POSSIBILITÉS DES MÉTHODES ÉLECTROMAGNÉTIQUES DANS LE DOMAINE DE L'HYDROGÉOLOGIE

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1 BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL B.P Orléans Cedex - Tél.: (38) POSSIBILITÉS DES MÉTHODES ÉLECTROMAGNÉTIQUES DANS LE DOMAINE DE L'HYDROGÉOLOGIE par J. MAILLARD - J. VALENTIN Département géophysique B.P Orléans Cedex - Tél.: (38) Rapport du B.R.G.M. 83SGN312GPH Réalisation : Département des Arts Graphiques

2 POSSIBIL ITES DES METHODES ELECTROMAGNETIQUES DANS LE DOMAI NE DE L 1 HYDROGEOLOGIE J.MAI LLARD par - J. VALENTIN 83 SGN 312 GPH Avril 1983 Document public R E S U M E Dans le cadre des travaux propres du B.R.G.M., le département Géophysique (fiche appui à l 1 hydrogéologie] a rassemblé une documentation relative aux méthodes électromagnétiques et les différents systèmes de mise en oeuvre susceptibles de trouver une application dans le domaine de 1'hydrogéologie. Les différents systèmes sont passés en revue et leurs possibilités d 1 applications envisagées aussi bien dans l'étude des milieux perméables poreux ou fissurés et fracturés. Ce rapport contient 22 pages de texte 12 annexes - 3 fig

3 SOMMAIRE page 1. INTRODUCTION 1 2. GENERALITES 2 3. LES PRINCIPAUX SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES UTILISES Méthode V.L.F Méthode V.L.F. EM 16 R Méthode magnéto-teiiurique Méthode magnéto-tetlurique artificielle SYSTEME A EMETTEUR FIXE PROCHE Méthode Mélos Méthode Syscal EM Méthode Turam SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES A EMETTEUR ET RECEPTEUR. MOBILES Méthode Apex - MAX-MIN II ELECTROMAGNETISME AEROPORTE Méthodes EM-Héli portées 21 CONCLUSION 22

4 INTRODUCTION Les efforts déployés pour l'étude et le développement de méthodes giophysiques pour la recherche des eaux souterraines sont relativement plus faibles que ceux déployés pour la recherche minière. Jusqu'à présent, les méthodes établies depuis des dizaines d'années et le plus couramment utilisées sont l'électrique et la sismique réfraction pour l'étude des milieux poreux et l'électrique pour l'étude des milieux fissurés. Les avantages et inconvénients de ces méthodes pour l'étude des problèmes hydrogéologiques sont assez bien connus. L'évolution de la géophysique appliquée à 1'hydrogéologie, a surtout porté sur : - l'amélioration des appareils de mesure en prospection électrique et sismique réfraction, - les progrès apportés dans l'interprétation des sondages électriques (interprétation assistée par ordinateur). - l'évaluation de la porosité totale des aquifères à partir des paramètres résistivité ou vitesse sismique, - l'utilisation des diagraphies gamma et neutrons en carottage. Actuellement, cette évolution pourrait se traduire également par le développement d'autres méthodes, telles que 1'électromagnétisme et la magnéto-électrique.

5 TABLEAU I CLASSIFICATION DES SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES USUELS OPERANT 1 DANS LE DOMAINE FREQUENTIEL PROSPECTION AU SOL Quantité mesurée ^^^ ^^-^^ EMETTEUR LOINTAIN SYSTEMES A EMETTEUR FIXE EMETTEUR PROCHE SYSTEMES A EMETTEUR RECEPTEUR MOBILES ANGLE D'INCLINAISON AFMAG V.L.F. (*) x dispositifs à boucle émettrice verticale ou à boucle émettrice horizontale dispositif "broadside" dispositif "in line" SHOOTBACK (vert, et hor.) COMPOSANTES REELLES ET IMAGINAIRES V.L.F. tg e s Re(Hz)/Hp a Im(Hz)/Hp boucles horizontales copian, boucles verticales copian, boucles verticales coaxial. MAX-MIN rapport des AMPLITUDES et différence de PHASE TURAM boucle horiz.rect. câble long COMPOSANTES des CHAMPS ELECTRIQUE et MAGNETIQUE Dispositif du C.R.G. de GARCHY (traineau) EM 16 R MELOS dipôle magn. vert. dipôle magn. vert. EM R 16 - dipôle magn. horiz. MAGNETO-TELLURIQUE dispositif de GOLDSTEIN dipôle elect, horiz.

6 - 2 - L'objet de ce rapport est de présenter les méthodes électromagnétique et magnéto-électrique ou magnéto-tellurique susceptibles d'être appliquées aux recherches hydrogéologiques/ en soulignant leurs avantages, inconvénients et limites, de décrire les appareils mis en oeuvre au B.R.G.M., et de donner quelques exemples d'applications. 2. GENERALITES Les méthodes électromagnétiques ont toujours connu un grand développement dans les pays comme la Scandinavie et le Canada où les terrains de subsurface sont résistants. Elles sont moins utilisées dans les pays à recouvrement plus ou moins conducteur. Il existe un grand nombre de méthodes électro-magnétiques, liées soit aux paramètres mesurés, champs magnétique ou électrique, sens des vecteurs, champ total, inclinaison, déviation, composante en phase ou en quadrature etc., soit à la diversité des sources d'excitation, naturelle ou artificielle, proche ou lointaine, électrique ou magnétique. Deux types d'investigations sont possibles : une investigation verticale qui détermine les variations des propriétés électriques ou magnétiques du sous-sol avec la profondeur, équivalente au sondage électrique en courant continu, une investigation horizontale où la répartition de ces mêmes propriétés du sous-sol sont étudiées pour une même profondeur d'investigation. Le tableau I ci-joint résume les systèmes électromagnétiques opérant dans le domaine fréquentiel en prospection au sol. 3. LES PRINCIPAUX SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES UTILISES Les systèmes et appareillages utilisés et mis en oeuvre sont présentés ci-dessous. Ils ont été regroupés selon les grands groupes du tableau I.

7 VLFEM FIGURE 1 VLF (PLANE WAVE) EM VLF RESISTIVITY METER EM16 One of the most popular and widely used electromagnetic instruments, 1he E M 1 6 VLF receiver makes the idea! reconnaissance E M. This can be attributed to its field reliability, operational simplicity, compactness anö mutual compatibility with other reconnaissance instruments such as portable magnetometers and radiometric detectors. The VLF method of EM surveying, pioneered by Geonics, has proven to be a simple economical means of mapping geological structure and fault tracing. The applications are many and varied, ranging from direct detection of massive sulphide conductors to the indirect detection of precious metals and radioactive deposits. FEATURES The EM16 is the only VLF instrument thai measures the quad-phase as well as the in-phase secondary field. This has the advantage oí providing an additional piece of data for a more comprehensive interpretation and also allows a more accurate determination of the tilt angle. The secondary fields are measured as a ratio to the primary field matting the measurement independent of absolute field strength. The EM16 is the only VLF receiver thai can be adapted to measure VLF resistivity. Specifications MEASURED QUANTITY SEHsmvrnr RESOLUTION OUTPUT OPERATING FREQUENCY OPERATOR CONTROLS POWER SUPPLY DIMENSIONS WEIGHT In-phase and quad-phase components of vertical magnetic field as a percentage of horizontal primary field. (i.e. tangent of the tilt angle and ellipticity) In-phase :±150% Quad-phase : ± 40% ±1'A Nulling by audio tone. In-phase indication from mechanical inclinometer and quad-phase from a graduated dial khz VLF Radio Band. Station selection done by means of plug-in units. On/Off switch, battery tesf push button, station selecto' switch, audio volume control, quadrature dial, inclino meter. 6 disposable "AA 1 cells 42x14 x9cm Instrument: 1.6 kg Shipping : 5.5 kg EM16R A simple, button-on attachment to the E M 1 6 converts it to a direct reading lerrratn resistivity meter. The EM16R attachment interfaces a pair of potential electrodes to the EM16 enabling the measurement of the ratio of, and the phase angle between. the horizontal electric and magnetic fields of the plane wave propagated by distant VLF radio transmitters. The E M 1 6 R is direct reading in ohm-meters of apparent ground resistivity. If the phase angle is 45, the resistivity reading is the true value ant) the earth is unilorm to the depth of exploration (i.e. a skin depth). Any departure from 45 of phase indicates a layered earth. Two layer interpretation curves are supplied with each instrument to permit an interpretation based on a two layer earth model. This highly portable resistivity meter makes an ideal tool for quick geological mapping and has been used successiully for a variety of applications. Detection of massive and disseminated sulphide deposits Overburden conductivity and thickness measurements Permafrost mapping Detection and delineation of industrial mineral deposits Aquifer mapping Specifications MEASURED QUANTITY RESISTIVITY RANGES PHASE RANGE RESOLUTION OUTPUT OPERATING FREQUENCY INTERPROBE SPACING ROBE INPUT IMPEDANCE 100 MÍ) in parallel whth 0.5 picofarads DIMENSIONS WEIGHT Apparent Resistivity of the ground in ohm-meters Phase angle between E x and H y in deorees onm-meters ohm-meters ohm-meters 0-90 degrees Resistivity : ± 2% full scale Phase :±O.5 Null by audio tone. Resistivity and phase angle read from graduated dials khz VLF Radio Band. Station selection by means of rotary switch. 10 meters 19x11.5x10 cm. (attached to side of EM16) 1.5 Kg (including probes and cable)

8 Méthode V.L.F. (mode inclinaison) Cette méthode utilise les signaux provenant de puissantes stations radio militaires émettant des signaux très basses fréquences (10 à 25 KHz) pour communiquer avec les sous-marins. A grande distance, d'une station d'émission, l'onde est guidée par l'ionosphère et le sol. Avec l'appareillage EN 16 de GEONICS, on étudie la composante magnétique de cette onde, qui pénètre dans le sol et induit dans les corps conducteurs des courants de Foucauld qui sont déphasés par rapport au champ primaire et se distribuent selon la géométrie des conducteurs. Les courants induits créent un champ secondaire, en quadrature avec le champ primaire : le champ résultant est polarisé elliptiquement et déformé au voisinage des conducteurs. Les déformations sont mesurées a la surface du sol et indiquent la présence de conducteurs souterrains (filons, failles...).. kppan.< WLaQ2Á u LL&í& ah. B.R.G.M. - L'EM 16 fabriqué par GEONICS détermine deux paramètres de l'ellipse de polarisation, l'angle d'inclinaison et l'ellipticité : il est constitué de deux bobines de réception de dimensions différentes. La mesure se fait en basculant l'appareil de façon à obtenir le minimum d'un signal sonore (fig. 1). de mise en oeuvre. Le récepteur est léger (mains de 5 kg avec son étui) et simple - Le SYSCAL VLF, fabriqué par le B.R.G.M., qui mesure également l'angle d'inclinaison du grand axe et l'ellipticité de l'ellipse de polarisation. La mesure se fait en gardant l'appareil immobile : un microprocesseur calcule automatiquement les paramètres précités à partir des champs reçus sur les 2 capteurs et de leur déphasage. Le résultat est affiché numériquement. L'appareil est léger C.4 Kg) et consiste en un boitier (13 x 25 x 16 cm) sous lequel 'sont fixés les 2 capteurs en T. Cfig. 2).

9 ElmzwU dz püx (79S2). Appareillage EM 16 : F. SYSCAL VLF : F. Coût d'une station sur le terrain : 10 à 30 F. Rendement journalier : 100 à 300 stations. Maille de mesures habituelles : 20 x 50 m ; 20 x 100 m. Coût du rapport et compilation [pour 1 station] : 10 à 20 F La profondeur d'investigation dépend de la résistivité du sous-sol, mais en général, ne dépasse pas une trentaine de mètres dans les meilleurs conditions.. AppLLcatiovu>. Recherche d'eaux souterraines en zones de socle cristallin.. Localisation de zones conductrices étroites ou de fractures.. Localisation de filons.. Avantagea - coût peu élevé. - rapidité et facilité de mise en oeuvre. (1 opérateur] - permet la reconnaissance rapide d'une zone étendue. - le traitement des mesures par dérivation et filtrage permet de supprimer le bruit et d'améliorer la résolution des anomalies.. lnconve.yiie.yyti> - faible profondeur d'investigation. - le champ magnétique primaire s'atténue rapidement avec la profondeur dans les. zones de conductivité faible ou modérée. - impossible d'évaluer la conductivité dans le cas de conducteurs faibles, les champs secondaires étant fortement déphasés par rapport au champ primaire. - sensibilité aux conducteurs industriels Clignes électriques téléphoniques, clôtures, tuyauteries métalliques].

10 - 5 -»- interprétation quantitative difficile d'une zone frac turée profonde dans le cas d'une couche conductrice superficielle. - possibilités d'application de l'appareillage réduites par le nombre de stations VLF recevables : il n'existe pas toujours d'émetteurs VLF dans la direction de la structure recherchée. - gêne apportée par les interruptions des émissions. d'appticcutloiu de socle).. recherches eaux souterraines en milieu fissuré Czones. Vendée-Bretagne. Corse. Afrique : Haute-Volta. - RADEM construit par CRONE - SCDPAS construit par SCINTREX - VLF 2 construit par PHOENIX. L'AFMAG utilise les champs magnétiques naturels. Les mesures de l'angle d'inclinaison sont significatives si la conductivité de la masse perturbatrice est élevée Méthode VLF (mode résistivité) Une autre forme d'exploitation du champ électromagnétique VLF est réalisable avec l'équipement EM 16 de GEONICS auquel se connecte un boitier "16 R" (Radiohm) et une ligne tellurique ou encore avec le SYSCAL VLF du B.R.G.M.. On mesure alors les champs électrique et magnétique horizontaux (Ex, Hy...5 : c'est un cas d'application de la méthode magnétotellurique où les paramètres mesurés et lus directement sont - une résistivité apparente pa - le déphasage 0' entre Ex et H.y.

