Brevet FR2206512A1 — publié le 19740607

La présente invention concerne la détection à dis tance des éléments conducteurs dans le sol et les installations de prospection aérienne utilisées à cet effet. Plus particulièrement, l'invention concerne la tech nique de prospection à distance qui se trouve décrite dans les brevets français No 1.280o846 et 1.463.643 ainsi que dans les brevets américains No 2.660.703, 3.020.471 et 3.105.934. Dans cette technique connue on crée un champ magnétique en envoyant un courant intense (de l'ordre de plusieurs centaines d'ampères) très bref (de l'ordre de la milliseconde) dans au moins une bou cle émettrice montée sur la voilure d'un avion qui survole le territoire à prospecter.Et à l'aide d'un système récepteur, comprenant un ou plusieurs bobinages récepteurs, monté de préfé rence sur un planeur remorqué par l'avion, on détecte, entre les impulsions d'émission, les réémissions provenant des conducteurs du sol, qui se traduisent par une tension induite dans chaque bobinage récepteur. Dans de tels systèmes, c'est la loi temporelle de va riation de la tension aux bornes de la bobine de réception qui caractérise la structure sous-jacente des zones survolées. Très souvent la courbe ainsi obtenue (courbe de descente du signal) se rapporte sans ambiguité à une seule formation déterminée com prenant par exemple deux terrains. Dans pareil cas, il n'existe brpas d'autre formation constituée par un seul terrain ayant une conductibilité telle qu'elle engendre la même courbe de descente du signal. Mais il existe également certains cas où la même cour be de descente peut concerner tout aussi bien un terrain homo gène qu'une formation à deux terrains. La figure 1 montre l'allure d'une courbe de descente du signal se rapportant à une seule formation à deux terrains et ne pouvant pas être confondue avec une autre courbe traduisant une formation à un seul terrain. Cette courbe représente le loga rithme de la tension aux bornes de la bobine réceptrice en fonc tion du temps exprimé en millisecondes ; dans l'exemple représen té, on détecte une couche ayant une épaisseur sensiblement égale à l'altitude de l'avion, cette couche ayant une résistivité de 40 Sk.mw et surmontant un substratum de résistivité 0,18XL.m les impulsions brèves utilisées ont une dure de 0,10 Millise condense La figure 2 au contraire montre une courbe pouvant aussi bien provenir d'un terrain de conductibilité 40 rL.m m que d'une formation comprenant un terrain de conductibilité 180 n surmonté d'une çouche de conductibilité 10 n.m d'épaisseur égale à 60 % de l'altitude de l'avion.Cette courbe repré-sente le logarithme de la tension aux bornes de la bobine réceptrice en fonction du temps exprimé en millisecondes. On constate donc dans pareil cas une équivalence entre les courbes obtenues pour des formations à un et à deux terrains. Si elle n'était surmontée, cette équivalence condamnerait les tentatives d'interprétation quantitative des enregistrements, et compromettrait les améliorations possibles de ce type de prospection. C'est ainsi que l'augmentation du nombre des échantillonnages, l'enregistrement numérique et le traitement des traces sur ordinateurs deviendraient sans objet. La présente invention permet une analyse stratigraphique très fine et notamment, elle permet de lever cette équivalence entre les courbes de descente du signal provenant, soit d'un terrain homogène, soit d'une formation à plusieurs terrains. Le procédé selon l'invention consiste à explorer la même formation avec au moins deux largeurs d'impulsion différentes. On pourrait bien entendu et sans sortir de l'esprit de l'invention effectuer plusieurs passages au-dessus du même terrain avec deux équipements entièrement identiques, mais avec des impulsionsfde durée différente. Cette dernière solution parait cependant difficilement réalisable dans la pratique car il faudrait effectuer les passages successifs dans des conditions tout à fait analogues, et de surcroît elle ne serait pas intéressante d'un point de vue économique. Le procédé de prospection électromagnétique des éléments conducteurs contenus dans le sol, selon l'invention, est du type utilisant au moins une boucle émettrice montée dans la voilure d'un avion survolant le territoire à prospecter, dans lequel une émission d'impulsions se fait par passage d'un courant intense, très bref, dans ladite boucle émettrice et dans lequel la détection s'effectue en recevant entre les impulsions d'émission, les réémissions des formations conductrices en un système récepteur éloigné mais solidaire de l'avion.La caractéristique de l'invention réside dans le fait que l'on émet les impulsions par passage dans la boucle émettrice d'un courant intense pendant au moins deux durees prédétetininées et que l'on recueille å la bobine réceptrice au moins deux types de réémis sions des formations conductrices. En recueillant par exemple deux types de réémissions, on procède