Brevet FR2538126A1 — publié le 19840622

L'invention se rapporte au domaine de la pros- pection des minéraux L'un des procédés de prospection habituellement utilisés, consiste dans le relevé électro- magnétique aéroporté Ce genre de relevé est basé sur le fait que les gisements de minerais concentrés, par exem- ple ceux contenant du cuivre, du zinc ou du plomb, etc, présentent fréquemment une différence de conductibilité électrique avec le matériau environnant Cette différence est détectée par une irradiation active du sol au moyen d'un champ magnétique à courant alternatif émis (champ magnétique primaire) Ce champ magnétique primaire engen- dre des courants de Foucault dans le sous-sol Leur am- plitude est proportionnelle à la conductibilité locale. Le champ secondaire résultant des courants de Foucault est mesuré en continu Ceci fournit un excellent outil pour observer les variations de la résistivité terrestre d'un point à l'autre, et pour obtenir une information sur le fait que des gisements de minerais sont présents ou non. Habituellement, on utilise des bobines sensibles comme récepteurs pour détecter le champ magnétique, bien que d'autres dispositifs tels que des "squids" '(interfé- romètres quantiques supraconducteurs) puissent servir pour la même application Ces détecteurs peuvent être connectés rigidement à un émetteur Dans ces cas, la dis- tance entre l'émetteur et le récepteur tend à être rela- tivement petite En pratique, pour accroître cette dis- tance, les récepteurs, par exemple des magnétomètres, sont fréquemment remorqués au-dessous d'un aérodyne, par un câble d'une longueur de l'ordre de la centaine de mè- tres. Les champs secondaires engendrés par les mine- rais conducteurs sont généralement extrêmement petits, -2- comparés au champ primaire Les récepteurs doivent donc- être très sensibles En accroissant la distance d'écarte- ment entre l'émetteur et le récepteur, on réduit la com- posante du champ primaire, tandis que le champ secondaire que l'on souhaite mesurer, reste relativement non affecté. Dans une disposition pratique, l'émetteur et le récepteur sont connectés de façon lâche par un câble de remorque. Le contenu de fréquences du signal émis est gé- néralement choisi de façon à être compris entre environ Hz et quelques kilohertz A la limite supérieure, l'effet pelliculaire empêche le champ magnétique de pé- nétrer dans la terre A la limite inférieure, la pénétra- tion pourrait atteindre quelques centaines de mètres, mais le champ secondaire est alors relativement petit, puisque la réponse décroit avec la fréquence. Etant donné que le champ secondaire est mesuré en présence du champ primaire, il est important de dé- terminer ce dernier de façon très précise Il convient donc de surveiller le courant qui circule dans la boucle de l'émetteur et d'utiliser cette information pour cor- riger les fluctuations éventuelles. Toutefois, il se pose des problèmes résultant de la variation du champ primaire, qui est d e au dépla- cement relatif de l'émetteur par rapport au récepteur pendant le vol de l'aérodyne Pour des boucles de courant qui engendrent un champ magnétique, tel qu'un champ ma- gnétique de dipoles, la variation relative du champ pri- maire est proportionnelle au cube de la variation rela- tive de la distance d'écartement Ce comportement mathé- -3- matique ajoute à la gravité du problème Dans les situa- tions de vol normales, les fluctuations du champ primaire peuvent être beaucoup plus grandes que la variation du champ secondaire résultant de grands dépôts de minéraux conducteurs Un moyen de surmonter ce problème, consiste à utiliser ce qu'on appelle les systèmes à domaines de temps Ces systèmes utilisent un signal d'émetteur en for- me d'impulsions au lieu d'un signal continu Le récepteur mesure la décroissance des courants de-Foucault après que l'émetteur a été coupé, c'est-à-dire lorsque le courant de l'émetteur est nul Etant donné qu'il n'y a pas de champ primaire, le mouvement relatif est sans importance. Toutefois, étant donné que l'émetteur est interrompu, une plus faible puissance rayonnante pénètre dans le sol en moyenne Ceci réduit le champ secondaire moyen, et, par conséquent, la sensibilité de l'installation. Un but de l'invention est donc de créer un pro- cédé pour compenser l'effet de mouvement parasite pendant que l'émetteur est encore en travail à plein temps. Un autre but de l'invention est de réaliser un appareil adapté pour compenser de tels effets désavanta- geux. L'invention a donc pour objet un procédé pour améliorer les signaux utilisés pour détecter les corps conducteurs contenus dans=une zone, au moyen d'un dispo- sitif de relevé électro-magnétique aéroporté, comprenant les étapes consistant à engendrer et émettre un signal de champ primaire alternatif, dont le spectre de fréquen- ces