Embed Size (px)
Citation preview
BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01
0°
POSSIBILITÉS DES MÉTHODES ÉLECTROMAGNÉTIQUESDANS 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
DANS
J
ITES
LE
.MAI
DES
DOMAI
LLARD
83 SGN 312 GPH
METHODES
NE DE L1
par
ELECTROMAGNETIQUES
HYDROGEOLOGIE
- J. VALENTIN
Avril 1983
D o c u m e n t p u b l i c R E S U M E
Dans le cadre des travaux propres du B.R.G.M., le dépar-
tement Géophysique (fiche appui à l1hydrogéologie] a rassemblé une
documentation relative aux méthodes électromagnétiques et les dif-
férents systèmes de mise en oeuvre susceptibles de trouver une appli-
cation dans le domaine de 1'hydrogéologie.
Les différents systèmes sont passés en revue et leurs
possibilités d1applications 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 51.3. Méthode magnéto-teiiurique 71.4. Méthode magnéto-teTlurique artificielle 10
2. SYSTEME A EMETTEUR FIXE PROCHE 12
2.1. Méthode Mélos . 122.2. Méthode Syscal EM 142.3. 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 sis-
mique 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 élec-
trique et sismique réfraction,
- les progrès apportés dans l'interprétation des sondages élec-
triques (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
OPERANT1DANS LE DOMAINE FREQUENTIEL
PROSPECTION AU SOL
Quantité ^ ^ ^mesurée ^^-^^
ANGLE D'INCLINAISON
COMPOSANTES
REELLES ET IMAGINAIRES
rapport des AMPLITUDES
et différence de PHASE
COMPOSANTES des
CHAMPS ELECTRIQUE
et MAGNETIQUE
SYSTEMES A EMETTEUR FIXE
EMETTEUR LOINTAIN
AFMAG
V.L.F. (*) x
tg s Re(Hz)/HpV.L.F.
e a Im(Hz)/Hp
Dispositif du C.R.G.
de GARCHY (traineau)
EM 16 R
MAGNETO-TELLURIQUE
EMETTEUR PROCHE
dispositifs à boucle
émettrice verticale ou à
boucle émettrice horizontale
boucle horiz.rect.TURAM
câble long
MELOS dipôle magn. vert.
dipôle magn. vert.EM R 16 -
dipôle magn. horiz.
dispositif de GOLDSTEIN
dipôle elect, horiz.
SYSTEMES A
EMETTEUR RECEPTEUR
MOBILES
dispositif "broadside"
dispositif "in line"
SHOOTBACK (vert, et hor.)
boucles horizontales copian,boucles verticales copian,boucles verticales coaxial.MAX-MIN
- 2 -
L'objet de ce rapport est de présenter les méthodes électro-
magnétique 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 élec-
trique en courant continu, une investigation horizontale où la répartition
de ces mêmes propriétés du sous-sol sont étudiées pour une même profon-
deur 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
EM16One of the most popular and widely used electromagnetic instruments, 1he E M 1 6VLF receiver makes the idea! reconnaissance E M . This can be attributed to its fieldreliability, operational simplicity, compactness anö mutual compatibility with otherreconnaissance instruments such as portable magnetometers and radiometric detec-tors.
The VLF method of E M surveying, pioneered by Geonics, has proven to be a simpleeconomical means of mapping geological structure and fault tracing. The applicationsare many and varied, ranging from direct detection of massive sulphide conductorsto the indirect detection of precious metals and radioactive deposits.
FEATURES
• The E M 1 6 is the only VLF instrument thai measures the quad-phase as well asthe in-phase secondary field. This has the advantage oí providing an additionalpiece of data for a more comprehensive interpretation and also allows a moreaccurate determination of the tilt angle.
• The secondary fields are measured as a ratio to the primary field matting themeasurement independent of absolute field strength.
• The E M 1 6 is the only VLF receiver thai can be adapted to measure VLFresistivity.
SpecificationsMEASURED QUANTITY
SEHsmvrnr
RESOLUTION
O U T P U T
OPERATING FREQUENCY
OPERATOR CONTROLS
P O W E R SUPPLYDIMENSIONSWEIGHT
In-phase and quad-phase components of vertical mag-netic field as a percentage of horizontal primary field.(i.e. tangent of the tilt angle and ellipticity)
In-phase : ± 1 5 0 %Quad-phase : ± 4 0 %
±1'ANulling by audio tone. In-phase indication from mechan-ical inclinometer and quad-phase from a graduated dial.15-25 kHz VLF Radio Band. Station selection done bymeans of plug-in units.On/Off switch, battery tesf push button, station selecto'switch, audio volume control, quadrature dial, inclinometer.