11 BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIERES Département de la technologie B.P ORLÉANS Cedex tél.: (38) L'expérience acquise lors de la mise au point des équipements SYSCAL-R et SYSCAL-EM a conduit le B.R.G.M. à la réalisation d'un appareil de prospection utilisant les ondes VLF. Le SYSCAL-VLF possède trois modes de fonctionnement : mode inclinaison mode résistivimètre mode DEMASC Mode inclinaison Mesure de l'intensité du champ primaire Hx, lecture directe d'angle d'inclinaison et déllipticité, calcul de la dérivée de Fraser Mode Résistivimôtre calcul de la résistivité apparente pour la fréquence de l'émetteur VLF choisi, mesure du déphasage entre les champs électrique et magnétique horizontaux (Hx, Ey). Mode Demasc (appareillage E M-V L F d'exploration à partir de forages). L'adjonction d'une sonde spécifique permet la mesure du déphasage et du rapport des amplitudes entre les composantes magnétiques reçues par les capteurs surface et fond. With the experience in design and manufacturing SYSCAL-R and SYSCAL-EM, B.R.G.M. is developing a new product using VLF waves. The SYSCAL-VLF permits three operating modes : Tilt-angle mode resistivity mode DEMASC mode Tilt-angle mode measure of primary field direct reading of tilt angle and ellipticity calculation of Fraser derivative. Resistivity mode calculation of apparent resistivity according to transmitting frequency, measure of phase angle of electric and magnetic fields (Hx, Ey). Demasc mode (EM- VLF equipment for exploration in drill-holes). Measure of phase angle and ratio of amplitudes of magnetic components between surface and in-hole sensors.

12 SYSCAL-VLF Spécifications. Emetteurs utilisés : tous émetteurs VLF dans la gamme de 15 à 25 KHz. Intensité minimum du champ primaire : 2000 na/m dépendant du bruit de fond. Paramètres mesurés : champ primaire Hx en n A/m tg ') (') angle d'inclinaison) en % : i 100 % éllipticité: en % : t 100% résisîivité apparente en a m rapport des champs secondaire et primaire Hz/Hx en % déphasage entre les composantes horizontales Hx et Ey en degrés (0-90 ) calcul de la dérivée de Fraser pour tg 'j Paramètres affichés : valeurs successives de tg ') et i moyennes de tg <t, L,,~ et - valeur de la dérivée de Fraser Précision absolue : ± 1 0 % pour la résistivité ± 2 pour la phase Temps de lecture : secondes {dépend de l'intensité du signal) Code de fonctionnement : un code signale à l'opérateur le bon fonctionnement de l'appareil ainsi que les anomalies de manipulation Clavier : Specifications. Transmitting stations used : any VLF transmitting station in the 15 to 25 KHz range Minimum field strength : 2000 na/m depending on background noise Measured quantities : primary field in na/m tilt angle tg H (in %) : ±100% ellipticity i (in %) :±1OO% apparent resistivity of the ground îniï m ratio Hz/Hx (in %) ; Hz : vertical component ; Hx : horizontal component phase angle by which Ey leads Hx (in degrees from 0 to 90) calculation of Fraser derivative for tg ') Displayed quantities : instant value of tg 0 and z average value of tg<i, :, y and ^ Fraser derivative Absolute accuracy : ±10% full scale for resistivity ± 2 for phase Reading time : seconds (depending on signal intensity) Operating code : it works as a monitor for correct running and for errors in processing or execution Keyboard : sélection des fonctions par cfavier 8 touches à membrane souple Sélection des émetteurs : function selection by 8 keys under supple Operating transmitting stations : membrane la sélection des stations s'effectue par changement de carte facilement accessible Chaque carte est équipée de trois stations commutables manuellement sur la face avant de l'appareil. Lors de la mise en marche, la fréquence de l'émetteur s'affiche automatiquement. easily interchangeable cards. On each card three stations can be selected by a switch on the front panel. When switched on, station frequency is automatically displayed Cartes proposées : Europe Pacifique Indien Europe Amérique du Nord Amérique du Sud G B R (16.0 KHz), F U O NWC (22.3 KHz), N D T U M S {17 1 KHz), F U B* N L K (24.8 KHz), N A A L PZ (23.6 KHz), N A A Available cards (15.1 KHz), N A A (17.4 KHz), N P M (16.8 KHz). G B Z (17.8 KHz), N B A (17.8 KHz), N B A (17.8 KHz) (23.4 KHz) (19.6 KHz) (24.0 KHz) (24.0 KHz) Europe Indian Pacific Europe North America South America Toute autre combinaison peut être réalisée sur demande. Lecture : lecture directe des paramètres sur un afficheur à cristaux liquides Alimentation : 12 piles de 1,5 V, taille AA consommation : ± 50 ma. Présentation : boîtier aluminium étanche dimensions : 130 x 245 x 160 mm poids : 3,8 Kg capteurs en T placés sous le boîtier Accessoire livré : emballage antichoc Any other arrangement on request. Reading : direct reading on LCD Power supply : 12 batteries 1.5 V, size A A (pen fight) alkaline cells consumption : ± 50 ma. Mechanical information : water-proof aluminium case, dimensions : 130 x 245 x 160 m m weight : 38 Kg "J" sensors below the case Package equipment delivered in a shock-proof packing case. * F T A 2.

13 L'appareil travaille sur une seule fréquence choisie dans la gamme VLF [15 à 25 KHz). Avec l'em 1BR la mesure consiste à apprécier l'intensité minimum d'un signal sonore au moyen de deux potentiomètres sur lesquels la résistivité apparente et le déphasage sont lus directement. Avec le SYSCAL-VLF, la lecture se fait sur un afficheur digital et l'appareil reste fixe. Si le milieu est homogène, la phase est égale à 45 et dans le cas simple d'une formation stratifiée à deux terrains, elle diminue si la résistivité croit avec la profondeur et augmente dans le cas contraire. Les appareillages décrits sont légers et compacts et ne nécessitent que l'intervention de deux personnes pour leur mise en oeuvre. Le boitier "Radiohm" et une ligne tellurique avec deux électrodes sont adaptés à l'équipement EM 16 de GEONICS précédemment décrit. de.. Prix de l'ensemble EM 16 R de GEONICS : F. Prix du SYSCAL VLF du B.R.G.M. : F. Rendement : environ 10.0 stations par jour.. Profondeur d'investigation : faible de l'ordre d'une dizaine de mètres.. Avantagea facilité et rapidité de mise en oeuvre ; légèreté de l'équipement Cpas d'émetteur) ; utilisable en phase de reconnaissance dans une pros- rendement élevé. pection ;

14 - 7 - lnc.onvq.yiiz.yvti> - faible profondeur d'investigation - pauvreté en fréquence ; - recherche de zones fracturées, - évaluation de l'épaisseur de recouvrement (alluvions), - études et contrôles de fracturations..., en zones de socle, - délimitation de zones à permafrost (HDEKSTRA : Ground and airborne resistivity surveys of permafrost near Fairbanks AlasKa). L'EN 31 et l 1 EU 34, fabriqués chez GEONICS, sont conçus de manière à mesurer directement la conductivité des terrains par induction. La profondeur d'investigation du EM 31 et EM 34 est déterminée seulement par l'espace séparant émetteur et récepteur, et est indépendante de la conductivité des terrains. L'avantage de ces appareils réside dans la rapidité des mesures (détection et délimitation des formations de gravier, ou zones è permafrost) Méthode magnéto-tellurique La méthode consiste à déterminer la résistivité apparente pa du sous-sol à partir de la mesure en surface, suivant deux directions perpendiculaires Ox et Oy, des variations simultanées des composantes horizontales des champs telluriques (Ex) et magnétiques (Hy naturels). La formule s'écrit simplement :

15 - B - où les unités sont, l'ohm.m pour la résistivité, le mv/km pour les variations du champ tellurique E', le gamma Cnanotesia] pour les variations du champ magnétique H et la seconde pour les périodes t. Le standard de pénétration P (en Km] pour un terrain homogène est donnée par la relation : P = -xj? ^- P en ohm.m - F en Hertz. (Il s'agit de la profondeur pour laquelle l'amplitude de l'onde 2,72 fois plus faible?. est Il est d'autant plus grand que la fréquence est basse et la résistivité élevée. Pour des structures tabulaires, homogènes et isotropes, la méthode est simple à mettre en oeuvre j l'équipement est constitué d'un capteur magnétique, d'une ligne tellurique et d'un récepteur. Pour des profondeurs inférieures à 500 m, et des résistivités de l'ordre de 100 ohm.m intéressantes en hydrogéologie, il faut utiliser des longueurs d'ondes mégamétiques.. Mcvt&UeZ - A.M.T. Résistivimètre CECA 542.0) j - 12 fréquences ; - affichage numérique ; - bonne rejection du bruit ; - possibilité de différentes longueurs de lignes telluriques. Le système comprend un résistivimètre, un magnétomètre des câbles de liaison, et une ligne tellurique. Ax (approximatif3 : F La méthode s'emploie en sondages ou en profils.

16 Rendement 4 a 5 sondages magnéto-telluriques par jour.. Avantagea utilisée) ; classique. - mise en oeuvre relativement simple ; - profondeur d'investigation importante [selon la fréquence - méthode en général plus rapide que la méthode électrique La méthode M.T. est spécialement adaptée à la recherche de zones à faible résistivité. Les terrains résistants sont plus difficiles à détecter ; une épaisseur 2 à 3 fois plus grande que celle des terrains encaissants est nécessaire pour qu'un terrain résistant soit discernable sur une courbe de sondages M.T., d'où un manque de précision dans l'interprétation, ce qui est gênant pour les recherches hydrogéologiques. De ce fait, on utilise souvent de façon conjointe la prospection électrique et la prospection magnétotellurique pour lever- des ambiguités rencontrées dans l'interprétation quantitative des données.. Apptic.atlon Géothermie - Recherches Eaux chaudes, minéralisées. - Recherche structurale, en suivant un marqueur, soit résistant, soit conducteur (étude de grands bassins). Hydrogéologie - Recherche structurale dans le cas de nappe captive.. Vocume.vuuvU.on * Une documentation est présentée en annexe 1.. kppan.ejju tjmilojjieá Texas Cannexe 2). Audio-magnétotelluric system par Southwest Research Institut

17 Méthode magnéto-tellurique artificielle La source du phénomène, contrairement à la MT classique, est une excitation artificielle. Il s'agit d'ondes radio basses et très basses fréquences émises par des émetteurs lointains (cf. VLF En 16 R). Cette méthode est intermédiaire entre la magnéto-tellurique à source naturelle et les méthodes comme le Mélos. Un' sondeur M.T.-VLF a été conçu au centre de Recherches Géophysiques de GARCHY. Les émetteurs utilisés pour les mesures sont celui de Radio France Inter d'allouis (163,B KHz] et celui de Châteauroux (15,1 K.Hz). Pour la mesure du champ électrique, les électrodes résistives sont remplacées par des électrodes capacitives posées sur le sol. L'ensemble de l'appareillage (capteurs magnétiques, dispositif de mesure et d'enregistrement) est placé sur un traineau qui est tiré le long du profil.. VhÂx de. Vappafi.eÁllag& : environ QO F. R&ndm&nt : 60 à 80 stations par jour. d' nvt&tigatlon Les mesures étant effectuées à des fréquences élevées, la tranche de terrain intéressée est donc faible.

18 M A G N E T O-T E L L U R I Q U E ARTI FICIE LL E (appareil du C.R.G. de Garchy) m H/E H/E, psnclut-l Comí* FIG. 3 : "LE KORVAN" : Profil pedoloßiquo suppose et intérprete d'après les traînées M.T.A. et électriques.

19 k\)0.yvùxq2a - électrodes capacitives intéressantes sur des sols résistants. - rapidité de mise en oeuvre, - mesures faites point par point ou de façon continue, - pauvreté en fréquence entrainant une indétermination de la nature et profondeur des anomalies enregistrées, - sensibilité aux parasites indutriels, aux lignes à haute tension, aux postes émetteurs radio, - dépendance des fluctuations ou arrêt de l'émission et des conditions atmosphériques. - difficulté de déplacement des électrodes capacitives en terrain boisé, broussailleux ou clôturé,. AppLcccutiom, - détection de failles, - détection de cavités, - étude de Permafrost. - SYSCAL VLF du B.R.G.M. Cdéjà cité] - EM 16 R GEONICS Cdéjà mentionné], - Appareillage SNEA Cregroupant magnéto-tellurique, magnéto-tellurique artificielle, magnéto-tellurique contrôlée], mais plus lourd que l'epü 16 R de GEONICS. - En R 14 de GEDPRDBE. - Des exemples sont présentés sur la figure 3.

20 SYSTEME A EMETTEUR FIXE PROCHE 2.1. Méthode Mélos Le Mélos est une méthode magnéto-tellurique è source contrôlée, mise au point et conçue par le B.R.G.M. Un émetteur de rayonnement électromagnétique constitué par un dipöle magnétique d'axe vertical est disposé à la surface du sol. Un récepteur placé à une distance R de l'émetteur mesure des composants Hx, Hz et Ey du champ électromagnétique en prevenance de l'émetteur transmis au voisinage de la surface. Le processus de sondage du sous-sol utilise alors la pénétration plus ou moins grande de rayonnement dans le sous-sol conducteur en fonction de la fréquence. L'appareillage Mélos existe en 2 versions ; l'une appliquée à la recherche pétrolière avec des profondeurs d'investigation pouvant aller qu'à 2000 m (MAXI MELOS], l'autre spécialement adaptée à la recherche minière ou hydrogéologique avec une profondeur d'investigation de l'ordre de 300 m. La distance émetteur-récepteur et le diamètre de la boucle émettrice sont choisis en fonction des paramètres géoélectriques du sous-sol et de la profondeur de la cible recherchée. Les mesures peuvent être effectuées sous forme de sondage ou de profilage.. VocimQ.nXxvU.on Une documentation est présentée en Annexe 3.