en fait å un dédoublement de la courbe de descente du signal0 Un procédé particulier selon l'invention consiste à produire un train cyclique d'impulsions comportant des paires d'impulsions de durées différentesqui se reproduisent alterna tivement.Dans pareil procédé le train dtimpulsions émises se compose d'une paire dtimpulsions d'une certaine largeur déter minée, suivie d'une autre paire d'impulsions de largeur diffé rente, et suivie d'une paire d'impulsions analogue à celle qui la précède ; cette succession se reproduisant de façon périodi que. Les dessins annexés ainsi que la description s'y ré férant feront mieux comprendre le procédé de prospection selon l'intention s Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites précédemment. La figure 3 montre le dédoublement de la courbe I de descente du signal analogue X la courbe représentée i la figure 2. Cette courbe représente les variations de la tension aux bor nes de la boucle réceptrice en fonction du temps. La courbe I * provint de l'analyse d'une formation non homogène contenant deux terrains de conductibilités différentes, l'analyse étant faite par émission d'impulsions électromagnétiques d'une seule et m8me largeur.Cette courbe I peut aussi bien provenir d'un terrain de conductibilité 40 A .m que d'une formation comprenant un terrain de conductibilité 180 rt.m surmonté d'une couche de con ductibilité 10 Q .m d'épaisseur égale à 60 % de l'altitude de l'avion. Si, conformément & l'invention, on réalise une émission d'impulsions électromagnétiques & deux largeurs différentes, on obtient & la réception le dédoublement de la courbe I en les courbes Il et III. Ce dédoublement met en lumière la possibilité d'étudier des formations non homogènes contenant par exemple deux terrains de conductibilités différentes0 La figure 4 illustre un mode particulier de réalisa tion du procédé selon l'invention0 En ordonnées sont reportées les intensités du courant traversant la boucle émettrice et les temps figurent en abscisses. La courbe en trait plein de la figure 4 représente la loi de variation du courant passant dans le cadre émetteur en fonction du temps.Une période de ce courant comporte d'abord entre les instants t1 et tt1 un pic positif, puis entre les instants tt1 et t2 il ne passe aucun courant dans la boucle émettrice de manière à pouvoir recueillir à la bobine réceptrice les réémissions des formations conductibles, tout en évitant les perturbations dues au couplage direct des bobines émettrices et réceptrices ; entre les instants t2 et t'2 le courant est représenté par un pic négatif mais identique au précédent. Puis entre tt2 et t3 se situe à nouveau un intervalle 3 pour recueillir les réémissions, et entre t3 et t'3 se situe un pic de surface voisine, mais de largeur différente de celles des pics précédents.Entre tt3 et t4 se situe à nouveau un interval 3 le pour la réception des réémissions, puis entre t4 et t'4 le courant est représenté par un pic négatif mais identique au précédent, enfin la période se termine par l'intervalle de réception des réémissions entre t'4 et t5. Cette période T a une durée de 14 millisecondes. La figure 5 représente schématiquement un mode de réalisation préférentiel de l'émetteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 5a représente un dispositif électronique d'excitation de la boucle émettrice comportant un premier circuit, constitué par une source de tension continue 6, une résistance 7 une paire de thyristors 1 et 2 associés teste bêche, en parallèle et une boucle émettrice 11 qui sont tous montés en série ; la borne de la source 6 et la bobine 17 étant reliées à la masse. Un condensateur 5 est monté en parallèle entre la masse et le noeud a. Un deuxième circuit identique au précédent, monté en parallèle entre la masse et le point b est constitué également d'une source de tension continue 8, d'une résistance 9 d'un couple de thyristors 3 et 4 et d'un condensateur 10 de capacité différente de celle du condensateur 5. La figure 5b représente schématiquement la logique 12 qui déclenche successivement et de façon régulière sur ses sorties 12.1, 12.2, 12.3 et 12.4 respectivement-les thyristors 1, 2, 3 et 4. Les impulsions de courant dans le cadre d'émission 11 commençant aux instants t1 et t2 sont fournies par la source de tension continue 6 qui charge le condensateur 5 par l'intermédiaire de la résistance 7. Le thyristor 1 est déclenché à l'instant t1, ce qui donne dans la boucle d'émission 11 un courant dont la variation est représentée par l'arceau tut't 1 sur la fi- gure 4. La tension de déclenchement du thyristor 1 est donnée par la logique 12 sur sa sortie 12.1. De manière à rendre la figure 5 plus claire, on n'a pas représenté le circuit reliant la sortie 12.1 à l'électrode de déclenchement du thyristor 1. Puis les thyristors 2, 3 et 4 sont respectivement allumés aux instants t2, t3 et t4.Aux instants t et t4 ce sont les thyris 3 tors 3 et 4 qui commandent