6 disposable "AA1 cells4 2 x 1 4 x 9 c mInstrument: 1.6 kgShipping : 5.5 kg
EM16RA simple, button-on attachment to the E M 1 6 converts it to a direct reading lerrratnresistivity meter. The E M 1 6 R attachment interfaces a pair of potential electrodes tothe E M 1 6 enabling the measurement of the ratio of, and the phase angle between.the horizontal electric and magnetic fields of the plane wave propagated by distantVLF radio transmitters.
The E M 1 6 R is direct reading in ohm-meters of apparent ground resistivity. If thephase angle is 45° , the resistivity reading is the true value ant) the earth is unilormto the depth of exploration (i.e. a skin depth). Any departure from 45° of phase in-dicates a layered earth. T w o layer interpretation curves are supplied with each in-strument to permit an interpretation based on a two layer earth model.
This highly portable resistivity meter makes an ideal tool for quick geological map-ping 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
SpecificationsM E A S U R E D QUANTITY
RESISTIVITY R A N G E S
P H A S E R A N G E
RESOLUTION
O U T P U T
OPERATING F R E Q U E N C Y
INTERPROBE SPACINGROBE INPUT IMPEDANCE
DIMENSIONS
W E I G H T
• Apparent Resistivity of the ground in ohm-meters• Phase angle between E x and H y in deorees• 1 0 — 300onm-meters• 1 0 0 — 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 fromgraduated dials.15-25 kHz VLF Radio Band. Station selection by meansof rotary switch.10 meters
100 M Í ) in parallel whth 0.5 picofarads1 9 x 1 1 . 5 x 1 0 c m .(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 géo-
métrie 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).
Le récepteur est léger (mains de 5 kg avec son étui) et simple
de mise en oeuvre.
- 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 micro-
processeur 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
. recherches eaux souterraines en milieu fissuré Czones
de socle).
. 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 magnéto-
tellurique où les paramètres mesurés et lus directement sont
- une résistivité apparente pa •
- le déphasage 0' entre Ex et H.y.
BUREAU DE RECHERCHESGÉOLOGIQUES ET MINIERESDépartement de la technologie
B.P. 6009 - 45060 ORLÉANS Cedextél.: (38) 63.80.01
L'expérience acquise lors de la mise a u point deséquipements SYSCAL-R et S Y S C A L - E M a conduit leB . R . G . M . à la réalisation d'un appareil de prospectionutilisant les ondes VLF.
Le SYSCAL-VLF possède trois modes de fonctionnement :mode inclinaisonmode résistivimètremode D E M A S C
M o d e inclinaison
Mesure de l'intensité du champ primaire Hx,lecture directe d'angle d'inclinaison et déllipticité,calcul de la dérivée de Fraser
M o d e Résistivimôtre
calcul de la résistivité apparente pour la fréquence del'émetteur VLF choisi,mesure du déphasage entre les champs électrique etmagnétique 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 mesuredu déphasage et du rapport des amplitudes entre lescomposantes magnétiques reçues par les capteurs surfaceet fond.
With the experience in design and manufacturingSYSCAL-R and SYSCAL-EM, B.R.G.M. is developinga new product using VLF waves.
The SYSCAL-VLF permits three operating modes :Tilt-angle moderesistivity modeDEMASC mode
Tilt-angle m o d e
measure of primary fielddirect reading of tilt angle and ellipticitycalculation of Fraser derivative.
Resistivity m o d e
calculation of apparent resistivity according to transmit-ting 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 ofmagnetic components between surface and in-holesensors.
SYSCAL-VLF
Spécifications.
Emetteurs utilisés :
tous émetteurs VLF dans la g a m m e de 15 à 25 KHz.
Intensité min imum du champ primaire :
2000 n A / m dépendant du bruit de fond.
Paramètres mesurés :
champ primaire Hx en n A / mtg ') (') angle d'inclinaison) en % : i 100 %
éllipticité: en % : t 1 0 0 %résisîivité apparente en a mrapport 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 imoyennes de tg <t, L , ,~ et -valeur de la dérivée de Fraser
Précision absolue :
± 1 0 % pour la résistivité
± 2 ° pour la phase
T e m p s de lecture :
15 - 30 secondes {dépend de l'intensité du signal)
Code de fonctionnement :
un code signale à l'opérateur le bon fonctionnement del'appareil ainsi que les anomalies de manipulation
Clavier :
sélection des fonctions par cfavier 8 touches à membrane souple
Sélection des émetteurs :
la sélection des stations s'effectue par changement de cartefacilement accessible Chaque carte est équipée de troisstations commutables manuellement sur la face avant del'appareil. Lors de la mise en marche, la fréquence de l'émetteurs'affiche automatiquement.
Cartes proposées :
Europe
Pacifique IndienEuropeAmérique du NordAmérique du Sud
G B R (16.0 KHz), F U O
NWC (22.3 KHz), N D TU M S {17 1 KHz), F U B*N L K (24.8 KHz), N A AL PZ (23.6 KHz), N A A
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 A Aconsommation : ± 50 m A .