21 Rend em W : 10 à 15 stations par jour. Coût d'une. htaxjlon OK le, tojifacun : 300 à 500 F d'i La possibilité d'utiliser plusieurs fréquences d'émission permet une investigation jusqu'à 300 m, pour l'appareillage utilisé au B.R.G.M. et au-delà pour la version adaptée à la recherche pétrolière. Le sondage Mélos permet de connaître la distribution des résistivités des terrains en fonction de la profondeur à partir des composantes électriques et magnétiques du champ pour différentes fréquences.. AvantcLgeA Dans le cas de formations tabulaires, les avantages du sondage Mélos par rapport au sondage électrique sont : - rapidité et facilité de mise en oeuvre, - importance moindre des variations latérales de résistivité, - pas de problème d'injection de courant dans les zones à recouvrement résistant, zones arides ou zones à permafrost, - avantage d'utiliser une source artificielle connue, - contrastes de résistivité plus accentués en Mélos, qu'avec la méthode électrique conventionnelle. - difficulté du choix de l'orientation de la ligne tellurique (Ey] par rapport à la direction supposée de la structure recherchée, - la composante Hz mesurée avec le MELOS est trop soumise à une influence extérieure à cause de la proximité de la source, à moins d'augmenter la distance émetteur-récepteur. - difficultés d'utiliser des fréquences très basses dans certains cas, à cause des paramètres géoélectriques du sous-sol.

22 études structurales, - études hydrogéologiques (extension d'argiles salées : cf. exemple ci-joint), - détection de failles ou flexures, - recherches hydrogéologiques en pays karstiques.. repérage des galeries karstiques [cf. Source du LEZ dans l'hérault), - recherche de cavités et conduits karstiques, - possibilités d'application en milieu fissuré (notamment calcaires) pour déterminer des directions de fissuration et des coefficient; d'anisotropie. ; 2.2. Méthode Syscal EM Le B.R.G.M. a conçu, construit et expérimenté un équipement SYSCAL EM capable de mesurer les composantes du champ électromagnétique avec utilisation des possibilités de calcul offertes par les microprocesseurs. Le SYSCAL EU comporte un émetteur constitué par une boucle, où est délivré un signal de haute fréquence amplifié par un oscillateur à quartz et un récepteur à microprocesseur dont les capteurs sont de type magnétométrique pour les composantes magnétiques et de type dipûle électrique pour la composante électrique. A partir des mesures moyennées de 3 composantes du champ (Hx radiale, Hz verticale, Ey électrique transverse) le récepteur calcule automatiquement et affiche 3 résistivités apparentes, avec 3 facteurs de proximité (cf. plaquette présentée en Annexe 4). ÁmZaÁJi2Á (en M.T. à source contrôlée) Autres dispositifs de sondages électromagnétiques comparables au Hélos.

23 I 1 EM R 16, conçu par GEOPROBE Ltd,. dispositif de GOLDSTEIN (avec comme source un câble relié au sol par 2 électrodes],. FORACO FAULT DETECTOR [F.F.D.) ou Mélos à 1 fréquence (1120 Hz). Une documentation est donnée en Annexe 5.. AppLicxvtloyu, - prospection hydrogéologique en terrain granitique, - détection de failles Méthode Turam. Vh.Zi><Ln&vU.on (voir Annexe 6) La source est constituée, soit d'un câble long relié au sol par une électrode aux deux extrémités, soit d'une grande boucle rectangulaire. Le récepteur Turam est constitué de 2 bobines identiques A et B séparées d'une distance variant entre 20 et 60 m. Deux quantités sont mesurées : - le rapport des amplitudes des composantes verticales ou horizontales des champs magnétiques reçus par les bobines A et B. - la différence de phase <j>a - <j>b. Les mesures sont effectuées suivant des axes perpendiculaires au câble (ou au grand côté de la boucle rectangulaire). Pour tenir compte de la décroissance du champ primaire au fur et à mesure que l'on s'éloigne HA de l'émetteur les mesures du rapport ;-= doivent être normalisées, pour HA le câble émetteur, les rapports -r^ sont divisés par RA/RB (R étant la Hn distance câble-bobines A ou B).

24 Deux sociétés : ABEM (Suède] et SCIIMTREX (Canada] proposent des équipements TURAM. A noter que la société canadienne ANDROTEX commercialise un TURAM à affichage numérique = I 1 ELFAST. HA En l'absence de corps conducteur, les rapports ns" corrigés no sont voisins de 1 ; les valeurs s'écartent d'autant plus de 1 que les corps perturbateurs sont plus conducteurs. En l'absence de corps conducteurs, et à condition du supposer le milieu infiniment résistant, la différence de phase est faible. L'équipement TURAM comprend : une boucle rectangulaire]. - un dispositif générateur, - un câble isolé, mis a la terre à ses extrémités (ou. Ré.c.e.ption téléphonique. - un compensateur TURAM, - deux cadres d'induction avec amplificateur et écouteur Le. rapport et la différence de phase entre les champs électromagnétiques en 2 points d'observations sont lus directement sur les deux cadrans du compensateur. Les mesures se font aux deux fréquences 220 et 600 Hz pour l'équipement AEEM, 35, 105, 315, 954, 2B35 Hz pour l'équipement SCINTREX et 25, 75, 225, 675, 2025 Hz pour l'équipement ELFAST..?/Ux de. Vé.qvU.peme.n TURAM : environ F. Coût d'une, tation un. e. tenacuin : 40 à 120 F. Re.ndme.nt jouanaliea [ tcution] : 50 à 150. WoJUULe. de. moavjie, hab taeize. : 20 x 100 m. Coût du nepofit {compájlatájon) : 10 à 20 F.

25 Comme pour d'autres méthodes E.M., la profondeur d'investigation dépend de la distance émetteur-récepteur : dans des conditions très favorables, on peut se placer assez loin du câble TURAM (à plus de 500 m) et de la fréquence utilisée.. Avantagea du conducteur. - Avantage de la source fixe : réponse simple à l'aplomb - Les erreurs de distance entre bobines et le relief ont peu d'influence sur les mesures TURAM [utilisation possible de la méthode en montagne]. - Interprétation pouvant donner des informations sur la géométrie (pendage, largeur...) du corps responsable de l'anomalie. - Influence du milieu encaissant sur les données. conducteur. - Perturbation des mesures par présence de recouvrement - Profondeur d'investigation peu importante Cmoins de 100 m) Appticcutlonà - en Hydrogéologie : - Détection de failles accompagnées de zones broyées et karstifiées, si le contraste de résistivité entre la zone broyée et l'encaissant est suffisant. - Localisation de galeries souterraines pleines d'eau [méthode TURAH classique et avec mise à la masse). Exemple galerie de PORT MIOU.

26 TABLEAU II SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES MESURANT LES COMPOSANTES REELLES ET IMAGINAIRES (Emetteur - Récepteur mobiles) Nom du dispositif Fréquences (Hertz) Distance Emetteur/ Récepteur Remarques ABEM DEMIGUN 880 et 1640 Hz m boucles horizontales APEX PARAMETRAS MAX-MIN et 3555 Hz et 120 m boucles horizontales ou bouc. T horiz. et bouc. R vertic. GEONIX EM 17 EM 17 L 1600 Hz 817 Hz et 120 m et 200 m boucles horizontales MAC PHAR VHEM Hz ou m boucles horizontales SCINTREX SE Hz 60 ou 90 m boucles horizontales

27 TURAIR (SCINTREX) équivalent semi-aéroporti du TURAM. - ELFAST (Androtex] Canada (Documents Annexe 7] 3. SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES A EMETTEUR ET RECEPTEUR MOBILES mesurant les composantes réelles et imaginaires du champ magnétique secondaire. La distance séparant l'émetteur du récepteur est maintenue constante et la mesure est effectuée au point situé à mi-distance des deux boucles. Les appareils proposés opèrent à des fréquences comprises entre 200 Hz et 2500 Hz environ, avec une distance émetteur-récepteur variant de 25 à 250 m. Les quantités mesurées sont les composantes en phase et en quadrature du champ magnétique secondaire exprimées en % du champ primaire Ccf. tableau II des principaux systèmes et appareils proposés) Méthode APEX - MAX-MIN II.?A.ti><uvùi Lon do. la méthode, et du Le NAX-MIN est un appareillage émetteur-récepteur mobiles, pouvant Être manipulé par deux personnes. L'émetteur, d'un poids de 13 Kg est une boucle ovale dans laquelle un générateur, alimenté par batterie, fait circuler un courant al ternatif à cinq fréquences pré-sélectionnées. Le récepteur est composé de deux bobines solidaires d'un boitier de mesure. L'émetteur et le récepteur sont connectés par un câble de référence de 25, 50, 100, 150, 200 ou 250 m. Les fréquences d'opération sont 222, 444, SBS, 1777 et 3555 Hz.

28 La boucle d'émission interne horizontale crée un champ magnétique vertical Hp tel que Hp = _ I = Intensité du courant dans la boucle n : nombre de spires de la boucle S : Surface de la boucle R : distance émetteur-récepteur En présence d'un milieu conducteur, le champ primaire Hp induit des courants de Foucault dans le conducteur, lesquels vont créer un champ secondaire Hs déphasé. Le récepteur mesure le champ total H = Hp + Hs decomposable en composantes horizontale Hx et verticale Hz. La présence d'une anomalie conductrice se manifeste sur un profil de mesure par 2 pics positifs encadrant un pic négatif centré sur l'anomalie.. E émen dz püx - Equipement MAX-MIN : F [prix N'est plus fabriqué). - CoOt d'une station sur le terrain : 75 à 150 F - Rendement journalier [station] : 40 à 80 - Maille de mesure : pas de 25 ou 50 m - Coût du report [compilation] : 20 à 30 F La profondeur d'investigation est fonction de la fréquence du courant inducteur et des caractéristiques électriques des terrains, mais surtout de la distance séparant l'émetteur et le récepteur (grossièrement la profondeur d'investigation est la moitié de la séparation E-R]. - Facilité de mise en oeuvre - Utilisation de plusieurs fréquences - Meilleure focalisation de l'anomalie conductrice (par rapport à la résistivité conventionnelle],

29 Dans certaines conditions, les résultats sont comparables à ceux d'un profilage électrique (méthodes du "trainé") de mise en oeuvre moins facile [corrélations possibles]. - Interprétation quantitative possible dans le cas de conducteur plan redressé ou horizontal dont on obtient ainsi la conductance. structure reconnue. - Détermination de la profondeur et du pendage de la faible épaisseur d'altération. - Utilisation possible sur substratum granitique avec - Nécessité de maintenir constante la distance émetteurrécepteur (une erreur de 1 % sur cette distance entraine erreur de 3 % sur la mesure]. - Corrections topographiques, sur la composante réelle, nécessaires en terrain accidenté. sur l'interprétation. - Influence des formations conductrices superficielles Pour la prospection au sol, le dispositif a boucles horizontales est le plus utilisé. - Peu d'application en hydrogéologie. - Etude de zones faillées larges. - Etude fracturation en zones de socle.. Vocumtntation Une documentation est présentée en Annexe 8.

30 Exemples : Expérimentations en Afrique pour la recherche d'eaux souterraines. [Expérimentations des méthodes EM appliquées à la recherche des eaux souterraines en terrain de socle cristallin en Haute-Volta : S.J. de JONG, G. PALACKY, DIRKS, I.L. RITSEMA - Geophysical Prospecting 19B1, 29, ].. kppa/iejju Autres fabricants : - Geological Survay of Sweden Slingram 18 KHz (Annexe 9] - SCIIMTREX - SE 88 les mesures sont effectuées avec cinq paires de fréquences à l'émission [voir Annexe 10]. 4. ELECTRO-MAGNETISME AEROPORTE Les techniques EH aéroportées, mises au point pour la détection des corps conducteurs, sont devenues assez sensibles pour que les réponses soient mesurables sur des formations moyennement ou médiocrement conductrices, comme c'est le cas dans les problèmes hydrogéologiques. en oeuvre au sol. On retrouve dans ce domaine les différents systèmes EM mis. Le VLF avec mesure des composantes en phase et en quadrature du champ magnétique secondaire. Une documentation est fournie Annexe 11.. Les systèmes à émetteur et récepteur à différentes fréquences comme le système EM-Input Barringer couramment utilisé en recherches minières. En mars 1966, une experience a été réalisée, dans le delta du Rhône, en vue de délimiter en contact eau douce-eau salée. Les résultats sont présentés sous forme de. cartes de "conductance horizontale" orientant l'implantation judicieuse de sondages électriques. En pays cristallin, certaines anomalies conductrices de la carte électromagnétique sont en relation avec des arènes granitiques épaisses. Ces anomalies font l'objet de contrôles au sol. Ces systèmes peuvent aussi être montés sur hélicoptères. Une documentation est présentée en Annexe 12 concernant les modèles d'appareils construits par GEONICS (EM 33).

31 CONCLUSION Dans les prohlèmes posés à la Géophysique dans le domaine de l 1 hydrogéologie, nombreux sont ceux qui ont 'été résolus par les méthodes de résistivité. Le paramètre peut itre mesuré aussi bien par les méthodes électriques classiques que par les méthodes électromagnétiques. Les premières ont toujours été couramment employées dans ce domaine, les secondes trouvant leurs applications en recherche minière. Les principes de différentes méthodes électromagnétique ont été exposés et les appareillages utilisés au B.R.G.M. enumeres et examinés du point de vue de leurs possibilités en hydrogéologie. Il faut retenir que les méthodes à mettre en oeuvre dépendent des objectifs à détecter ainsi : - les méthodes d'inclinaison de champ CVLF inclinaison, TURAP1) détectent toutes sortes de conducteurs, y compris les conducteurs très minces [failles) aussi bien que des limites de compartiments à résistivités différentes ; - les méthodes de type résistivité [Melos, VLF résistivité, Max-Min} mettent en évidence des conductances [résistivité x épaisseur) et ne détectent pas des conducteurs minces. Ces propriétés doivent être présentes à l'esprit lorsqu'on doit choisir la méthode a. employer sur un problème donné.