la décharge du condensateur 10, chargé préalablement par la source de tension continue 8 à travers la résistance 9. Les résistances 7 et 9 sont ajustées de telle manière que les sources débitent chacune un courant moyen correspondant au courant redressé nécessaire à l'entretien des impulsions. Sur la figure 4 la courbe en tiret indique la tension aux bornes du condensateur 5, et la courbe en pointillé donne la tension aux bornes du condensateur 10. A la réception des réémissions des formations conductrices, la tension aux bornes de la boucle réceptrice est envoyée vers les dispositifs additionneurs suivant la figure 6. Sur cette figure 6 sont représentées la bobine de réception 13 et les portes 14, 15, 16 et 17 qui sont respectivement ouvertes entre les instants t' et t2, t'2 et t3, t'3 et t4 et enfin t'4 et t5. Le cycle se reproduit avec la période T. 18 et 19 sont des inverseurs de polarités qui sont reliés à des additionneurs 20 et 21. Les additionneurs 20 et 21 additionnent les sorties respectivement de 14 et 18 et de 16 et 19, ainsi que les sorties de cent périodes égales à T, de façon à assurer pour chacune des valeurs de la largeur d'impulsion une addition de cent courbes. Les additionneurs sont reliés à des enregistreurs 22 et 23. Le procédé selon l'invention peut être utilisé plus particulièrement pour la prospection électromagnétique de formations conductrices non homogènes, par exemple constituées par la superposition de deux terrains de conductibilité différente. Ce même procédé selon l'invention peut être avantageusement étendu à la prospection hydrologique. Il est bien entendu que l'invention ne se limite pas au seul procédé de prospection utilisant uniquement deux largeurs d'impulsions. En cas de besoin, par exemple pour prospecter une formation composée de trois couches ou plus, le même procédé peut s'appliquer en utilisant trois ou plusieurs largeurs d'impulsions différentes. REVENDICATIONS 1. Procédé de prospection électromagnétique des éléments conducteurs contenus dans le 801, du type utilisant au moins une boucle émettrice most;6 dans la voilure d'un avion survolant le territoire à prospecter, une émission dtimpulsions se faisant par passage dtun courant intense, très bref, dans ladite boucle émettrice et dans lequel la détection se fait en recevant entre les impulsions d'émission, les réémissions des formations conductrices, en un système récepteur éloigné mais solidaire de l'avion, caractérisé en ce que l'on émet les impulsions par passage dans la boucle émettrice d'un courant intense pendant au moins deux durées prédéterminées et que l'on recueille à la bobine réceptrice au moins deux types de réémissions des formations conductrices, ce qui permet une prospection géophysique plus fine. 2. Procédé de prospection électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait passer dans la boucle émettrice un premier train d'impulsions périodiques de courant, ces impulsions ayant une première largeur,et que l'on fait passer de manière non simultanée dans la mye boucle émettrice, un deuxième train d'impulsions périodiques de courant, ces deuxièmes impulsions ayant une deuxième largeur et s'intercalant entre les impulsions du premier train. 3. Procédé de prospection électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le train periodique d'impulsions est constitué d'impulsions alternativement positives et négatives et séparées entre elles par une durée prédéterminée, ledit train d'impulsions étant constitué de deux types différente de paires d'impulsions, les deux types différents se distinguant l'un de l'autre par des largeurs différentes des impulsions qu'ils comprennent, et ces deux types se reproduisant alternativement et de façon périodique. 4. Dispositif électronique d'excitation de la boucle émettrice pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un premier circuit comprenant un condensateur et des moyens pour le chargerrépétitive- ment, deux redresseurs à commande associés tête bêche, en paral lèle, et montés ensemble en série entre le condensateur et la bobine, et un deuxième circuit monté en parallèle sur le premier à l'entrée de la bobine, comportant les mêmes éléments que le premier circuit, mais dans lequel la capacité du condensateur diffère de celle du premier circuit de façon à changer la constante de temps du circuit pour produire ainsi des impulsions de largeurs différentes. 5. Dispositif électronique de réception pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il est constitué à la sortie de la bobine réceptrice de deux circuits identiques en parallèle comprenant chacun deux portes logiques ouvertes non simultanément pendant les paliers de non émission qui suivent les impulsions d'une même largeur, un inverseur de polarité qui agit seulement sur les impulsions négatives, un additionneur dont les entrées sont connectées aux sorties des portes logiques ou des inverseurs de polarité, et un enregistreur.