Présentation :
boîtier aluminium étanche
dimensions : 130 x 245 x 160 m mpoids : 3,8 Kg
capteurs en T placés sous le boîtier
Accessoire livré :
emballage antichoc
Specifications.
Transmitting stations used :
any VLF transmitting station in the 15 to 25 KHz range
M i n i m u m 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 : horizontalcomponent
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 zaverage 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 inprocessing or execution
Keyboard :
function selection by 8 keys under supple membrane
Operating transmitting stations :
easily interchangeable cards. On each card three stationscan be selected by a switch on the front panel. When switchedon, station frequency is automatically displayed
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)
EuropeIndian Pacific
EuropeNorth AmericaSouth America
Any other arrangement on request.
Reading :
direct reading on LCD
Power supply :
12 batteries 1.5 V, size A A (pen fight)alkaline cellsconsumption : ± 50 mA.
Mechanical information :
water-proof aluminium case,dimensions : 130 x 245 x 160 m mweight : 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 appré-
cier l'intensité minimum d'un signal sonore au moyen de deux poten-
tiomètres sur lesquels la résistivité apparente et le déphasage sont
lus directement. Avec le SYSCAL-VLF, la lecture se fait sur un affi-
cheur 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 con-
traire.
Les appareillages décrits sont légers et compacts et ne nécessi-
tent que l'intervention de deux personnes pour leur mise en oeuvre.
Le boitier "Radiohm" et une ligne tellurique avec deux élec-
trodes 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-
pection ;
rendement élevé.
- 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 l1EU 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 homo-
gène 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 est
2,72 fois plus faible?.
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
- mise en oeuvre relativement simple ;
- profondeur d'investigation importante [selon la fréquence
utilisée) ;
- méthode en général plus rapide que la méthode électrique
classique.
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'in-
terprétation, ce qui est gÊnant pour les recherches hydrogéologiques.
De ce fait, on utilise souvent de façon conjointe la pros-
pection 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
Audio-magnétotelluric system par Southwest Research Institut
Texas Cannexe 2).
- 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 Géo-
physiques 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'en-
semble 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 tran-
che de terrain intéressée est donc faible.
M A G N E T O - T E L L U R I Q U E A R T I FICIE LL E (appareil du C . R . G . de Garchy)
507 500
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
- rapidité de mise en oeuvre,
- mesures faites point par point ou de façon continue,
- électrodes capacitives intéressantes sur des sols résis-
tants.
- 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 con-
trôlée, 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 trans-
mis au voisinage de la surface.
Le processus de sondage du sous-sol utilise alors la pénétra-
tion 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 re-
cherche 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 pétro-
lière.
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 son-
dage Mélos par rapport au sondage électrique sont :
- rapidité et facilité de mise en oeuvre,
- importance moindre des variations latérales de résis-
tivité,
- 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 tel-
lurique (Ey] par rapport à la direction supposée de la structure recher-
chée,
- 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 micro-
processeurs.
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 compara-
bles au Hélos.
- 15 -
. I1EM 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 rec-
tangulaire.
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'éloigneHA
de l'émetteur les mesures du rapport •;-=• doivent être normalisées, pourHA
le câble émetteur, les rapports -r^ sont divisés par RA/RB (R étant laHn
distance câble-bobines A ou B).
- 16 -
Deux sociétés : ABEM (Suède] et SCIIMTREX (Canada] proposent
des équipements TURAM. A noter que la société canadienne ANDROTEX com-
mercialise un TURAM à affichage numérique = I1ELFAST.
HAEn 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 :
- un dispositif générateur,
- un câble isolé, mis a la terre à ses extrémités (ou
une boucle rectangulaire].
. Ré.c.e.ption
- un compensateur TURAM,
- deux cadres d'induction avec amplificateur et écouteur
téléphonique.
Le. rapport et la différence de phase entre les champs électro-
magnétiques 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'équi-
pement SCINTREX et 25, 75, 225, 675, 2025 Hz pour l'équipement ELFAST.
. ?/Ux de. Vé.qvU.peme.n£ TURAM : environ 70.000 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 .
- 17 -
Comme pour d'autres méthodes E.M., la profondeur d'inves-
tigation 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
- Avantage de la source fixe : réponse simple à l'aplomb
du conducteur.
- 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.
conducteur.
- Influence du milieu encaissant sur les données.
- 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'en-
caissant est suffisant.
- Localisation de galeries souterraines pleines d'eau
[méthode TURAH classique et avec mise à la masse). Exemple galerie de
PORT MIOU.
TABLEAU II
SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES MESURANT
LES COMPOSANTES REELLES ET IMAGINAIRES
(Emetteur - Récepteur mobiles)
ABEM
APEXPARAMETRAS
GEONIX
MAC PHAR
SCINTREX
Nom dudispositif
DEMIGUN
MAX-MIN.