32 ANNEXES Annexe 1 - Résistivimètre Magnéto-tellurique C.R.G. Annexe 2 - Audio Magneto-telluric system S.R.I. Annexe 3 - Mélos B.R.G.M. Annexe 4 - Syscal EM B.R.G.M. Annexe 5 - Foraco-Fault Detectqr -FORACO Annexe 6 - Turam ABEM Annexe 7 - ELFAST ANDROTEX Annexe 8 - MAX-MIN II APEXr-Parametrics Annexe 9 - Slingram 18 KHz G.S.S. Annexe 10 - SE 88. SCINTREX Annexe 11 - Airbornetfl_FEM Annexe 12 - Helicopter EM system GEONICS GEDNICS

33 83 S6N 312 GPH ANNEXE 1

34 A N V A R Agence Nationale de Valorisation de la Recherche Etabli* m» nt Public placé ftupréi du C»nlr«National óm la Racharcha Scient lllqut»ou«la lui «It«du Minlilr«da l'educallon Naltonata I du Minlitra du Développamant Industrial «I Sclantlflqua 13, Rue Madeleine Michelis NEUILLY-SUR-SEINE Tél >60 Dossier ANVAR N"2415 Mots clés : /8 N o m de l'appareil : Résistivimètre magnéto-tellurique. Origine de l'invention : Centre de Recherches Géophysiques (Garchy). Laboratoire propre du CNRS Géophysique Résistivimètre (magnéto-tellurique) Nom des Inventeurs : A. JOLIVET Y. BENDERITTER RESISTIVIMETRE MAGNETO-TELLURIQUE PAYS LICENCIES

35 Le fait d'accéder directement sur le terrain à la résistivité apparente permet de reconnaître immédiatement les zones d'anomalies. Il devient possible alors de modifier au cours des mesures le programme établi, en resserrant par exemple les stations dans une zone qui se révèle intéressante. 5 - Présentation des résultats L'emploi du résistivimètre magnéto-tellurique permet donc d'obtenir directement sur le terrain, à chaque station, un diagramme sur lequel les résistivités apparentes sont reportées en fonction des fréquences. Une interprétation simple, à l'aide d'abaques, conduit alors à une coupe où figurent plusieurs terrains de résistivité et d'épaisseur données. Un calcul programmé permet ultérieurement de préciser ces paramètres si nécessaire. La façon précédente de procéder, par «sondage magnéto-tellurique», conduit aux résultats les plus élaborés. Dans certains cas, lorsqu'il s'agit de détecter la présence d'une anomalie et d'en préciser la direction par exemple, on procédera par «profilage» en n'effectuant à chaque station qu'une seule mesure à une fréquence déterminée. On aboutira alors à des profils ou à des cartes de résistivités apparentes. 6 - Domaine d'utilisation Prospection géophysique. 7 - Position en propriété industrielle Dossier technique négociable sous accord de secret. 8 Position licence Licence de fabrication et de vente à : Société ECA 17, av. du Château MEUDON BELLEVUE VENTE : SAPA 102, Avenue Jean-Jaurès SAINT-MAUR-DES-FOSSES Tél FRANCE

36 1 - Introduction Cet appareil permet de mesurer simultanément Íes amplitudes des variations de deux composantes d'un champ électromagnétique dans, une gamme de fréquence de 2 à Hz. Il est destiné à la mesure de quantités très faibles. Le capteur magnétique, inductif, est particulièrement sensible. Il est constitué d'un bobinage placé sur un noyau de grande perméabilité. Grâce à une contre-réaction interne, sa sensibilité est rendue constante entre 2 et Hz et reste insensible aux effets de température. Il détecte couramment des amplitudes de l'ordre de 10~ H 0e. Le capteur électrique est constitué de deux électrodes en laiton reliées aux circuits électroniques par deux câbles. Il permet de mesurer des variations de champ électrique d'environ 1 M V/5 0 m. Les premiers étages du résistivimètre sont constitués par deux voies d'amplification et de filtrage avec sorties du signal avant filtrage ou après filtrage aux fréquences préréglées suivantes : 8, 17, 37, 80, 170, 370, 800 et 1700 Hz. 2 - Principe de la méthode magnéto-tellurique Cette méthode, imaginée par L. C A G N I A R D, utilise les propriétés du champs électromagnétique naturel. Elle permet de déterminer la résistivité des terrains sous-jacents à partir des mesures effectuées à la surface du sol. Si Ex et H y sont les amplitudes respectives des variations du champ tellurique et du champ magnétique suivant deux directions perpendiculaires horizontales, la résistivité (P) d'un terrain homogène ou la résistivité apparente ( P a ) d'un terrain quelconque est donnée par : P(OU«,)=TV 5 F (IM où F est la fréquence de ces variations. (Pest exprimé en Qm, F en Hz, E* en et Hy en my).

37 Comme ces phénomènes obéissent à la loi de l'effet de peau, les renseignements obtenus concernent des terrains d'autant plus superficiels que la fréquence est plus élevée, ce que traduit la relation suivante donnant la profondeur de pénétration : P = 2«(p est exprimé en km). Notons que cette profondeur de pénétration dépend évidemment de la fréquence mais aussi de la résistivité et croît avec elle. Les profondeurs d'investigation peuvent donc être importantes mais, faibles ou fortes, le dispositif expérimental reste le m ê m e. Il suffit d'une commutation de la fréquence pour faire varier cette profondeur. D'autre part les courants étudiés étant variables, les terrains résistants ne forment pas écran c o m m e dans le cas des méthodes géophysiques qui utilisent des courants continus. Enfin l'emplacement de la station de mesure ainsi que l'orientation du capteur électrique (tellurique) ne sont pas conditionnés par la position d'un système d'émission, avantage que ne connaissent pas d'autres méthodes électromagnétiques dites artificielles. 3 - Caractéristiques particulières aux mesures magnéto-telluriques Après avoir ajusté le gain des voies d'amplification en fonction du niveau des signaux à une fréquence donnée, la mesure consiste à opposer les tensions mesurées sur les deux voies. L'affichage direct de la résistivité correspondante est obtenu lorsqu'une tension nulle apparaît sur l'indicateur de contrôle prévu à cet effet. Les résistivités mesurables sont comprises entre 0,1 et Ûm. Suivant la nature du signal, on peut choisir d'opérer suivant l'une des deux méthodes suivantes : si les signaux magnétique et tellurique ont une grande ressemblance, c'est-à-dire si les rapports d'amplitude sont presque constants et les déphasages minimes, un contrôle visuel des tensions de sortie des deux voies permet de les opposer directement : c'est le fonctionnement en «lecture directe». si les signaux sont dissemblables et si leur déphasage est tel qu'on ne peut pas les opposer, on les intègre simultanément sur les deux voies. Les résultats de ces intégrations, mis en mémoire, sont alors traités par opposition, comme l'auraient été les signaux eux-mêmes. C'est le fonctionnement en «intégration». Par ailleurs un filtre éliminateur de 50 et de 150 Hz (ou 60 et 180 Hz éventuellement) à bande très étroite et réglable en fréquence est inclus dans chacune des voies d'amplification. L'opérateur dispose d'une commande et d'un contrôle uniques de ces quatre filtres réjecteurs. 4 - Intérêt de l'appareil La légèreté et l'extrême simplicité de mise en œuvre de l'appareil le rendent utilisables n'importe où, en particulier sur des terrains inaccessibles à tous les véhicules. Le résistivimètre proprement dit est contenu dans une valise étanche de dimensions réduites (40 x 23 x 20 cm). Quatre piles de 9 volts lui assurent une autonomie de fonctionnement de 100 heures. Le poids total, y compris la valise d'accessoires et les capteurs, est d'environ 10 kilogrammes. Deux personnes suffisent à former une équipe de prospection capable du meilleur rendement. Parvenu à l'emplacement des mesures, le géophysicien déploie la ligne tellurique en s'aidant d'une simple boussole. Il pose le résistivimètre près de l'une des électrodes à laquelle se raccorde la point froid de l'entrée tellurique. A dix mètres de là, le capteur magnétique est disposé perpendiculairement à la ligne tendue. Les mesures peuvent commencer aussitôt tandis qu'une autre personne prépare éventuellement une seconde ligne pour la station suivante. Deux minutes ont suffi pour effectuer cette mise en station. Dix minutes, au plus, seront nécessaires pour faire les m e- sures proprement dites aux huit fréquences.

38 83 SGN 312 GPH ANNEXE 2

39 m 1HP! M

40 \ \ \ \ \ V \ I í o e 0 0 «i i i 0 e i i 6 e e «i i 0 f If \ñ ffl V \j 7 t i 6 B I ) i S i i 6 i i 6 «i i i Î I i i i i frequency 0.83 KHz 0.93 KHz 1.06 KHz 1.23 KHz 1.40 KHz 1.62 KHz 1.92 KHz 2.36 KHz 3.07 KHz 3.84 KHz 5.12 KHz 7.68 KHz H! I h receiver position meters ta f O sa Ç^rJ The CSAMTsurface impedance data shown above was recorded over mine entries at 34 meter depth. Complex impedances Z x and Z y are plotted as polarization ellipses. The locations of mine entries are shown in white. TECHNICAL SPECIFICATIONS Magnetotelluric Transmitter Input Power: 208 volts, line-line, 3 phase 400 Hz, 3 kw maximum Output Power: 2.5 kw maximum Output Current: 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, or 5.0 amperes peak Maximum Output Voltage: 650 volts peak at 0.2, 0.5, and 1 ampere; 600 volts peak at 2 amperes; 500 volts peak at 5 amperes Current Regulation: ±0.5 percent for all combinations of load current, output voltage, and modulating frequency. No manual adjustments are required after changing current, voltage, or frequency. Modulation Frequency Range: 3 Hz to 50 khz at currents up to 2 amperes; 3 Hz to 30 khz at currents up to 5 amperes. Operating Features: D Magnetotelluric Receiver Simultaneous measurement of amplitude and phase of five input channels D 3 Hz to 50 khz frequency coverage O Digital recording of data on magnetic cassette tape D D Microprocessor control of measurement and data recording sequence Automatic scan of up to 32 different frequencies Power: All power requirements of the receiver section are supplied by battery packs and a receiver power supply unit. RF Telemetry: The magnetotelluric receiver unit supplies c o m m a n d s for control of the magnetotelluric constant current transmitter via RF telemetry link.

41 I he Controlled Source Audio Magnetotelluric I (CSAMT) system was developed under IL contract support from the U.S. Bureau of Mines, Denver Research Center. The objective was to provide a means of detecting and mapping abandoned mine workings and resultant underground cavities. Abandoned underground mine workings eventually produce surface land subsidence in many locations. Subsidence control and abatement first requires accurate knowledge of location and extent of such cavities. In initial field tests, the CSAMT system successfully identified mine entries at a depth of 34 meters below the surface. High resolution tensor magnetotelluric surveys are now possible with this new system, which accurately records measurements of the amplitude and phase of two components of electric field, and three components of magnetic field at the surface of the earth. A typical survey consists of measurements at each of a set of frequencies (up to 32 in an automatic scan) within the range of 3 Hz to 50 khz, and at each of a number of closely spaced receiver locations. From the computed surface impedances as a function of frequency and surface position, the variations of apparent resistivity to depths as great as 1000 meters can be determined. V. The source for the CSAMT system is a constant current magnetotelluric transmitter capable of delivering a 5 ampere peak square wave at any frequency from 3 Hz to 30 khz, and a 2 ampere peak at frequencies to 50 khz. Selected current is regulated to ±0.5 percent. The transmitter is remotely controlled via a RF telemetry link from the magnetotelluric receiver unit. Primary power for the constant current transmitter is applied by a 400 Hz motor-generator unit. The CSAMT receiver unit consists of five amplitude and phase measuring circuits and a microprocessor based control section. The five sensor outputs are measured simultaneously to reduce total time required for measurement sequences. The operator interacts with the microprocessor via a front panel keyboard and alphanumeric display. Prompt messages are displayed, to which the operator can respond by selecting either automatic or manual operating mode. In manual mode, the operator can select one of two pre-programmed frequency sets, or can enter via the keyboard sets of frequencies for use in the measurement sequence. The operator can also check all measurement functions, including calibration and background noise tests. Your inquiries are invited as to how the CSAMT system might serve your own needs. mm I III H ill III POLARIZATION 1 POLARIZATION 2 DIGITAL DATA LOGGER COMPUTER \ MAGNETOTELLURIC TRANSMITTER MAGNETOTELLURIC RECEIVER "SENSOR ARRAY Controlled source audio magnetotelluric system.

42 1- jj KgJ^.'J.'» --- VJJa, A^ -:. ; -&^VJJ ^S&g5Éj^

43 83 SGN 312 GPH ANNEXE 3

44 SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL Boite postale Orléans 02 (France) Téléphone: (38) 66.06:60 Câble: BURGEOLOG - Orléans Télex : , BURGEOL-Paris Procédé de sondage fréquentiel de la résistivité électrique du sous-sol Geophysical method for frequential depth resistivity sounding * M E L O S: Magnéto-Electrique par Ondes de Surface Marque déposée. Brevets français et étrangers Registered. French and foreign patents

45 Le procédé MELOS (Magnéto-Électrique par Oncles de Surface) se classe dans la famille des procédés électromagnétiques de prospection géophysique. Développé récemment (les premières réalisations instrumentales remontent à 1966) il constitue à l'heure actuelle un des moyens les plus achevés pour l'investigation de la résistivité électrique du sous-sol à partir de mesures en surface. Le procédé M E L O S a déjà connu de multiples applications, dans les domaines de la prospection minière, de l'exploration pétrolière, des études hydrogéologiques et géothermiques. The MELOS method (Magneto-Electric by Surface Waves) is an electromagnetic method for geophysical prospecting. Of recent development (the earlier prototype equipment was operated in 1966) the MELOS is now one of the more sophisticated ground methods for depth electrical resistivity sounding. The MELOS method has already been used with success in mining geophysics, oil and gas prospecting, hydrogcology and geothermy. PRINCIPE Un émetteur de rayonnement électromagnétique constitué par un dipôle magnétique d'axe vertical est disposé à la surface du sol. Un récepteur, situé à quelque distance de là, également sur le sol, mesure toutes les composantes du champ électromagnétique en provenance de l'émetteur, transmis dans l'air au voisinage de la surface. Le processus de sondage du sous-sol utilise alors la pénétration plus ou moins grande du rayonnement dans le sous-sol conducteur en fonction de la fréquence, les fréquences les plus basses et les terrains les plus résistants correspondant à la pénétration la plus forte. Une exploitation des amplitudes des composantes électriques et magnétiques du champ pour une série de fréquences extrêmement basses conduit ainsi à la connaissance de la distribution des résistivités des terrains du sous-sol en fonction de la profondeur. PRINCIPLE An electromagnetic transmitter consisting of a vertical magnetic dipole is placed on the surface of the ground. The receiver placed a suitable distance away, on the surface, measures all the components of the electromagnetic field produced by the transmitter at the receiving point. The system uses varying frequencies to obtain different depths of penetration. The lowest frequencies and the highest resistivity denote the greatest penetration. The exploitation of the amplitudes of the electrical and magnetic components of the field fora range of frequencies in the extremely low-frequency band thus enables the distribution of the subsurface resistivity to be established as a function of depth.

