1 Géologie, géotechnique, risques naturels, hydrogéologie, environnement et services scientifico-techniques INTERPRETATION ET ANOMALIES DE LA PROSPECTION À RÉSONNANCIA MAGNÉTIQUE (MRS) INTERPRETATION DES DONNÉES ANOMALIES ET LES PARTICULARITÉS DE LA MÉTHODE REGISTRE DU SIGNAL DU DISPOSITIF DE MESURE DE LA NUMISTM TRAITEMENT DU SIGNAL AVECLE BRUIT "EM" INVERSION DE SIGNAL MRS Direcció: Valentí TURU i MICHELS Av. Príncep Benlloch 66-72 Edifici Interceus, despatx 407 Telèfon i fax: 321815-820323 Email: igeotest@myp.ad http://www.igeotest.ad
2.1 INTERPRÉTATION DE LA RESONANCE MAGNÉTIQUE Traduction de Romain Roger Roch GIL, Ingénieur géologue de l'école nationale supérieure de géologie (Nancy) 2 Lors de l'interprétation d'un sondage à résonance magnétique (MRS), il faut tenir compte du niveau de bruit électromagnétique (EM), ainsi que d'une série d'anomalies topographiques et d'orientation. 2.1.1 Interprétation des données Lorsque la prospection géophysique est effectuée, il faut choisir la(les) dimension(s) du modèle. En principe, on attribue au sous-sol une série de propriétés constantes par zones plus ou moins étendues (unités géologiques, géophysiques), basée sur des simplifications justifiées par la géologie, les grandeurs physiques mesurées ou d'autres données existantes. Si l'on suppose que le sous-sol est composé de niveaux horizontaux, cela signifie que les propriétés ne peuvent varier que dans le sens vertical (modèles 1D), ce qui est une simplification importante, mais qui fonctionne assez bien, en pratique. Les structures 2D impliquent que les propriétés varient dans les deux sens (dans le plan ZX) et sont constantes dans la direction Y, tandis que pour une structure 3D les propriétés du sous-sol varient dans les trois directions. Il existe essentiellement deux approches différentes en ce qui concerne la géométrie du modèle d'inversion. De nombreux modèles d'inversion définissent des niveaux (en 1D), des cellules (en 2D) ou des volumes (en 3D) et on cherche à déterminer les valeurs des paramètres physiques de ces unités géométriques. Mais la géométrie en elle-même n'est pas connue, ce qui est le cas d un modèle d'inversion en 1D, où nous devons trouver la profondeur et l'épaisseur des couches. La tâche fondamentale de la conception de prospection géophysique est de déterminer pour une propriété physique du sous-sol, la méthode géophysique la mieux adaptée à sa détermination. Une fois la prospection terminée, et les données obtenues, il faut déterminer un modèle auquel on peut assigner les propriétés physiques mesurées. Celui-ci est décrit par une formulation mathématique plus ou moins complexe. Les mesures d un MRS visent à augmenter l intensité d'excitation (impulsion électrique), à l'aide d'une antenne fixe sur le site à étudier. L'augmentation de l intensité d'excitation fait que les régions les plus profondes sont couvertes subséquemment et l effet des parties les plus superficielles s annule. L ensemble des données collectées lors de la prospection consiste en une diminution de l'amplitude et de la phase pour une intensité d'excitation. La relation entre les données et les paramètres d'inversion peut-être variée (Figure 1).
3 Figure 1 : Schéma de la relation entre les données mesurées et les paramètres obtenus pour l'inversion d'un MRS. (Yaramanci et al. 2007). L'acquisition des données est réalisée avec le programme d Iris Instruments, PRODIVINER (V3.01), tandis que l'interprétation des données se fait par la création d'une matrice (Mrs DOS) pour la lire. Une fois ceci effectué, l inversion est réalisée avec les programmes SAMOGON SAMOVAR en 1D.
4 PRODIVINER : PROGRAMA D ACQUISICIÓ Finestra de configuració forma i dimensió de l antena Valor del camp magnètic terrestre Acord dels condensadors per a la injecció de la corrent número d accumulacions número de moments tria de la constant de temps T1 o T2* botó ON/OFF En marxa Gama de tensions d entrada Filtres de el.liminació Corba de camp : amplitud inicial en funció del moment d impulsió Finestra senyal Valors del moment d impulsió, amplitut inicial, de T2*, de la freqüència mesurada amplitud inicial E 0 Soroll accumulat Envolvent del senyal de relaxació en funció del temps Espectre del soroll Freqüència d emisió Soroll ambient time (ms) Pausa aturada numéro d impulsion en curs, i nombre de stacks nombre de saturacions Estat de la bateria Figure 2 : Programme d'acquisition de données pour un MRS, Prodiviner (3.01).
5 Une fois que les données ont été acquises on peut effectuer le modèle d inversion de celles-ci en 1D. A partir des mesures des différentes impulsions qi (figure 3a) on construit les graphiques (qi, Ei) et (qi, T* 2 ) (Figure 3b), qui permettent d obtenir la distribution de la teneur en eau et de la taille des pores en profondeur (Figure 3c) Figure 3: Représentation et Inversion des données. a) Représentation de la relaxation de l amplitude pour chaque moment d impulsion (qi). b) Avec chacun des moments d impulsion on obtient la représentation de la courbe de terrain. c) Modèle d inversion à partir des courbes de terrain, la teneur en eau est représentée ici en fonction de la profondeur. L'interprétation d'un sondage MRS est réalisée en appliquant la méthode inverse avec le programme SAMOVAR. Pour cela, un milieu stratifié est généré (à l'échelle et aux dimensions de l'antenne utilisée), représenté par un tableau de données (MRM), qui inclut les réponses théoriques d'une série de couches résistives situées à des profondeurs différentes. Cette matrice tient compte des conditions locales : dimension de la spire, forme de l'antenne, orientation de celle-ci, résistivité, intensité du champ magnétique et inclinaison. L'interprétation d'un sondage MRS peut également se faire sans la matrice, en utilisant le programme SAMOGON. Celui-ci permet également de calculer l'erreur RMR entre la courbe théorique et celle qui est expérimentale. Dans ce programme les paramètres des couches sont modifiés (résistivité, amplitude et temps de relaxation) jusqu'à ce que le modèle de distribution d'eau corresponde autant que possible avec les graphiques obtenus sur le terrain.
6 On peut estimer le type d'aquifère, en fonction de la courbe de terrain d'un signal MRS (Figure 4). Des cas équivalents existent. D'autre part, une classification simplifiée des types d'aquifères est représentée en Figure 5. On y observe que les milieux fracturés peuvent présenter une amplitude importante, mais une faible perméabilité (voir par exemple TURU, 1998). En revanche les terrains karstiques peuvent présenter les deux (perméabilité et teneur en eau élevées). Finalement, les terrains alluviaux et poreux présentent en général des caractéristiques intermédiaires. EXEMPLES DE CORBES DE SONDATGE MRS TEÓRIQUES AQÜIFER AQÜIFER AQÜIFER AQÜIFER AQÜIFER AQÜIFER SUPERFICIAL PROFUND DOBLE MIG ESPÈS MÚLTIPLE senyal senyal senyal senyal senyal senyal Figure 4 : Représentation de la réponse du signal MRS pour différents types d'aquifères
7 PERMEABILITAT TIPUS KARSTIC, FRACTURES TIPUS SEC : - Roca dura si résistiu TIPUS AQÜÍFER : - Aigua dolça si résistiu - Aigua salada si conductor TIPUS GUIX - Argila si conductor CONTINGUT EN AIGUA Figure 5: Classification simplifiée des couches aquifères et des terrains secs