre. Le mercure atmosphérique détecté est déterminé pour ltidentification de ses régions d'origine, en fonction des techniques décrites dans le présent mémoire. La zone étudiée est un désert aride, ayant une végétation très faible, et dont le relief et les caractéristiques topographiques sont bien caractérisés. L'échantillonnage est réalisé à partir d'un véhicule, en des positions fixes L'interception des anomalies est déterminée vers les réglons dtorigine an fonction du courant de densité associé à des inversions importantes de radiations, à un vent géostrophique faible, et à un relief accentue. On réalise une série de relevés d'échantillonnage au cours de 76 jours, au cours desquels les conditions météorologiques sont favorables. Une distance totale d'environ 3 20G krn est échantillonnée à partir du véhicule de reconnaissance qui se déplace constamment ; on obtient et on analyse au total 1 360 échantillons. Ces observations sont accrues par 173 observations en position fixe réalisées au cours de la détermination dynamique et la localisation, après l'in-- terception initiale détectée au cours de la reconnaissance. Les figures 12 et 13 représentent les résultats de 2 jours, au cours desquels la détection initiale de concentrations anormales de mercure atmosphérique est rencontrée au cours du prélèvement des échantillons le long de routes. A partir de ces relevés, du relevé de détermination dynamique et de localisation et des mesures en des points fixés, on note au total 9 anomalies. Les caractéristiques géologiques et géochimiques du sol corroborent ces résultats et conduisent à un programme de développement et d'acquisition du sol. On peut utiliser divers instruments pour la détec tion, la détermination dynamique et le repérage selon le procédé de l'invention, sans pour autant sortir du cadre de celle. PEVENDICATIONS 1. Procédé de prospesc-tion de gisements de minerai du type dans lequel du mercure élémentaire libre est présent et à partir duquel diffuse du mercure en phase vapeur à travers la structure terrestre jusqu'à l'atmosphère, ledit procédé comprenant la détection de nuit de la phase de mer- cure dans l'atmosphère à proximité de la surface terrestre et dans des conditions catabatiques déterminées par le vent imposé par le relief en aval de la zone prospectée ct par les inversions de températures, le tracé d1un secteur azimutal de courant de densité le long de la surface de la terre de la vapeur de mercure au-dessus de la surface terrestre, la détermination dynamique horizontale du courant de densité vers le gisement à partir duquel diffuse le mercure, et le repérage du gisement dans la terre à l'emplacement où coSncident le courant de densité et la diffusion verticale à partir du gisement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection comprend la différenciation du courant de densité du mercure gazeux provenant des gisements et du mercure atmosphérique 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection est réalisée à partir d'un point fixe par rapport au gisement à localiser, la détermination dynamique étant réalisée en fonction du vent ambiant, le procédé com- prenant le repérage dtun gisement prévu à partir du point fixe, le courant de densité de la phase gazeuse et la diffusion verticale étant projetés en fonction du-vent ambiant dans le courant qui subit la détermination dynamique. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection est réalisée dans des zones très boisées, à partir drun point fixe par rapport au gisement: à localiser, la détermination dynamique dépendant du vent ambiant au-dessus de la volte de verdure qui permet ltestimation de la dérive globale de la masse flair au-dessous de la voûte de verdure, le procédé comprenant le repérage d'un gisement prevu à partir du point fixe, le courant efficace de la phase gazeuse et la diffusion verticale étant projetés en fonction du vent principal au-dessus de la voûte de verdure, qui est relié au courant au-dessous de la volte de verdure. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection est réalisée dans des zones très boisées, suivant un relevé linéaire placé sous le vent de la zone prospectée, la détermination dynamique étant réalisée en fonction du vent ambiant au-dessus de la voûte de verdure, qui permet l'estimation de la dérive globale de la masse d'air au-dessous de îa voûte de verdure, le procédé comprenant le repérage d'un gisement prévu à partir du relevé linéaire, le courant effIcace de la phase gazeuse et la diffusion verticale étant projetés en fonction du vent principal au-dessus de la voûte de verdure, qui est relié au courant au-dessous de la voûte de verdure.