46 MISE Eí\l ŒUVRE FIELD OPERATIONS A partir d'une station unique d'émission, uù l'on déploie sur le sol une boucle alimentée successivement pur dos courants de fréquences différentes, on peut réaliser tout autour une série de sondages aux stations de réception, selon le schéma souhaité (profils, ma illuge...). Une liaison radio pur talkic-walkie permet aux opérateurs d'émission et de réception de communiquer. Sur chaque station, on mesure l'une après l'autre les amplitudes des 3 composantes du champ, magnétique verticale, magnétique radiale et électrique transverse, pour la suite des fréquences émises, couvrant une bande de 5 à 8 octaves, adaptée aux paramètres géoélectriques du MHIVSOI (resistivites et piofondeurs). Le diamètre de la boucle et la distance cuire émetteur et récepteur sont choisis également en fonction des'paramètres géoélectriques du sous-sol. lin pratique, la distance emetteurrél-epteur reste comprise entre 2 et 8 fois la profondeur d'investigation requise. Dans le cas des sondages <c MI NI-MULOS» utilisant un appareillage portable léger, pour des profondeurs d'investigation de l'ordre de 300 mètres au maximum, trois personnes suffisent en général à assurer la marche de la prospection. La durée des mesures proprement dites pour un sondage, dans l'état actuel de la technique, est de quelques minutes. Un dépouillement sommaire des résultats est possible sur le terrain. Le rendement moyeu d'une équipe MINI-MELOS, naturellement très variable selon le type de problème et les conditions du terrain, peut aller de quelques stations ù 10, 20 stations ou plus par jour de travail. Dans le cas des sondages «GRAND-MELOS», pour des investigations plus profondes, on utilise un appareillage plus lourd, monté sur véhicules. Les opérations de soudage sont alors plus longues, le rendement moyen dune équipe, toujours variable selon le cas, pouvant être de l'ordre de 5 sondages par jour. Using a single transmitting station, a loop lying on the ground is sequentially energized with variable frequency A.C. A series of soundings is taken at various points, within a predetermined profile or network. A tulkie-walkie transmission is established between transmitting and receiving stations. On each sounding station, arc measured the J field components amplitudes (vertical magnetic component, radial magnetic component and tnimvcrsc electrical component) for a sequence of frequencies, covering a 5 to 8 octaves band, according to the gcoelcctrical pnrumeters of the subsurface formations (resistivity and depth). 'The loop diameter and the spacing between ininsmilicr and receiver also depend on the geoelectrical parameters of the subsurface. In practice, this di\iiiinv i\ 2 to S limes greater than the desired depth penetration..l\ fur the - MINl-MI'l.OS * soundings, using a portable equipment, for shallow investigation about a iii.iximum of I (Hit) feel, field operations require generally a crew of 3 persons. In the. present state of the art, iihiimiivmcnts only lake several minutes per sounding. A preliminary interpretation of the data is possible in the ficht. The average production of a crew, according to the prospect and the field difficulties, may range from a few stiiiinns in or more stations per day. As for the «CRAND-MM.OS > soundings, for deep investigation, using vehicle-mounted equipment, the field operations need more time. The average production is variable according to the prospect. I nlay be, for example, 5 soundings per day. Implantation sur le terrain Générateur da signal Signal generator Émetteur Récepteur 1 Alimentalior 1 Supply V 220V / Transmitter Receiver ) Amplificateur Amplifier I Field lay-out Amplilicataur da courant Power amplifier ' 1 l Bailarlos Battery Aire da prospection Prospection area Filtre Filter Boucle émaltnce Transmitter loop /voltmètr«

47 APPAREILLAGE MINI-MÉLOS Émetteur Transmitter Mini-Mclos Nouvelle realisation enlièfcmcni portable spécialement conçue pour l;i prospection minière. l'hyilropcoloiu»; cl lotîtes les chides tin sous-sol jusqu'à des profondeurs de l'ordre de 100 mètres ;m maximum. Puts^u rkc d'éiuissioit de I 20 walls. Moment du dipôlc magnétique de I 00U ;i imperes x metres carrés. Diamètres des boucles d'émission : 20. M) et IN0 mètres. Douze fréquences fixes prcaccordces de 17.5 à.15 S40 hertz Douille captan magnétique û indiiclion. Lecture par voltmètre numérique. Poids total de l'équipement, hondos demission comprises, de l'ordre* de 100 kg. Grand-Melos MINI-MÉLOS Récepteur Receiver Modèle à vocation essentiellement pétrolière, pour des investigations jusqu'à I 000 à mètres (selon les paramètres génélectriqiics des terrains). Puissance d'émission de 300 watts. Moment du dipôle magnétique de à I ampères x mètres carrés. Diamètres des boucles de 40 à 300 mètres. Frequences choisies à volonté dans la bande de 1 à hertz. Double capteur magnétique à induction. Chaîne de mesure à 1res haute sensibilité. Appareillage monté sur deux véhicules légers. Déroulage de la boucle d'émission par véhicule dérouleur. Mini-Mehs A new realisation completely portable, specially designed for mining geophysics, hydrogeology and any ground study down to I 000 feet. Maximum transmitting wwer : 120 watts. Dipole transmitter moment fnmi 1000 up to } amperes x square meters. Transmitting loop diameters: or ISO meters. 12 preselected frequencies from 17.5 to hertz. Double induction magnetic sensor. Digital display voltmeter. Equipment total weight ; about 00 kg. including transmitting loops. Grand- ftfetos An equipment designed for oil and gas prospecting, for investigation down to about feet (according (<> ground geoelectrical parameters). Maximum transmitting power : 300 watts. Dipole transmitter moment fmm to / amperes x square meters. Transmitting hop diameters ; 40, 120 or 300 meten. Frequency range from I to I 000 hertz. Double induction magnetic sensor. High sensibility data acquisition system. Equipment carried in two light vehicles. The larger loop is laid by vehicle.

48 PRÉSENTATION DES RÉSULTATS RESULTS Dépouillement des mesures Une feuille d'exploitation permet, à partir des mesures des amplitudes des 3 composantes du champ (composante magnétique radiale Hx, composante magnétique verticale H z, composante électrique transverse Ey) de calculer une résistivité apparente pour chaque fréquence CJ/2^ : K La perméabilité magnétique du sous-sol est en général assimilée à celle du vide, soit JU. K est un «facteur de.proximité» des sources qui, dans le cas théorique d'un sous-sol de résistivité homogène, ramènerait la résistivité apparente à la valeur obtenue dans le cas du sondage d'impédance de surface en ondes planes sous incidence normale. Le facteur K est donné en fonction du rapport des amplitudes IHx/Hzl. Pour des distances suffisamment grandes entre émetteur et récepteur, on retrouve les conditions d'onde plane sous incidence normale et le facteur K devient alors égal à l'unité ; ce cas, où les mesures et leur exploitation sont simplifiées, ne présente d'ailleurs que rarement un intérêt pratique, car les champs à grande dislance des sources restent le plus souvent trop faibles pour être mesurés. Nota : il existe une variante d'exploitation des mesures, selon laquelle on extrait une résistivité par inclinaison de champ magnétique, et non" plus par impédance de surface, selon la relation : K' r 2 w/i o P " ~ 9 (Hx/Hz) 2 r est la distance entre émetteur et récepteur, K' un autre facteur de proximité, fonction de IHx/Hzl. Cette variante semble actuellement d'un emploi plus restreint que la méthode par impédance de surface, mais elle peut apporter d'utiles compléments d'information. Computation The apparent resistivity for each frequency u/2n can be computed on a computation sheet, from the measurements of the 3 electromagnetic field components (radial magnetic component Hx, vertical magnetic component Hz and transverse electrical component Ey) : p - _ü_ (Ey\ 2 P n " Hx The magnetic permeability of rocks is generally assumed to the vacuum permeability n o. K isa * factor of source vicinity». This factor K, in the theoretical case of an homogeneous half space, would.replace the computed apparent resistivity by the apparent resistivity for a <r surface impedance resistivity sounding», under plane waves with normal incidence conditions. The factor K is function of the amplitude ratio \Hx/Hz I. /;; far field conditions, the conditions of plane waves with normal incidence are effective, and the factor K is equal to unity. This case, for which measurement and computation are easy, is unfortunately very rare, because the far field components are ordinarily too small to allow good measurement. Nota : according to another method of computation, an apparent resistivity may be obtained from the only magnetic amplitudes, using the relation : K i r _2 oju (Hx/Hz) 2 r is the spacing transmitter-receiver. K' is another <r factor of source vicinity», given as a function of \HxfHz\. This * field inclination method» seems to get less used than the former surface impedance method, but it may give in some cases a more complete information.

49 Cartes en isorésistivités apparentes Les résultats des mesures de toute une étude sont introduits directement dans un ordinateur qui calcule les rcsistivités et trace automatiquement les cartes en isorésistivités apparentes pour les différentes fréquences. Ces cartes correspondent à des investigations d'autant plus profondes à partir de la surface du sol que la fréquence est plus basse. Profils de résistivités Pour beaucoup d'applications, où des cartes de résistivité ne sont pas indispensables, on se contente du tracé de coupes des résistivités apparentes aux différentes fréquences, selon des profils de stations de mesure. Interprétation en profondeurs et résistivités vraies Dans des cas suffisamment simples, où le sous-sol s'écarte peu des conditions d'horizontalité et peut être schématisé par un nombre limité de couches de terrains (2, 3 ou parfois 4), l'interprétation, c'est-à-dire le passage d'une résistivité apparente fonction de la fréquence à un schéma résistivité-profondeur, peut être tentée à l'aide de systèmes d'abaques. Des procédures de traitement de l'information plus élaborées et automatiques sont actuellement en cours d'étude. L'interprétation donne de bons résultats dans le cas de la détermination de la profondeur d'un marqueur conducteur ou de l'épaisseur d'une tranche de terrain résistant compris entre deux terrains conducteurs. On s'affranchit alors pratiquement de l'indétermination au titre du «principe d'équivalence», bien connue des interprétatelas de sondage électrique. Dans le cas d'une tranche de terrain conducteur comprise entre deux terrains plus résistants, l'interprétation ne pourra fournir sans indétermination, outre la profondeur du toit du conducteur, que la conductance du terrain conducteur, c'est-à-dire le produit de sa conductivité par son épaisseur. Apparent isoresistivity map The data from a complete prospect can be directly introduced into a computer, which computes the resistivities and automatically contourcs isoresistirity maps for various frequencies. The ground's thicknesses concerned by the various frequencies maps are the greater as the frequencies are lower. Resistivity profiles For many applications, it is sufficient to draw an apparent resistivity cross section, for the various frequencies, along the sounding profile. True depth-resistivity restitution In simple cases (horizontally layered ground, 2 or 3 layered or sometimes 4 layered systems) an interpretation (i.e. to obtain a resistivity-depth model) can be carried out with master cunes. More elabored and automatic interpretation procedures are being worked out. Good results are obtained s/>ecially when determining the depth of a conductive layer, or the thickness of a resistive layer between tnv more conductive layers. In the later case, the <r resistivity-depth equivalence rule», well known in D.C. resistivity interpretation, is happily quite inoperative. In the case of a conductive layer between hw more resistive layers, interpretation can only provide without indétermination the conductance of the conductive layer (i.e. thickness x conductivity).

50 EXEMPLES D'ÉTUDES MELOS MELOS CASE HISTORIES Étude Iiydrogéologique Au-dessus d'un substratum de roches anciennes, se place une série récente argilo-sableuse qui comporte parfois une sédimentation d'argiles plastiques salées. Le problème est ici de déterminer l'extension de ces argiles salées, en relation directe avec les possibilités d'alimentation en eau potable de la région. La coupe montre l'extension des argiles salées qui se manifestent par de très basses résistivités. Hydrogeology Above a rocky basement, is a recent sandy-clay formation that contains locally some layers of marine salty clay. The matter here is to find the extension of that salty clay, in connection with the possibility of supplying the country in drinking water. The cross section shows the extension of the salty clays that are demonstrated by very low resistivities. a dm ^ Marina clay«(«nlalfilni aall 2.1 Ka.liil.il, I» A m Elude BRGM Étude des 200 premiers mètres de sédiments à partir de la surface du sol dans une région très fortement tectonisée O n présente deux coupes verticales résultant de l'interprétation des sondages M E L O S en résistivités moyennes vraies par tranches de profondeur. Ces coupes donnent une image structurale des terrains permiens à faible résistivité avec des pendages parfois très importants. O n pourrait expliquer l'obtention de résultats relativement cohérents et précis, sur un problème aussi ardu, et malgré les conditions d'approximation nécessairement grossières admises pour l'interprétation des mesures, par le fait que la résistivité électrique du sol est \ci un paramètre variant dans de grandes proportions. 61 to Investigation of sedimentary structures in a very tectonised area Two cross sections are presented showing the results of an interpretation in true interval resistivity versus depth under each MELOS station. These geoelectrical sections give a structural picture, especially of the investigated Permian formations characterized by low resistivities and important dips. In spite of the complicated structures, observable at outcrops, the results show that MELOS is able to give a consistent picture of the shallow subsurface.

51 :om Resistivities in flm Détection de failles,.*. h Un profil MELOS a été effectué perpendiculairement ;i la direction des formations géologiques. Le profil représente 3 fréquences différentes de MELOS ainsi que la résistivité apparente fournie par une méthode de pro filage électrique. Les tendances sont comparables mais le MELOS fait mieux apparaître les contrastes. Deux failles (aux points 44 et 3b) sont très visibles sur le profil MELOS, toutes deux sont confirmées par la géologie. Faults ' determination A MELOS profile has been clone perpendicular)' to the direction of the geologic formations. On the ames arc the datas for 3 HIELOS frequencies and for a D.C. profiling method. The correlation between results is good, but M H LOS shows better contrasts. Two faults ( mints 44 and 36) are very clear on the MELOS profile. Geology proves the existence of both of them. Localisation de cônes d'effondrements et d'accidents Une série de sondages MELOS a été implantée en mailing? régulier. Les résultats sont exploités sous forme de cartes en isorésistivité apparente. Dépouillement des mesures et tracé des cartes sont effectués automatiquement à l'aide d'ordinateur. La figure montre la carte en isorésistivité pour la fréquence hertz, qui concerne ici une tranche de terrain de l'ordre d'une quarantaine de mètres à partir de la surface du sol. Les surfaces arrondies à haute résistivité sont imputables à des cônes d'effondrement et les zones allongées ;i faible résistivité correspondent souvent ;i des failles ou flexures. Locating of collapse cones and fractures M es 84 M BÏ Bl M SS SB S4 S3 62 SI T B A set of MELOS sounding has been done in a compact and regular network. Results are treated as iso-apparcnt resistivity maps. Automatic inteqnetation and contouring arc done with a computer. The picture is a map for frequency 4 4$0 llz, that is concerning here a more or less 40 meters thick layer below the earth's surface. The rounded areas arc diid to collapse cones and the low resistivity zones arc often corrcsjxmding to faults.