EM 17
EM 17 L
VHEM
SE 600
Fréquences(Hertz)
880 et 1640 Hz
222 - 444 -888 - 1777 et3555 Hz
1600 Hz
817 Hz
6000-2400 Hz
1600 Hz
DistanceEmetteur/Récepteur
30 - 60 - 90150 - 180 m
30 - 60 - 90et 120 m
30 - 60 - 90et 120 m
50 - 100 -150 et 200 m
50 - 60 - 90ou 40 - 80 m
60 ou 90 m
Remarques
boucles horizontales
boucles horizontalesou bouc. T horiz.et bouc. R vertic.
boucles
horizontales
boucles horizontales
boucles horizontales
- 18 -
- TURAIR (SCINTREX) équivalent semi-aéroporti du TURAM.
- ELFAST (Androtex] Canada (Documents Annexe 7]
3. SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES A EMETTEUR ET RECEPTEUR MOBILES mesurantles 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).
3.1. 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 la-
quelle 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 ré-
férence de 25, 50, 100, 150, 200 ou 250 m. Les fréquences d'opération
sont 222, 444, SBS, 1777 et 3555 Hz.
- 19 -
La boucle d'émission interne horizontale crée un champ magné-
tique 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 : 45 000 F [prix 1981 - 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],
- 20 -
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 con-
ductance.
- Détermination de la profondeur et du pendage de la
structure reconnue .
- Utilisation possible sur substratum granitique avec
faible épaisseur d'altération.
- Nécessité de maintenir constante la distance émetteur-
récepteur (une erreur de 1 % sur cette distance entraine erreur de 3 %
sur la mesure].
- Corrections topographiques, sur la composante réelle,
nécessaires en terrain accidenté.
- Influence des formations conductrices superficielles
sur l'interprétation.
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.
- 21 -
Exemples : Expérimentations en Afrique pour la recherche d'eaux sou-
terraines. [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, 932-955].
. 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 détec-
tion 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.
On retrouve dans ce domaine les différents systèmes EM mis
en oeuvre au sol.
. 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).
- 22 -
CONCLUSION
Dans les prohlèmes posés à la Géophysique dans le domaine
de l1hydrogéologie, 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 électromagné-
tiques. 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 exa-
minés 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.
ANNEXES
Annexe 1 - Résistivimètre Magnéto-tellurique C.R.G.
Annexe 2 - Audio Magneto-telluric system S.R.I.
Annexe 3 - Mélos
Annexe 4 - Syscal EM
Annexe 5 - Foraco-Fault Detectqr
Annexe 6 - Turam
Annexe 7 - ELFAST
Annexe 8 - MAX-MIN II
Annexe 9 - Slingram 18 KHz
Annexe 10 - SE 88 .
Annexe 11 - Airborne tfl_F EM
Annexe 12 - Helicopter EM system
B.R.G.M.
B.R.G.M.
-FORACO
ABEM
ANDROTEX
APEXr-Parametrics
G.S.S.
SCINTREX
GEONICS
GEDNICS
ANNEXE 1
83 S6N 312 GPH
A N V A R
Agence Nationale de Valorisation de la RechercheEtabli* • • 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 • 92200 NEUILLY-SUR-SEINE
Tél. 637 44-60 • 637 50>60
Dossier ANVAR N"2415
110473/8
N o m de l'appareil : Résistivimètre magnéto-tellurique.
Origine de l'invention : Centre de Recherches Géophysiques(Garchy).Laboratoire propre du C N R S
Nom des Inventeurs : A. JOLIVETY. BENDERITTER
Mots clés :
Géophysique
Résistivimètre(magnéto-tellurique)
RESISTIVIMETRE MAGNETO-TELLURIQUE
PAYS
LICENCIES
Le fait d'accéder directement sur le terrain à la résistivité apparente permet de recon-naître immédiatement les zones d'anomalies. Il devient possible alors de modifier aucours des mesures le programme établi, en resserrant par exemple les stations dansune zone qui se révèle intéressante.
5 - Présentation des résultats
L'emploi du résistivimètre magnéto-tellurique permet donc d'obtenir directement surle terrain, à chaque station, un diagramme sur lequel les résistivités apparentes sontreportées 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'épaisseurdonnées. Un calcul programmé permet ultérieurement de préciser ces paramètres sinécessaire.La façon précédente de procéder, par « sondage magnéto-tellurique », conduit auxrésultats les plus élaborés. Dans certains cas, lorsqu'il s'agit de détecter la présenced'une anomalie et d'en préciser la direction par exemple, on procédera par « profi-lage » en n'effectuant à chaque station qu'une seule mesure à une fréquence déter-minée. O n 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 E C A17, av. du Château92190 M E U D O N B E L L E V U E
VENTE : SAPA102, Avenue Jean-Jaurès
94100 S A I N T - M A U R - D E S - F O S S E S
Tél. 883.33.37 FRANCE
1 - Introduction
Cet appareil permet de mesurer simultanément Íes amplitudes des variations de deuxcomposantes d'un champ électromagnétique dans, une g a m m e de fréquence de 2 à2 000 Hz .