comprend une composante continue ou une composante à basse fréquence, et à faire rayonner ce signal de champ primaire vers ladite zone et à recevoir des signaux de -4- champ secondaire induit qui sont engendrés par lesdits corps conducteurs, et qui comprend en outre l'étape con- sistant à traiter les signaux de champ secondaire reçus et à donner une représentation des signaux traités de ma- nière à en tirer une information sur la présence ou l'ab- sence de corps conducteurs dans ladite zone. L'invention a également pour objet un appareil destiné à améliorer les signaux utilisés pour détecter la présence de corps conducteurs dans une zone, au moyen d'un dispositif de relevé électromagnétique aéroporté compre- nant un émetteur d'un signal de champ primaire alternatif, dont le spectre de fréquences comprend une composante con- tinue-ou une composante à basse fréquence, et des moyens adaptés pour recevoir des signaux de champ secondaire in- duit, qui sont engendrés par les corps conducteurs; cet appareil comprenant en outre, des moyens adaptés pour traiter les signaux de champ secondaire reçus. En courant continu ou aux basses fréquences (par exemple aux fréquences inférieures à environ 20 Hz), on ne peut pas tirer de réponse mesurable à partir de courants de Foucault dans toutes les situations réalistes En con- séquence, toute variation du champ magnétique à ces fré- quences est liée au champ primaire Si la valeur du dipô- le de l'émetteur est connue, la variation du signal ma- gnétique au niveau du récepteur pour les basses fréquen- ces est directement liée au mouvement relatif. Bien qu'il y ait de nombreux moyens de rayonner un signal d'émetteur possédant un spectre qui s'étend du courant continu aux hautes fréquences, une forme avanta- geuse de réalisation de l'invention, consiste à considé- rer un signal sous la forme d'une séquence pseudo-aléatoire (PRS). -5- L'invention sera à présent décrite à titre d'ex- emple et de façon plus détaillée, en regard des dessins annexés, sur lesquels La Fig 1 représente schématiquement le principe des mesures électro-magnétiques qui sont utilisées pour détecter les gisements de minéraux souterrains La Fig 2 représente un exemple d'un signal émis sous la forme d'une séquence pseudo-aléatoire (PRS) La Fig 3 représente le spectre de fréquences correspondant du signal représenté sur la Fig 2 La Fig 4 a représente un exemple d'une trace d'enregistreur non corrigée, qui indique le signal reçu par le récepteur La Fig 4 b représente un exemple d'une telle trace d'enregistreur après correction. On se reportera maintenant à la Fig 1; un é- metteur approprié 1, installé à bord d'un avion, émet un champ magnétique alternatif (champ primaire) 2 vers la surface 3 du sol Lorsque des masses de minerais 4 sont présentes sous la surface du sol, des courants de Foucault sont engendrés dans le sous-sol Un champ magnétique se- condaire 6 est issu de ces courants de Foucault 5 et peut être mesuré par un récepteur approprié 7 Un tel récep- teur peut être remorqué derrière un aérodyne par un câble 8 approprié Les signaux de champ secondaire reçus par le récepteur et qui proviennent des masses de minerais, sont ensuite traités d'une façon quelconque, appropriée pour l'application considérée, et ils peuvent être représentés -6- par un enregistreur de traces Ainsi qu'on l'a déjà indi- qué plus haut, selon l'invention, on utilise un signal d'émetteur dont la plage de fréquences est étendue vers le courant continu ou les basses fréquences. La Fig 2-représente un signal d'émetteur avan- tageux qui peut être utilisé selon l'invention La Fig 2 représente un exemple de signal sous la forme d'une sé- quence pseudo-aléatoire (PRS) L'axe horizontal représen- te le temps, tandis que l'axe vertical représente l'am- plitude du signal On a représenté deux cycles d'un si- gnal pseudo-aléatoire Le signal se répète après 2 -1 im- pulsions d'horloge de longueur T c (N=l, 2, 3,) Dans cet exemple, N= 4 La production des signaux PRS est con- nue en soi de l'homme de l'art, et ne sera pas décrite en détail. La Fig 3 représente le spectre de fréquences d'un signal PRS dans lequel N= 4 L'axe horizontal repré- sente la fréquence, tandis que l'axe vertical représente l'amplitude Le spectre est composé de pics uniformément espacés, en commençant au courant continu. Selon l'invention, la forme d'onde PRS émise et le champ magnétique mesuré au niveau du récepteur, sont traités ensuite de manière qu'on obtienne un signal cor- rigé qui indique clairement la présence des masses de mi- nerais Ceci s'effectue de façon suivante: la forme d'on- de du PRS et le champ magnétique mesuré au niveau du ré- cepteur sont mis en corrélation, et on peut voir que cet- te corrélation affiche directement la réponse en impul- sions fonction du sous-sol, avec la réponse de