52 83 S6N 312 GPH ANNEXE

53 BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES Dá pun amant des services Ischniquu 8.P. 6D0S ORLÉANS M«Tél. : (38) SYSCAL-EM (*> 15 années d'expérience du B R G M dans la conception, construction et expérimentation d'équipements capables de mesurer les composantes du champ électromagnétique a diverses fréquences ont abouti à une nouvelle génération utilisant les possibilités de calcul offertes par les microprocesseurs. Le SYSCAL EM comprend 3 parties : l'émetteur les capteurs le récepteur. With 15 years of experience in the design, manufacturing and operation of variable frequency E.M. equipment, BRGM is developing a new generation of products which use the calculation capabilities of microprocessors. The SYSCAL transmitter sensors receiver. EM has 3 main units: Emetteur Puissances d'émission : 100 VA VA VA. Courant d'injection (pour une boucle de 10 fi) : 3 A - 7 A - 10 A. 12 fréquences préréglées obtenues à partir d'un générateursynthétiseur : 8,75 à Hz (d'octave en octave). Stabilité en fréquence : ± 0,01 %. Alimentation : (220 V) Hz par groupe électrogène. Changemem de fréquence par clavier à touches. Réglage manuel de l'intensité. Boîtier aluminium étanche. Dimension : 35 x 20 x 24 cm. Poids : 15 kg. Transmitter Output power: 100 VA VA - 1,000 VA. Output current intensity (in a 10 Ü loop): 3 A - 7 A - 10 A. 12 preset frequencies delivered by synthetizer'generator: ,920 hz (octave by octave). Frequency stability: %. Power supply: 220 V, hz (motor generator). Frequency selection by key board. Manual adjustment of current intensity. Water-proof aluminium case. Size: 14"x8"x 10". Weight: 33 Ib. (B) Marque déposée. Brevets déposés. (R) Registered. Patents pending.

54 SYSCAL - EM' Capteurs Capteur électrique : dipôle de 5 ou 10 m, électrodes en cuivre. 2 capteurs magnétiques à contre-réaction de flux : sensibilité : 10 mv//jt (± 1 %) > bande passante : Hz > alimentation par les batteries internes du récepteur. Dimension d'un capteur : L = 35 cm, 0 = 5 cm. Poids (2 capteurs + socle) : 3,5 kg. Récepteur Caractéristiques générales : Dimensions : 35 x 20 x 24 cm. Poids : 6 kg. Batteries : 7 x 1,5 V, taille C. Consommation : 70 ma. 8oitier aluminium étanche au ruissellement. Entrés : 3 voies d'entrée (Hx, Hz, Ey). Impédance d'entrée : 10 M h. Clavier de données : 16 touches. Clavier de fonctions : 16 touches. Opération Sélection par claviers : de la fréquence. du nombre d'échantillons N. de la nature du cycle de mesure (manuel ou automatique). de la voie de mesure (Hx, Hz, Ey). Affichage de la fréquence sur indicateur LCD. Affichage des résultats de mesure et de calcul sur 2* indicateur LCD 5 1/2 digits. Un code d'erreur signalée l'opérateur toute anomalie de fonctionnement ou de manipulation. Traitement du signal et calculs Filtres passe-bande du 4* ordre accordés sur les fréquences de l'émetteur. Précision sur la fréquence 10"*. Gain automatique de 1 à par pas de \/'\0. Microprocesseur : PMOS 4 bits. Mémoires de programme : EPROM-CMOS. Mémoires de données : CMOS. Chaîne d'acquisition de données : CMOS 8 voies pts. La moyenne de N échantillons d'une composante forme une mesure qui est affichée, mise en mémoire et accumulée. La moyenne de p mesures est obtenue en appuyant sur une touche «moyenne». Des programmes spécifiques sont disponibles pour calculer des résistivités apparentes obtenues à partir des 3 composantes me- surées et moyennées. 1 ) Programme standard : o JL avec ^ \Hx) Hx fonction de rrnz K' Hx fonction de 77- H Y K " fonction de Hz et r 2) Tout calcul d'une autre résistivité apparente analogue peut être programmé sur demande. Accessoires disponibles Groupe électrogène H O N D A E 300. Boucles d'émission 10Q : 0 = m. Les caractéristiques de l'appareil peuvent être modifiées sans préavis. Sensors Electric fine: 5-10 m long, copper electrodes. 2 flux-feed back magnetic sensors: sensitivity: 10 mv/nt (± 1 %) bandwidth: 8-18,000 Hz. ' power supplied by internal receiver batteries. Size: 14" long. 2" diam. Weight: 8 Ib. Receiver General specifications: Dimensions: 14"x8"x10". Weight: 13 Ib. Power supply: 7x1.5, size C batteries. Consumption: 70 ma. Aluminium case, moisture proof. Input: 3 input plugs (Hx, Hz, By). Impedance: 10 MQ. Data keyboard: 16 keys. Function keyboard: 16 keys. Operation Selection by keyboard for: S? frequency. number of samples N. operation mode (manual or automatic). channel (Hx, Hz. Ey). Frequency number displayed on LCD indicator. Results displayed on 5 1/2 digits LCD indicator. An error code works as a monitor for errors in processing or execution. Data processing and calculation Pass-band filters 4th pole, tuned on the transmitter frequencies. Frequency accuracy 10'*. Automatic gain 1 up to 10,000 by y 10 steps. Microprocessor PMOS 4 bits. Program memories: EPROM-CMOS. R A M: CMOS. Data acquisition system: CMOS. 8 channels - 2,000 pts. The mean of N samples (for any component) is a measurement which is displayed, stored and stacked. The mean of p measurements is available by depressing key "mean". Special programs can be provided with apparent resistivities calculated from measured components. 1) Standard program Po - firv 1 Hx with K as a function of 77- Hx K' os a function of TTZ Hx K" as a function of 77- and r. 2) Any other resistivity can be calculated by programming upon request. Available options Motor generator HONDA E 300. Transmitting loop 10Ü: a: m. Specifications subject to change without notice.

55 83 SGN 312 GPH ANNEXE 5

56 Equipement géophysique «presse bouton» destiné aux géologues et foreurs pour la prospection hydrogéologique, minière, le génie civil, etc. Emetteur : Source et boucle Un nouvel appareillage de prospection géophysique ultra léger a été réalisé, tout particulièrement destiné aux géologues et foreurs pour la recherche hydrogéologique et minière, le génie civil. L'usage de cet appareil * FORACO FAULT DETECTOR - ou - FFD >, est si simple qu'il ne nécessite pas une formation spécialisée de géophysicien. Récepteur Siège social, direction générale: 24, avenue George V, 7500B-PAR1S Tél Télex : FORACO F Centre d'etudes et d'essais : Le Pian d'algues - BJ> SAINT-CANNAT Tél. (91) , , Télex : FORACO SCANA F

57 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT l'appareil FFD mesure les composantes du champ électromagnétique émises par une source a basse fréquence située à distance. O n montre que les composantes du champ mesurées à la surface du sol sont fonction de la résistivité des terrains sous-jocents ainsi que de la fréquence. Ces composantes permettent donc d'évaluer, pour une fréquence donnée, une résistivité apparente du soussol, fonction de la répartition des résistivités en profondeur. De surcroit, on montre que les contrastes latéraux entre teirains de résistivités différentes introduisent des anomalies de contact, qui se manifestent par une forte baisse de résistivité apparente. Ainsi, la mesure des composantes de surface du champ éloctromaçjnélique. et notarnrr.enl de 1a composante électrique, permet de localiser les anomalies conductrices du sous-sol, en accusant tout particulièrement les discontinuités latérales de résistivité : on a là un moyen pratique et 1res sensible de détection des hétérogénéités du sous-sol telles que failles, filons, rninéialisj'.ions, circulations d'eau. MISE EN ŒUVRE O n installe pröalableni&ni. à quelques centaines de m è- tres de la zone à prospecter, une source électromagnétique constituée d'un générateur autonome alimenté par piles et d'une boucle déployée sur le sol. Ensuite, sur la 2one à prospecter elle-même, l'opérateur (1) mesure sur une série de stations les composantes du champ électromagnétique reçu. Le report des résultats selon un profil ou un réseau de stations fournit un tracé révélateur des anomalies de résistivité du sous-sol, avec une très haute résolution latérale dans le positionnement de ces anomalies. Sourca EM basse fréquence autonome Profil dsi jutions (1) Un opérateur unique peut parfaitement réaliser seul une prospection FFD -, mais 1 ou 2 assistants augmentent considérablement l'avancemenl des mesures, ne serait-ce qu'en effectuant le positionnement topographique ties stations. CARACTERISTIQUES DE L'EQUIPEMENT «FFD Totalité de l'équipement, source comprise, logée dans une valise unique de moins de 15 kg. Source autonome fonctionnant sans aucune surveillance. Source très stable à pilóle quartz. Fréquence de travail : hertz. Appareil de mesure a très haute sensibilité. Affichùge numérique des mesures. Alimentation de la source et de l'appareil de mesure par piles standard 1.5 V. Temps nécessaire pour réaliser une station inférieur à 30 secondes. Intervalle entre stations variable, pouvant être aussi réduit que 0.5 m. Profondeur maximum d'investigation utile de l'ordre de 100 mètres. APPLICATION DU «FFD» Prospection hydrogéologique en terrain granitique ou région karstique. Delineation fine d'un réseau de discontinuités et fractures soutet raines. Posiiionnement précis de tr.illes. filons et minéralisations. Archéologie. Distance (mètres) Exemple de profil FfD» utilise en prospection hydrogéologique pour la localisation de failles un terrain granitique. Les failles correspondent aux chutes tie resistí vite - 3 iones fracturées majeures visibles sur le prolil ci dessous accusent des rêsistivnes dpparentes inférieures à 10 ohm A iiieires

58 83 S6N 312 GPH ANNEXE 6

59 EQUIPMENT For deep penetration and excellent resolution in ore prospecting by the electromagnetic inductive method A complete Turam unit is easy to carry whatever the terrain CHECK THE ABEM TURAM* FEATURES THAT BRING SPEED AND ECONOMY TO YOUR ORE PROSPECTING PROGRAM Simple field procedure can be quickly mastered by inexperienced operators... sharp minima eliminate risk of incorrect readings Two-frequency generator transmits 660 Hz and 220 Hz signals simultaneously measurements need to be taken no time lost when discriminatory Use of compact receiver staffs instead of air coils means simpler vertical or horizontal levelling More than one reading crew can use the same primary cable layout Phase difference, field strength ratio, and direction/inclination of the e m. field are measured and indicated directly... observation network m a y be varied in the field on the basis of newly acquired data. Primary cable layouts selectable to meet survey requirements... long straight cables for reconnaissance, and circular or rectangular loops for detail work Data reduction is mathematical and may be computer programmed... results show location, general strike direction, depth to current concentrations, contours of the conductor, and its conductivity classification. Observations are not seriously affected by topographic height changes between primary cable and the two receiver staffs. High resolving power gives excellent results even when searching for deposits having low conductivities and/or at great depths down to 200 metres (600 ft). High rates of survey. With observation points every 20 metres (65 ft) a trained Turam crew covers 4-5 k m (3 miles) per day in wooded territory or 6 7 km (4 miles) per day in open country. Leaflet P E

60 A B C D E F G 220/660 Hz generator with back pack frame 420X400X410 cm 21.5 kg (16VsXi5 3 Axi6'A in 47V: Ib) Petrol motor with back pack frame 420x400X440 mm 16 kg (16V<X15 J /*X17'/ tn 35'A Ib) Cable drum with 1200 m (3900 ft) primary cable, crank, and back/breast carrying frame (3 required for normal survey purposes) 450X450X450 mm 24.3 kg (17 3 /-X17 3 /4X17 3 /- in 53Va Ib) Generator control box with voltage, current, and frequency meters 270X210X200 mm 4.9 kg (10V«X8V4X7 7 A in ^0 3 h Ib) Compensator-amplifier unit with receiver staff, carrying harness, and stethoscope earphones 270X215X100 mm 5.8 kg (1O'/aXßVa>c4 in 13 Ib) Staff connecting cable with crew belts lor use as measuring tape. Lengths 20 & 40 metres supplied as standard. 50 & 150 ft lengths by order. 2.8 kg & 5.1 kg (6V4 Ib & It 1 /* Ib) Receiver staff with carrying strap 395 m m X 5 0 m m e 1.4 kg (15Vj inx2 in 0 3 Ib) ABEM TURAM* EQUIPMENT IS COMPACT, ROBUST, AND RELIABLE The TURAM TS is a reliable, transistorised unit that is simple to operate. It is designed for all-weather use anywhere in the world. The compact design of individual units, particularly the use of staffs instead of relatively large and cumbersome coils, makes movement easy over any type of terrain. In common with other ABEM geophysical instruments, Turam units are laboratory and field tested before delivery. Compensator-amplifier gives direct reading of amplitude ratios and phase differences The compensator consists of a bridge arrangement to which the two receiver staffs are attached. Compensation is by null signal method either visually on an ammeter or aurally by stethoscope headset. Amplitude ratios and phase differences between the voltages induced in the two receiver staffs are read directly from two scales. Amplitude ratio is determined to better than 1 % within the normal range ; phase difference is measured as close as 0.1. A transistorised amplifier operated by a standard 9V battery amplifies the small voltages in the bridge circuit. Compensator, amplifier, and battery, together with microphone, zero adjustment rheostats and desiccator tube container are enclosed in a waterproof metal case. All controls are carefully grouped for ease of operation. One receiver staff is attached to the front of the compensatoramplifier unit, and the complete receiver section is carried by a comfortable nylon harness.