Il est destiné à la mesure de quantités très faibles. Le capteur magnétique, inductif, estparticulièrement sensible. Il est constitué d'un bobinage placé sur un noyau de grandeperméabilité. Grâce à une contre-réaction interne, sa sensibilité est rendue constanteentre 2 et 2 000 Hz et reste insensible aux effets de température. Il détecte couram-ment des amplitudes de l'ordre de 10~H0e. Le capteur électrique est constitué dedeux électrodes en laiton reliées aux circuits électroniques par deux câbles. Il permetde 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 etde filtrage avec sorties du signal avant filtrage ou après filtrage aux fréquences préré-glées 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 électroma-gnétique naturel. Elle permet de déterminer la résistivité des terrains sous-jacents àpartir des mesures effectuées à la surface du sol.Si Ex et H y sont les amplitudes respectives des variations du c h a m p tellurique et duchamp magnétique suivant deux directions perpendiculaires horizontales, la résistivité(P) d'un terrain homogène — ou la résistivité apparente ( Pa) d'un terrain quelconque —est donnée par :
P(OU«,)=TV (IM5 F
où F est la fréquence de ces variations. (Pest exprimé en Q m , F en Hz, Eet Hy en my).
* en
C o m m e ces phénomènes obéissent à la loi de l'effet de peau, les renseignements obte-nus 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 k m ) . Notons que cette profondeur de pénétration dépend évidemmentde 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 fréquencepour faire varier cette profondeur.D'autre part les courants étudiés étant variables, les terrains résistants ne forment pasécran c o m m e dans le cas des méthodes géophysiques qui utilisent des courantscontinus.Enfin l'emplacement de la station de mesure ainsi que l'orientation du capteur électri-que (tellurique) ne sont pas conditionnés par la position d'un système d'émission,avantage que ne connaissent pas d'autres méthodes électromagnétiques dites artifi-cielles.
3 - Caractéristiques particulières aux mesures magnéto-telluriques
Après avoir ajusté le gain des voies d'amplification en fonction du niveau des signauxà une fréquence donnée, la mesure consiste à opposer les tensions mesurées sur lesdeux voies. L'affichage direct de la résistivité correspondante est obtenu lorsqu'unetension nulle apparaît sur l'indicateur de contrôle prévu à cet effet. Les résistivitésmesurables sont comprises entre 0,1 et 100 000 Û m .Suivant la nature du signal, on peut choisir d'opérer suivant l'une des deux méthodessuivantes : •— si les signaux magnétique et tellurique ont une grande ressemblance, c'est-à-diresi les rapports d'amplitude sont presque constants et les déphasages minimes, uncontrôle visuel des tensions de sortie des deux voies permet de les opposer directe-ment : c'est le fonctionnement en « lecture directe ».— si les signaux sont dissemblables et si leur déphasage est tel qu'on ne peut pas lesopposer, on les intègre simultanément sur les deux voies. Les résultats de ces intégra-tions, mis en mémoire, sont alors traités par opposition, c o m m e l'auraient été lessignaux e u x - m ê m e s . C'est le fonctionnement en «intégration».Par ailleurs un filtre éliminateur de 50 et de 150 Hz (ou 60 et 180 H z éventuellement) àbande très étroite et réglable en fréquence est inclus dans chacune des voies d'ampli-fication. L'opérateur dispose d'une c o m m a n d e et d'un contrôle uniques de ces quatrefiltres réjecteurs.
4 - Intérêt de l'appareil
La légèreté et l'extrême simplicité de mise en œuvre de l'appareil le rendent utili-sables n'importe où, en particulier sur des terrains inaccessibles à tous les véhicules.Le résistivimètre proprement dit est contenu dans une valise étanche de dimensionsréduites (40 x 23 x 20 c m ) . Quatre piles de 9 volts lui assurent une autonomie de fonc-tionnement de 100 heures. Le poids total, y compris la valise d'accessoires et les cap-teurs, est d'environ 10 kilogrammes.Deux personnes suffisent à former une équipe de prospection capable du meilleurrendement. Parvenu à l'emplacement des mesures, le géophysicien déploie la lignetellurique en s'aidant d'une simple boussole. Il pose le résistivimètre près de l'une desélectrodes à laquelle se raccorde la point froid de l'entrée tellurique. A dix mètres delà, le capteur magnétique est disposé perpendiculairement à la ligne tendue. Lesmesures peuvent commencer aussitôt tandis qu'une autre personne prépare éventuel-lement une seconde ligne pour la station suivante. Deux minutes ont suffi pour effec-tuer cette mise en station. Dix minutes, au plus, seront nécessaires pour faire les m e -sures proprement dites aux huit fréquences.
