BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL B.P. 6009-45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01 0 POSSIBILITÉS DES MÉTHODES ÉLECTROMAGNÉTIQUES DANS LE DOMAINE DE L'HYDROGÉOLOGIE par J. MAILLARD - J. VALENTIN Département géophysique B.P. 6009-45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01 Rapport du B.R.G.M. 83SGN312GPH Réalisation : Département des Arts Graphiques
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
SOMMAIRE page 1. INTRODUCTION 1 2. GENERALITES 2 3. LES PRINCIPAUX SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES UTILISES 2 1.1. Méthode V.L.F. 3 1.2. Méthode V.L.F. EM 16 R 5 1.3. Méthode magnéto-teiiurique 7 1.4. Méthode magnéto-tetlurique artificielle 10 2. SYSTEME A EMETTEUR FIXE PROCHE 12 2.1. Méthode Mélos. 12 2.2. Méthode Syscal EM 14 2.3. Méthode Turam 15 3. SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES A EMETTEUR ET RECEPTEUR. MOBILES 18 3.1. Méthode Apex - MAX-MIN II 18 4. ELECTROMAGNETISME AEROPORTE. 21 4.1. Méthodes EM-Héli portées 21 CONCLUSION 22
- 1-1. 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.
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.
- 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.
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. 15-25 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 10 300onm-meters 100 3000 ohm-meters 1000-30000 ohm-meters 0-90 degrees Resistivity : ± 2% full scale Phase :±O.5 Null by audio tone. Resistivity and phase angle read from graduated dials. 15-25 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)
- 3-1.1. 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).
- 4 -. ElmzwU dz püx (79S2). Appareillage EM 16 : 40 000 F. SYSCAL VLF : 55 000 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].
- 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. 1.2. 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.
BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIERES Département de la technologie B.P. 6009-45060 ORLÉANS Cedex tél.: (38) 63.80.01 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.
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 : 15-30 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 : 15-30 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.
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 : 60 000 F. Prix du SYSCAL VLF du B.R.G.M. : 55 000 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 ;
- 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 : 1975 - 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). 1.3. 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 :
- 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 : 150.000 F La méthode s'emploie en sondages ou en profils.
- 9 -. 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
- 10-1.4. 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 130. 0QO 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.
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) 7 500 50 200 250 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.
- 11 -. 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.
- 12-2. 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.
- 13 - 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.
- 14 - - 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.
- 15 -. 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. 2.3. 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).