61 THE TURAM'METHOD is still the most effective and simple method of ore prospecting by E.M. inductive methods Developed by H. HEDSTRÖM and introduced by ABEM in 1932, the Turam method is in wide use today in many parts of the world under widely varying geologic and geographic conditions. Turam surveys have been remarkably successful in locating several notable ore deposits. The high resolving power of the method makes it eminently suitable for prospecting for deep seated mineral deposits, and ore bodies have been detected at depths of 200 metres (650 tt). Moreover the Turam can locale low conductivity deposits such as lead-zinc mineralisation and can follow up electrically conducting ore bearing formations including those represented only by horizons of very poor conductivity. Like other e.m. methods the Turam is based on the fact that when a conductor is subjected to a primary alternating electromagnetic field, then a secondary current is induced in the conductor. This induced current creates its own electromagnetic field which together with the primary applied field, produces a resultant electromagnetic field. This resultant field, that can be detected and measured, differs in phase and amplitude from the primary field. Since the value of the primary field can be calculated for each observation point, it is possible to accurately determine the secondary field effects and obtain a considerable amount of information about the conductor causing the differences. TURAM FIELD PROCEDURE IS STRAIGHT- FORWARD AND NEEDS LITTLE SPECIALIST TRAINING The Turam transmitter is of the fixed source type, being a iong grounded cable or cable loop that is fed with alternating current at two frequencies from a petrol engine generator set. The cable or cable loop is laid out parallel to the expected strike of the ore body and is connected to the generator at some convenient point. The two-man measuring crew take observations at successive points on profiles at right angles to the cable, using two identical receiver staffs (coils wound on ferrite cores) and a compensator-amplifier unit. The two staffs are kept at a fixed distance apart, say 10, 20 or 40 metres and are usually held vertically so that the vertical components of the e.m. field are measured. At each observation point, the compensator-amplifier is adjusted until no signal is heard in the stethoscope headset. The two scales then show directly the phase difference and the amplitude ratio of the field components acting on the two staffs. Phase differences are determined to about 0.2 while ratios are measured with an accuracy of 5 parts in Observations may normally be taken up to metres (3 000 ft) or more from the cable. Any number of measuring crews may use the same primary cable. TURAM data reduction requires only basic mathematical knowledge In areas where anomalies are discovered the phase differences and the deviations of the amplitude ratios from normal are plotted along the profile lines as shown above right. These curves (taken from an actual Turam survey) give two items of information: Together they show the general strike direction of the conductor. Individually they locate the position of the conductor on each observation line since maximum amplitude ratio deviation and maximum phase difference always occur directly above the conductor. If the apparent strike direction of the conductor tends to turn too much away from the direction parallel to the base line, the equiphase curves can be drawn in and a clearer picture of the strike obtained. S 1000 metres or more from loop or cable A rough estimation of the depth to the current concentration can be made simply by reading the width of the ratio curve at zero, but the depths to the current concentrations and the exact location of the conductor are obtained more accurately from the in-phase (real) and the out-of-phase (imaginary) components of the vertical or horizontal electromagnetic field vectors. These are calculated by straightforward mathematical methods and are plotted as curves; the location and the depths are obtained according to the following table: Component Curves Vertical The location ol the secondary current axis the inflexion points is given by the maxima Horizontal The depth of the the horizontal distance current concentration the horizon!«! distance between the maxima and below the surface is between the maxima the points al which the given by and the inllexion points curves have reached halt their maximum values Somewhat different positions of the secondary current axis will be obtained for the real and imaginary c o m p o- nents, but both should lie within the conducting body with the imaginary close to the edge of the conductor.

62 Further information about the reduction of Turam data and the interpretation of the results is given in the comprehensive manual supplied with the equipment. Following the v universal use of the method, many papers on interpretation procedures have been published in international journals and a full bibliography is included in the Manual. For those who wish to read more about Turam interpretation at this stage, the following books and papers are recommended: MINING GEOPHYSICS, D S PARASNIS, 1966, Elsevier Publishing Company, Amsterdam PHASE MEASUREMENTS IN ELECTRICAL PROSPECTING, E H HEDSTROM, 1937, AIME Tech Pub 827 THE DISCOVERY OF A N E W ORE BODY WITHIN THE PYRITIC BELT OF PORTUGAL BY E. M. PROSPECTING, A A ROCHA GOMES, 1958, Geoph. Surv. in Mining Hydrol. & Eng Projects OBSERVATION UNES SCALES Phase Difference Amptaude Ratio OBSERVATION LINES,50 < : 200 ; 150 Indications that appear to be caused by ore bodies are surveyed with a closed cable loop placed first on one side, and then on the other side of the conductor. The distance between the calculated current concentrations for the two cable layouts will show the approximate width of the conducting body. A complete Turam survey will show the location of the detected conductors, their contours when they have any appreciable width, and the depth to the current concentrations; the classification of the conductors with regard to their conductivity completes the interpretation of the results. x o x Real o Imaginary -70S Conductivity Poor Medium Good Very good Phase difference Small to medium Large Medium Small Ratio anomaly Very small or nil Small Large Large

63 ILO 2-stroke motor runs without attention for up to 2 hours The air cooled, single cylinder, 2-slroke ILO motor produces 2.2 hp at rev/min. It has air filter, eificient silencer, rewind starter rope, and adjustable speed governor. Speed may be set with engine running and wil! be maintained within ± 2 %. The engine runs unattended and on a ful! tank 2.3 litres will operate for 2 hours at maximum load. Generator set is easy to start and simple to set up. It may be run unattended and transmits both frequencies 660/220 Hz simultaneously Generator has no brushes, commutators, or slip rings to give field trouble The ABEM simultaneous two-frequency generator has a twin rotor with two sets of permanent magnets, and a stator with two single-phase windings. This gives reliability, simplicity, and minimum maintenance. Maximum current rating is 3 A and stator windings are tapped at 1/3, 2/3 and 3/3 for matching different loads. Nominal output voltages are 100, 200 and 300 V. Control box provides quick check on frequency, voltage and current The generator output is fed to the control box where load-circuit meters show voltage, current and frequency. The latter enables engine speed to be adjusted so that correct frequency is fed to the primary cable. Individual output selectors for the two frequencies are provided. Should the primary cable be broken by animals or people, a safety relay set at 0.25 A automatically cuts off the high voltage supply to the cable. At the same time a low voltage is passed into the cable to help fault location by detector or pair of headphones. Connectors for input and output are placed at the rear of the control box. TAGE OUTPUT w oo1 O \ ". 66DHz 22OHz /Safety rel BV \cut-out 0. 2ÍA N GENERATOR LOAD CURVES "" Maximum rated \ current 3 A / r \s \ N 2 3 CURRENT OUTPUT Standard single conductor cable does duty for the primary cable layout For satisfactory results the primary cable should be a flexible, stranded, insulated, single conductor of minimum 1 mm 3 and with insulation for V minimum. Cable, cable drums, cable drum carriers can be supplied on order if not available from local sources. GET FULL TECHNICAL/COMMERCIAL DETAILS FROM or from ABEM Instrument Group Fack Telegrams Adamante S Stockholm 1 Telex 1459 Sweden Telephone 08/ INTER GEO SERVICE 46, rue du Petit Pare 78 - RAMBOUILLET Tél. : Leaflet P E PRINTED II«SWEDEN Föi dislrtb. enl. SFS 509/-61 P2

64 Receiver staffs are coils wound on ferrite cores and sealed in PVC The two receiver staffs are integral parts of the compensator circuit and have identical inductance and resistance values. Each consists of a ferrite core with windings for the two operating frequencies, 660 Hz and 220 Hz. The windings and cores are shielded and sealed in strong plastic casings. The casing carries at its base a connecting cable plug and at its head a bubble level. On survey, one staff is carried attached to the front of the compensatoramplifier while the other is suspended by a nylon strap from the belt of the second crew member. Staff connecting cable also serves as measuring tape Each Turam unit is supplied with two staff connecting cables, 20, and 40 metres (or 50 and 150 ft to special order). The cables are shielded, four conductor, rubber insulated with conneclors at each ends. Eyelets for hooking onto the crew members' bells preven! direct strain on the connectors and allow the cables to be used as measuring tapes. ABEM portable generator set provides stable alternating current at two frequencies simultaneously The Turam generator set is designed for portability and reliable unattended operation under arduous field conditions. It consists of a two-stroke petrol engine, a twofrequency generator, and a control box. Engine and generator have their own base plates that are clamped together for operation without the use of tools. Special back pack frames make for easy and comfortable transport even over long distances. Frequency selector Receiver staff Rubber holding straps Cover lock Connector lar 2nd receiver staff Locking screws and distance edjlfsî potentiometers R & P foi both frequences Phase scale - 20 to J 20 Audio passage to protected earphone Visual nullmeter Battery Stale indicator

65 83 SGN 312 GPH ANNEXE 7

66 ELFAST EXTRA LOW FREQUENCY AUTOMATIC SCANNING TURAM Elfast is a fixed source electromagnetic method based on the Turam principle. Using a large surface transmitting loop and two receive coifs the gradients of amplitude and phase as well as the absolute strength of the electromagnetic field in each receive coil are measured. Besides having the advantages of the standard Turam systems, such as high resolution, large exploration depth and immunity from topographic effects, Elfast delivers true wide band information, using five frequencies which cover two decades of response. Crystal controlled frequencies and automatic compensation (no manual nulling) further maximize the signal to noise ratio and thus the exploration depth. Data can be used to make quantitative interpretations of the location, conductance, depth and dip of the conductors. A continuous square wave field is transmitted and measurements can be made of the fundamental frequency, third harmonics and multiples. Even under ideal conditions, however, the signal strength of the higher harmonics drops off very steeply, rendering their use in actual exploration impractical. To maintain true multifrequency capability under all field conditions, Elfast incorporates an automatic scanning system. The fundamental frequencies are cycled in a pattern with which the receiver can be synchronised. The pattern can be programmed according to the requirements of the survey. This system moreover eliminates the need for radio, voice or other tenuous links of communication with the transmitter. FIELDOPERATION Powerful transmitter and sensitive receiver will allow coverage of a large surveying area using single transmitting loop. The receiver's short setting time, with all measurements done automatically, makes the instrument fast and easy to operate in the field. The Elfast R T X/H L-3 D system includes two battery sets for receiver with battery charger and two portable reels with 5000 m of No. 18 guage single, heavy insulated copper wire for transmitting loops.

67 EM RECEIVER HL-3D The receiver incorporates a phase lock system as well as additional filters to reject signals from power lines and eliminate any noise sources except signals at precisely the set frequencies. It can be used even at the lowest frequency in high noise environments at low signal levels. All parameters, i.e., the field amplitudes at each coil, the phase difference between both components, their amplitude, ratio or reverse ratio are measured fully automatically. Values are displayed on a large.56" high 3-1/2 digit display. The receiver ferrite coils are mounted inside the consoles..' " '.'-^V-.t". V^ -,'." J J*V'1 ; "?\^-_^ The high temperature stability of the HL-3D receiver eliminates the need for zero (offset) adjustments during the survey. Any length of cable up to 150 m between receiver and signal coil -V 2 can be used without any correction of measured reading. An audio communication between receiver operators is provided for easy multifrequency operation. FEATURES SPECIFICATIONS Phase-lock System Extremely high sensitivity and selectivity Easy operation in high environmental noise and low signal levels at the full range of operating frequencies Temperature stability over wide operating range High resolution and accuracy Fully automatic compensation and display Ferrite coils mounted inside consoles Length of interconnecting cable does not affect readings Audio communication between operators Low power consumption Operating Frequencies Operating Signal Amplitude Amplitude Accuracy Amplitude Ratio Range Ratio Accuracy Phase Range Phase Accuracy Setting Time Automatic Readout Operating Temperature Range Supply Dimensions Weight Digital Output Coil Console diameter length 25,75,225,675,2025 Hz 2G>V to 2V ±.1%.5 to 2.0 ±.5% -30 to % 3 sec..56" high 3-1/2 digit L E D -40* C to+60 C 2 rechargeable batteries 12V/1.5 Ah 125x225x375 mm 4.6 kg optional 114 mm 520 mm

68 EM TRANSMITTER RTX-3D The transmitter delivers up to 500 V A of power which allows surveys using large loops i.e. 5x5 km. A floating output, a front panel isolated from high voltages and built-in protection circuits, make the R T X-3 D transmitter safe and reliable. Voltage and frequency of the generator output can be measured at the transmitter. This feature allows measurement and adjustment of the motor's speed in the field without any additional equipment. The resistance of the loop can be measured using the built-in o h m meter, to set the transmitted output current at its optimum value. Using auto sweep mode, multifrequency operation does not require an operator at the transmitter. All parameters, including output voltage and output current are shown on a.56" high 3-1/2 digit display. RTX-3D transmitter can also be used for grounded cable surveys. FEATURES SPECIFICATIONS Selectable output frequencies, manual or automatic Programmable frequency cycling pattern Adjustable cycle time High output power Stabilized output voltage Fully protected for maximum safety and reliability Floating output terminals Digital readout frequency and voltage of power generator, output voltage and current, loop resistance (load) Crystal controlled output frequencies for high stability Dual emergency stop Output Power - max. Output voltage Output Current - max. Output Waveform Frequencies Frequency stability in full temperature range Cycle Time Operating Temperature Range Display - LED 3-1/2 digits Overload Protection Underload Protection Thermal Protection Input Voltage Limits Dimensions Weight 500 VA V 5 A Square Wave 25,75,225,675,2025 Hz ±.005%(+25 Cref) 30,40,50,60,90 sec. -40 C to+70 C.56" high 550 VA max.,3a +70 e Ci5 C 100V min. 120V Max. 360 x 220 x 220 mm 7.5 kg