ANNEXE 2
83 SGN 312 GPH
1HP!
Mm
\ \
\ \
\ V
\ I
í
o e •0 0 •« i
i i ¡ 0 ei i 6 e e
• « i i •
0
fIf
\ñfflV\j
7t
)i
i 6 B I
Si i 6i i 6
•H—!—I—h
receiver position meters
frequency
0.83 KHzÎ 0.93 KHz
« i •
i i •
ta saf O Ç̂ rJ
I
i i
i i
1.06 KHz1.23 KHz1.40 KHz1.62 KHz1.92 KHz2.36 KHz3.07 KHz3.84 KHz5.12 KHz7.68 KHz
The CSAMTsurface impedance data shown above was recorded over mine entries at 34meter depth. Complex impedances Zx and Zy are plotted as polarization ellipses. Thelocations of mine entries are shown in white.
TECHNICAL SPECIFICATIONS
Magnetotelluric Transmitter
Input Power: 208 volts, line-line, 3 phase 400 H z ,3 k W m a x i m u m
Output Power: 2.5 k W m a x i m u m
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; 500volts peak at 5 amperes
Current Regulation: ±0.5 percent for all combinationsof load current, output voltage, and modulatingfrequency. N o manual adjustments are requiredafter changing current, voltage, or frequency.
Modulation Frequency Range: 3 Hz to 50 kHz atcurrents up to 2 amperes; 3 Hz to 30 kHz atcurrents up to 5 amperes.
Magnetotelluric Receiver
Operating Features:
D Simultaneous measurement of amplitude andphase of five input channels
D 3 Hz to 50 kHz frequency coverage
O Digital recording of data on magneticcassette tape
D Microprocessor control of measurement and datarecording sequence
D Automatic scan of up to 32 different frequencies
Power: All power requirements of the receiver sectionare supplied by battery packs and a receiver powersupply unit.
RF Telemetry: The magnetotelluric receiver unitsupplies c o m m a n d s for control of themagnetotelluric constant current transmitter via RFtelemetry link.
I he Controlled Source Audio MagnetotelluricI ( C S A M T ) system was developed under
¿IL contract support from the U . S . Bureau ofMines, Denver Research Center. The objective wasto provide a means of detecting and mappingabandoned mine workings and resultant under-ground cavities. Abandoned underground mineworkings eventually produce surface land subsi-dence in m a n y locations. Subsidence control andabatement first requires accurate knowledge of loca-tion and extent of such cavities. In initial field tests,the C S A M T system successfully identified mineentries at a depth of 34 meters below the surface.
High resolution tensor magnetotelluric surveysare n o w possible with this n e w system, whichaccurately records measurements of the amplitudeand phase of two components of electric field, andthree components of magnetic field at the surface ofthe earth. A typical survey consists of measure-ments at each of a set of frequencies (up to 32 in anautomatic scan) within the range of 3 H z to 50 kHz ,and at each of a number of closely spaced receiverlocations. From the computed surface impedancesas a function of frequency and surface position, thevariations of apparent resistivity to depths as greatas 1000 meters can be determined.• V. The source for the C S A M T system is a con-
stant current magnetotelluric transmitter capable
of delivering a 5 ampere peak square wave at anyfrequency from 3 H z to 30 kHz , and a 2 amperepeak at frequencies to 50 k H z . Selected current isregulated to ±0.5 percent. The transmitter isremotely controlled via a R F telemetry link from themagnetotelluric receiver unit. Primary power for theconstant current transmitter is applied by a 400 H zmotor-generator unit.
The C S A M T receiver unit consists of fiveamplitude and phase measuring circuits and amicroprocessor based control section. The fivesensor outputs are measured simultaneously toreduce total time required for measurementsequences. The operator interacts with themicroprocessor via a front panel keyboard andalphanumeric display. Prompt messages aredisplayed, to which the operator can respond byselecting either automatic or manual operatingm o d e . In manual m o d e , the operator can select oneof two pre-programmed frequency sets, or canenter via the keyboard sets of frequencies for use inthe measurement sequence. The operator can alsocheck all measurement functions, includingcalibration and background noise tests.
Your inquiries are invited as to h o w theC S A M T system might serve your o w n needs.
mmI III H ill III
POLARIZATION 1
POLARIZATION 2
DIGITALDATALOGGER
COMPUTER\
MAGNETOTELLURICTRANSMITTER
MAGNETOTELLURICRECEIVER
"SENSORARRAY
Controlled source audio magnetotelluric system.