l'appareil du dispositif électro-magnétique La technique de mise en corrélation en soi est connue de l'homme de l'art et ne -7- sera pas décrite en détails. La Fig 4 a montre sur une échelle de temps ho- rizontale appropriée, par exemple 0-14,7 s, des traces d'enregistreur 3, 4 10 de signaux non corrigés pour N= 4. Les lettres A et B marquent l'apparition d'un changement du champ secondaire qui disparait à nouveau après un cer- tain temps La marque C indique le moment o le récepteur a commencé à osciller vers l'émetteur La variation du champ magnétique secondaire au repère B est identique à celle observée au repère A Toutefois, le mouvement du récepteur dissimule presque entièrement cette variation. L'interprétation géophysique conduirait à une fausse estimation des anomalies observées aux repères D et E Toutefois, ces anomalies ne sont pas provoquées par une variation de la résistivité du sous-sol, mais unique- ment par uine variation de la position du récepteur. Selon l'invention, les signaux situés au-delà du repère C sont transformés en ceux (dépourvus de bruit de mouvement) situés avant ce point Les résultats sont re- présentés sur la Fig 4 b. La Fig 4 b représente à la même échelle de temps que sur la Fig 4 a les courbes de champ 3, 4 10 pour N= 4 après correction Les courbes 3, 4 10 repré- sentées possèdent respectivement les fréquences suivantes 10 2600 Hz 9 2340 Hz 8 2080 Hz 7 1820 Hz 6 1560 Hz -8- 1300 Hz 4 1040 Hz 3 780 Hz Les anomalies observées sous les repères D et E sont maintenant négligeables, comparativement aux varia- tions réelles de champ secondaire observées en A et B La compensation peut être appliquée lorsque le relevé est terminé et que l'avion est rentré à sa-base. Toutefois, il va de soi que, si cela est souhai- table, il est possible de procéder à une correction immé- diate avant l'inscription des, données sur graphique, ou de stockage de ces données sur bande magnétique, est pos- sible Par exemple, ceci peut être effectué à l'aide de calculateurs rapides (numériques). Diverses modifications de l'invention apparaîtront à l'homme de métier, à la lecture de la description qui précède et en regard des dessins annexés Ces modifica- tions doivent être considérées-comme tombant dans la por- tée des revendications annexées. 2538 126 -9- R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Procédé pour améliorer les signaux utilisés pour détecter des masses conductrices dans une zone, au moyen d'un dispositif de relevé électromagnétique aéro- porté, comprenant les étapes consistant à engendrer et émettre un signal de champ primaire alternatif, dont le spectre de fréquences comprend une composante continue ou une composante à basse fréquence, et à rayonner ce signal de champ primaire vers ladite zone, et à recevoir des si- gnaux induits de-champ secondaire qui sont engendrés par lesdites masses conductrices; ce procédé comprenant en outre, l'étape consistant à traiter les signaux de champ secondaire reçus, et à donner une représentation des si- gnaux traités, afin d'en tirer une information indiquant la présence ou l'absence de masses conductrices dans la- dite zone. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de champ primaire émis est sous la forme d'une séquence pseudo-aléatoire. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à établir une corrélation croisée entre le signal de champ primaire émis et le champ magnétique mesuré au récepteur. 4 Procédé selon les revendications 1 à 3, ca - ractérisé en ce que la composante à basse fréquence est inférieure à 20 Hz. Appareil destiné à améliorer les signaux u- tilisés pour détecter la présence de masses conductrices -10-. dans une zone, au moyen d'un dispositif de relevé électro- magnétique aéroporté, caractérisé en ce qu'il comprend un émetteur 1 de signaux de champ primaire alternatif, dont le spectre de fréquences comprend une composante continue ou une composante à basse fréquence, et des moyens 7 adap- tés pour recevoir des signaux de champ secondaire induits qui sont engendrés par les masses conductrices 4, et en ce qu'il comprend en outre, des moyens adaptés pour trai- ter les signaux de champ secondaire reçus. 6 Appareil selon la revendication 5, caracté- risé en ce qu'il comprend des moyens adaptés pour donner une représentation des signaux traités. 7 Appareil selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens servant à établir une corrélation croiséeentre le signal de champ primaire émis et le champ magnétique mesuré au niveau du récepteur. 8 Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des mo- yens 1 adaptés pour émettre un signal de champ primaire, sous la forme d'une séquence pseudo-aléatoire. 9 Appareil selon l'une quelconque des revendi- cations 5 à 8, caractérisé en ce que la composante à basse fréquence est inférieure à 20 Hz.