69 GENERATOR 550 The motor generator s mounted on s steel frame with a carrying support for comfortable transportation in the field by one person. A high quality self excited aircraft generator provides stabilized 110V and can deliver 550 VA of output power. A large gas tank for a full day's operation can be provided. SPECIFICATIONS WIDE-BAND FREQUENCY DOMAIN SYSTEM xas H. / B 225 Hi 2ft Hi»0 F5R LI S* Ll O" 10 -S" B ELFAST SURVEY SASKATCHEWAN Motor Alternator Voltage Frequency Phase Dimensions Weight Briggs and Stratton 4 Stroke 3 HPSAE 110V stabilized within±l% 400 Hz nominal Single 585 x 315x380 mm 29.5 kg J\ SANDSTONE PRECAMBRIAN A SEDIMENTS / GRAPHITE I SULPHIDES SURFACE METERS 3OO TURAM METHOD - LAYOUT lilt 3111«tTl - 36 lllnshiitil \ \ \ itar \ TYPICAL SURVEY AREA USING ELFAST

70 83 SGN 312 6PH ANNEXE 8

71 MAXIVIIM II EM Five frequencies: 22H, 444, BBB, 17"77 and 3555 Hz M a x i m u m coupled C horizontal-loop Ï operation with reference cable. Minimum coupled operation with reference cable Vertical-loop operation without reference cable Coil separations: 55, 50,100,150, 2OD and 25Dm Cwith cable 3 or 100,200,300,400,600 and BOO ft Reliable data from depths of up to IBOm C GOO ft} Built- in voice communication circuitry with cable Tilt meters to control coil orientation eme. i r -

72 SPECIFICATIONS : Frequenciea ; Modes of Operation: MAX : Coil Separations: Parameters Read; Readouts: Scale Ranges : Readability: V.L.. BSB and 3555Hz. Repeatability : Transmitter cod plane and receiver coil plane horizontal (Max-coupled; Horizontal-loop model Used with refer, cable. Transmitter coilplane honzontal and receiver coil plane vertical CfVlin-coupled mode). Used with reference cable. Transmitter coilplane vertical and receiver coil plane horizontal [Vertical-loop model. Used without reference CBble, in parallel lines. 25,50,100,150,200 E25Om tmmhj or 1OO, 2OO, 3OO, 4OO. SOD and BOO ft. [ N/IM H F ). Cotí separations m V.L.mode not restricted to fixed values. - In-Phase and Quadrature components of the secondary field in MAX and MIN modes. - Tilt-angle of the total field in V.L. mode. - Automatic, direct readout on 9Omm C3.5") edgewise meters in M A X and MIN modes. No nulling or compensation necessary. - Tilt angle and null in 9Omm edgewise meters m V.L.mode. In-Phase: Î2O%,Ï1OO% by pushbutton switch. Quadrature: i2o%.í1oov. by pushbutton switch. Tilt: t75% slope. NullCVLJ: Sensitivity adjustable by separation switch. In-Phase and Quadrature : Tilt : 1% O.5 %. Transmitter Output;. i D.5% to ±1% normally, depending on conditions, frequencies end coil separation used. 222Hz - BBBHz Hz Hz 175 Atm E 1BDAtm s 1OOAtm2 6OAtm E 3OAtm 3 Receiver Batteries: gv trans radio type batteries (4), Life: approx. 35hrs- continuous duty (alkaline, O.5 Ah], less in cold weather. Transmitter B a tt e r i e s : Reference Cable Voice Link : 12V 7.5Ah Gel-Cell rechargeable batteries [ 2 «BV in series]. Light weight 2-conductor teflon cable for minimum friction. Unshielded. All reference cables optional at extra cost. Please specify. Built-in intercom system for voice communication between receiver and transmitter operators in fvlax and MIN modes, via reference cable. Indicator Lights: Built-in signal and reference warning lights to indicate erroneous readings. Temperature Range: -4O"C to *BO"C [- IO D F to+1-ao FD. Receiver Weight: gkg (13 lbs.) Transmitter Weight: 13kg Shipping r 39 lbs.3 Weight: Typically SOkg C135lbs.D. depending on quantities of reference cable and batteries included. Shipped in two field/shipping cases. Specifications subject to change withoul notification. APEX PARAMETRICS LIMITED 2OO STEELCASE RD. E., MARKHAM, ONT.. CANADA, L3R 1GS Phone: 4163 Cobles: APEXPARA T O R O N T O Telex = NORDVIK TOR

73 83 S6N 312 GPH ANNEXE 9

74 Slingram 18 khz Horizontal-Loop Electromagnetic Unit. The equipment is designed for fast and accurate measurements. Modern electronic techniques are used in the instrument. Applications: Mineral prospecting, routine horizontal loop electromagnetic measurements in order to detect electrical conductors. Water exploration, detection of water bearing fracture zones and aquifers. Civil engineering, construction planning for buildings, highways, power plants and tunnels. Users: Research and education centres. Consulting firms. Prospecting companies. Features: Fast and simple to use. Automatic meter readout. Lightweight equipment. The instrument is availiable with either 18 khz or 3,6 khz. Choose frequency according to resistivity conditions. Excellent noise suppression under difficult conditions; surveying can be carried out even in the vicinity of power lines. Receiver prepared for connection to microcomputer based data collecting system.

75 Technical Specification: Operating frequency: Coil separation: Coil configuration: Parameters measured: Operating Temperature: Supplied with: Shipping weight: Hz or 3600 Hz 40 m, 60 m and 100 m Co-planar Real component (inphase) and Imaginary component (quadrature). 30 C to + 60 C Manual, Accumulators, Reference cable 40 m and 60 m, Shoulder straps, Charger, Foam lined wooden field/shipping case. 26 kg Transmitter Unit: Controls: Power supply: Dimensions: Weight: On Off switch Lamp indicator for function control Rechargeable Ni-Cd accumulator with LED-control 15 V, 4 Ah. Life: 10 hours continuous use. 575 x 575 x (31 90) mm. 7.5 kg Receiver Unit: - Controls: Off- Real Imaginary switch, Sensitivity range switch, Real and imaginary compensation adjustements (to be zeroed on. neutral ground before start of survey), i LED-control of accumulator status. \ Readout: Analogue meter, automatic direct readout on a analogue meter. \ No zeroing or compensation necessary. Sensitivity ranges, résolution: ±10 % res. +0,1 %,! ± 100 % res. ±1 %. i Power supply: + 18V 225 mah. Rechargeable j Ni-Cd accumulator with LED-control' Life: 6 hours continuous use. i Dimensions: 575 x 575 x (31 \ 150) mm. Weight: 6 kg \ Geological Survey of Sweden UPPSALA Box UPPSALA Telephone LULEÄ Box LULEÂ Telephone MALA Box MALA Telephone Division for ground geophysical instruments

76 83 S6N 312 6PH ' ANNEXE 10

77 lecnnicai uescnpiion of SE-88 Portable Genie Electromagnetic System Transmitter-Receiver Primary selector: 6.25 m m. 25 m. 50 m. 100m. 200 m plus Multiplier: x 1. x x 1-5. * 1 75 Maximum Transmitter-Receiver Separation Power Line Filtering 200 m under most conditions Greater separations may Pe possible depending on atmospheric and powehme noise. Internal^ switch se'ectabie e; 6C n- 5C and 3rd ha r mcnic Signal Averaging Time Switch selectable ai o- 16 Resolution of Ratio Display Power Supply Power Supply Endurance Operating Temperature Range Total Weight Console Dimensions Coil Dimensions Rechargeable Nickel-Cadmium batteries 20 hoiks continuous at 20 l C -30"C to +50'C 6 kg Length: 280 m m: Height: 230 m m: Depth 150 mm Length: 500 m m: Diameter. 45 m m Battery Charger Power Requirement Charging Time Weight Dimensions 120 V or 240 V, 50 Hz or 60 HZ. 50 VA 7 hours lor completely discharged batteries, subsequent automatic trickle charging. Transmitter and receiver batteries can be charged simultaneously. 4 kg Length: 290 mm; Height: 150 mm; Depth: 130 mm GENIE Transmuter SCIMTREX 222 Snidercrolt Road Concord Ontario Canada L4K 1B5 Telephone: (416) Cable: Geoscini Toronto Telex: Geophysical and Geochemica! Instrumentation and Services

78 83 SGN 312 6PH ANNEXE 11

79 AIRBORNE VLF EM EM18 The EMI 8 is an airborne VLF receiver working on the same patented principles as the EM16 ground VLF EM. The EM18 measures the inphase and quad-phase components ol the vertical secondary magnetic field relative to the horizontal primary field radiated by a variety ol VLF radio transmitters located throughout the world- As with the EM16, the measurement of a ratio makes the system independen! of changes in the VLF field strength. The signals are sensed by a pair of receiver coils mounted rigidly to Ihe exterior oi the surve/craft. Any type of helicopter or fixed-wing aircraft can be outfitted with an E M 1 8 by means ol a nose stringer, wing strut or side-boom configuration. Groundborne or water-borne installations are also possible. Signals introduced by pitch and roll motions of the surveycraft are compensated out by an electrically derived signal trom a gyroscope internal to the aircraft. * The EM18 VLF system can be used to locate and define areas of anomalous electrical conductivity and as such can supply considerable geological data to supplement other geophysical data obtained from dipolar E M, radiometiic and magnetic surveys. Specifications MEASURED QUANTITY SENSITIVITY NOISE LEVEL OUTPUT LEVEL OUTPUT RESPONSE PITCH COMPENSATION OPERATING FREQUENCY POWER SUPPLY DIMENSIONS WEIGHTS In-phase and quad-phase components of vertical magnetic field as a percentage of horizontal primary field. ± 2 5% lull scale deflection ±1% ±10 volts into 20 kfi minimum load Second order low pass filter with a 0.5 second rise time. Electronically derived from a vertical sensing gyroscope khz VLF Radio Band. Station selection done by means of plug-in units VDC {135 watts) Console : 19.5 x 19.5 x 50 cm Gyroscope : 14.7 x 19.7 x 13.6 cm Preamplifier : 15 cm long 10 cm diameter Coil Assy. : 35x16 x6 cm Console Gyroscope Preamplifier : Coil Assy. Shipping : 5-9kfl 3.0 kg 1.1kg 0.8 kg 28 kg

80 83 SGN 312 6PH ANNEXE 12

81 UPOLAR EM INSTRUMENTS HELICOPTER EM SYSTEMS EM33-2 The E M 3 3-2, an upgraded version of the highly successlul coaxial coil E M 3 3 1, operates simultaneously at two widely spaced frequencies. The low frequency, which is a factor of two lower than in previous systems, pro' vides improved overburden rejection. The upper frequency, a decade higier than the lower, improves conductiviiy mapping capability, enhances detection ol weak conductors in resistive environments and provides increased target definition. Specifications EM33-1 High quality data with repeatability and proven reliability the Geonics E M 3 3 represents a significant advance in the stale-ot-the-art in helicopter electromagnetic exploration systems. The use of high quality composite material for the bird shell and our unique suspension system eliminate bird bending as a source of noise. This means the data is not degraded by turbulence and the system produces as long as the pilot can fly. The 6 meter bird facilitates easy shipping and handling. A total hook load of 165 kg allows the use of light to medium lift turbine helicopters depending on the terrain. State-of-the-art electronic signal processing insures trouble-free operation while providing large dynamic range, low zero drift, and immunity to atmospheric and cultural interference. Specifications MEASURED QUANTITY NOISE ZERO DRIFT CALIBRATION COIL SEPARATION COIL ORIENTATION OPERATING FREQUENCY POWER SUPPLY CONSOLE OUTPUTS OUTPUT INTEGRATION OUTPUT LEVELS DIMENSIONS WEIGHT In-phase and quad-phase components of received magnetic field in parts per million ol primary field. Noise envelope less than 0.5 ppm for 1 sec. integration. Typically less than 15 p p m per hour. Manual electronic correction from console. 'O-coif internal to bird gives inflight gain and phase cal bralion by means of push button activation from console. 6 meters Vertical Coaxial or Horizontal Coplanar 736 Hz nominal VDC (225 watts) In-phase Quad- phase 50/60 Hz power line monitor analog or fiducial Spherics monitor - analog or fiducial Second order tow pass filter, tn-phase and quad-phase outputs are simultaneously available at two rise times, typically 0.6 and 2.4 sec. ± 1.0 volt FSO (with xi 0 over-range)from low impedance source. Console Bird : 19" x16" X5.25" : 7.3 m {with end caps) In length; 0.5 m diameter Tow Cable : 30 m in length Console : 10 kg Bird :165 kg hook load Only those specifications different from the EM33 1.aie listed. OPERATING FREQUENCIES 360 H: and 3630 Hz(nominar) ( «.» COIL ORIENTATION 380 Hz - Vertical Coaxial 3630 Hz T Vertical Coaxial (Optional Horizontal COIL SEPARATION POWER SUPPLY CONSOLE OUTPUTS ^ -Coplanar available). 5.4 mehre*** ^ C '.'* VDC<6O0 watts) Jn phase and quad phase of 380 Hz coaxial coil parr. In-phase and quad-phase of 3630 Hz coaxial coil pair. P o w e r line monitor Spherics monitor DIMENSIONS Power Junction Box: 19" x 22" x 5.25" WEIGHT Console :11kg EM33-3 Power Junction Box: 16 kg Bird :180 kg hook load Created by the addition of a third m a x i m u m coupled coil system (horizontal coplanar) to the EM33-2. the EM33-3 generates six channels of highly diagnostic data with its multi-frequency, multi-coil configuration. This unique combination of dipoles and frequencies provides the necessary data to facilitate (i) improved overburden rejection (ii) improved definition and geometrical characterization o) conductors (iii) better classification of conductors cultural or natural and (iv) improved terrain conductivity mapping. Specifications Only those specifications different from the EM33-1 are listed. OPERATING FREQUENCIES 380 Hz Hz and 3630 Hz (nominal) COU ORIENTATION 380 Hz - Vertical Coaxial 2860 Hz Horizontal Coplanar 3630 Hz - VerticaTCoaxial^ _. COIL SEPARATION POWER SUPPLY CONSOLE 0UT?UTS DIMENSIONS WEIGHT 5.4 meters vv-* ^ V * VDC p0"0 wattsís^" In-phase ana quad-phase of 380 Hz coaxial coil pair. In-phase and quad-phase of 2860 Hz coplanar coif pair;;- ^ N ^. Irvphase and quad-phase of 3630 Hz coaxial coil pair. Power brie monitor Sperics monitor Power Junction Box: 18" x 22" x 5.25" Console : 12 kg Power Junction Box: 16 kg BM :195 kg hook load