1-¿
A ^ -:. — ;£-&^VJJ§^S&g5Éj^jj K g J ^ . ' J . ' » •---••V J Ja,
ANNEXE 3
83 SGN 312 GPH
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONALBoite postale 6009 - 45 Orléans 02 (France)
Téléphone: (38) 66.06:60
Câble: BURGEOLOG - Orléans
Télex : 27 844, 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 SurfaceMarque déposée. Brevets français et étrangers
Registered. French and foreign patents
Le procédé M E L O S (Magnéto-Électrique par Oncles de Surface) se classe dans la famille des procédés électromagnétiques deprospection géophysique. Développé récemment (les premières réalisations instrumentales remontent à 1966) il constitue àl'heure actuelle un des moyens les plus achevés pour l'investigation de la résistivité électrique du sous-sol à partir de mesures ensurface.
Le procédé M E L O S a déjà connu de multiples applications, dans les domaines de la prospection minière, de l'explorationpétrolière, des études hydrogéologiques et géothermiques.
The MELOS method (Magneto-Electric by Surface Waves) is an electromagnetic method for geophysical prospecting. Ofrecent development (the earlier prototype equipment was operated in 1966) the MELOS is now one of the more sophisticatedground methods for depth electrical resistivity sounding.
The MELOS method has already been used with success in mining geophysics, oil and gas prospecting, hydrogcology andgeothermy.
PRINCIPE PRINCIPLEU n émetteur de rayonnement électromagnétique consti-
tué par un dipôle magnétique d'axe vertical est disposé à lasurface du sol. U n récepteur, situé à quelque distance de là,également sur le sol, mesure toutes les composantes duchamp électromagnétique en provenance de l'émetteur,transmis dans l'air au voisinage de la surface. Le processusde sondage du sous-sol utilise alors la pénétration plus oumoins grande du rayonnement dans le sous-sol conducteuren fonction de la fréquence, les fréquences les plus basses etles terrains les plus résistants correspondant à la pénétrationla plus forte.
U n e exploitation des amplitudes des composantes élec-triques et magnétiques du champ pour une série defréquences extrêmement basses conduit ainsi à la connais-sance de la distribution des résistivités des terrains dusous-sol en fonction de la profondeur.
An electromagnetic transmitter consisting of a verticalmagnetic dipole is placed on the surface of the ground. Thereceiver placed a suitable distance away, on the surface,measures all the components of the electromagnetic fieldproduced by the transmitter at the receiving point.
The system uses varying frequencies to obtain differentdepths of penetration. The lowest frequencies and thehighest resistivity denote the greatest penetration.
The exploitation of the amplitudes of the electrical andmagnetic components of the field fora range of frequenciesin the extremely low-frequency band thus enables thedistribution of the subsurface resistivity to be established asa function of depth.
MISE Eí\l Œ U V R E FIELD OPERATIONS
A partir d'une station unique d'émission, uù l'on déploie sur le sol une boucle alimentée successivement purdos courants de fréquences différentes, on peut réaliser tout autour une série de sondages aux stations deréception, selon le schéma souhaité (profils, m a illuge ...). Une liaison radio pur talkic-walkie permet auxopérateurs d'émission et de réception de communiquer. Sur chaque station, on mesure l'une après l'autre lesamplitudes des 3 composantes du c h a m p , magnétique verticale, magnétique radiale et électrique transverse, pourla suite des fréquences émises, couvrant une bande de 5 à 8 octaves, adaptée aux paramètres géoélectriques duM H I V S O I (resistivites et piofondeurs). Le diamètre de la boucle et la distance cuire émetteur et récepteur sontchoisis également en fonction des'paramètres géoélectriques du sous-sol. lin pratique, la distance emetteur-réL-epteur reste comprise entre 2 et 8 fois la profondeur d'investigation requise.
Dans le cas des sondages <c MI N I - M U L O S » utilisant un appareillage portable léger, pour des profondeursd'investigation de l'ordre de 300 mètres au m a x i m u m , trois personnes suffisent en général à assurer la marche dela prospection. La durée des mesures proprement dites pour un sondage, dans l'état actuel de la technique, estde quelques minutes. U n dépouillement sommaire des résultats est possible sur le terrain. Le rendement m o y e ud'une équipe M I N I - M E L O S , 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 « G R A N D - M E L O S », pour des investigations plus profondes, on utilise unappareillage plus lourd, monté sur véhicules. Les opérations de soudage sont alors plus longues, le rendementm o y e n d u n e 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 variablefrequency A.C. A series of soundings is taken at various points, within a predetermined profile or network. Atulkie-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 andtnimvcrsc electrical component) for a sequence of frequencies, covering a 5 to 8 octaves band, according to thegcoelcctrical pnrumeters of the subsurface formations (resistivity and depth). 'The loop diameter and the spacingbetween ininsmilicr and receiver also depend on the geoelectrical parameters of the subsurface. In practice, thisdi\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 aiii.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 theficht. The average production of a crew, according to the prospect and the field difficulties, may range from afew stiiiinns in 10. 20 or more stations per day.
As for the « CRAND-MM.OS > soundings, for deep investigation, using vehicle-mounted equipment, thefield operations need more time. The average production is variable according to the prospect. ¡I nlay be, forexample, 5 soundings per day.
Aire da prospectionProspection area
Implantation sur le terrain Field lay-out
Générateur da signal
Signal generator
1
Alimentalior
1 Supply
V 220V /
Amplilicataurda courant
Power amplifier
1
)
Boucle émaltnce
Transmitter loop
Émetteur Transmitter
Amplificateur
Amplifier
I' lBailarlos
Battery
Filtre
Filter
/voltmètr«
Récepteur Receiver
APPAREILLAGE
MINI-MÉLOS Émetteur Transmitter
MINI-MÉLOS Récepteur Receiver
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 m a x i m u m . Puts^u rKCd'éiuissioit de I 20 walls. M o m e n t du dipôlc magnétique de I 00U ;i 100 000 ¡imperes x metres carrés. Diamètresdes boucles d'émission : 20 . M ) et IN0 mètres. Douze fréquences fixes prcaccordces de 17.5 à .15 S40 hertzDouille captan magnétique û indiiclion. Lecture par voltmètre numérique. Poids total de l'équipement, hondosdemission comprises, de l'ordre* de 100 kg.
Grand-Melos
Modèle à vocation essentiellement pétrolière, pour des investigations jusqu'à I 000 à 2 000 mètres (selon lesparamètres génélectriqiics des terrains). Puissance d'émission de 300 watts. M o m e n t du dipôle magnétique de25 0 0 0 à I 4 0 0 000 ampères x mètres carrés. Diamètres des boucles de 40 à 300 mètres. Frequences choisies àvolonté dans la bande de 1 à 1 000 hertz. Double capteur magnétique à induction. Chaîne de mesure à 1reshaute sensibilité. Appareillage monté sur deux véhicules légers. Déroulage de la boucle d'émission par véhiculedérouleur.
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 } 00 000 amperes x square meters. Transmitting loop diameters: 20. 60 or ISO meters.
12 preselected frequencies from 17.5 to 35 840 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 5 000 feet (according (<>
ground geoelectrical parameters). Maximum transmitting power : 300 watts. Dipole transmitter moment fmm
25 000 to / 400 000 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.
PRÉSENTATION DES RÉSULTATS RESULTS
Dépouillement des mesures
Une feuille d'exploitation permet, à partir des mesures des amplitudes des3 composantes du champ (composante magnétique radiale H x , composante magné-tique verticale H z , composante électrique transverse Ey) de calculer une résistivitéapparente pour chaque fréquence C J / 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 théoriqued'un sous-sol de résistivité homogène, ramènerait la résistivité apparente à la valeurobtenue dans le cas du sondage d'impédance de surface en ondes planes sousincidence normale. Le facteur K est donné en fonction du rapport des amplitudesIHx/Hzl. Pour des distances suffisamment grandes entre émetteur et récepteur, onretrouve les conditions d'onde plane sous incidence normale et le facteur K devientalors égal à l'unité ; ce cas, où les mesures et leur exploitation sont simplifiées, neprésente d'ailleurs que rarement un intérêt pratique, car les champs à grandedislance des sources restent le plus souvent trop faibles pour être mesurés.
Nota : il existe une variante d'exploitation des mesures, selon laquelle on extraitune résistivité par inclinaison de champ magnétique, et non" plus par impédance desurface, selon la relation :
K ' r2 w/io
P" ~ 9 ( H x / H z ) 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 restreintque la méthode par impédance de surface, mais elle peut apporter d'utilescompléments d'information.
Computation
The apparent resistivity for each frequency u/2n can be computed on acomputation sheet, from the measurements of the 3 electromagnetic field compo-nents (radial magnetic component Hx, vertical magnetic component Hz andtransverse electrical component Ey) :
p •- _ ü _ ( E y \ 2
P n " H x
The magnetic permeability of rocks is generally assumed to the vacuumpermeability no. K isa * factor of source vicinity ». This factor K, in the theoreticalcase of an homogeneous half space, would .replace the computed apparentresistivity by the apparent resistivity for a <r surface impedance resistivitysounding », under plane waves with normal incidence conditions. The factor K isfunction of the amplitude ratio \Hx/Hz I. /;; far field conditions, the conditions ofplane 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 veryrare, because the far field components are ordinarily too small to allow goodmeasurement.
Nota : according to another method of computation, an apparent resistivity maybe obtained from the only magnetic amplitudes, using the relation :
K i _2 - . . .r oju
9 (Hx/Hz)2
r is the spacing transmitter-receiver. K' is another <r factor of source vicinity », givenas a function of \HxfHz\. This * field inclination method » seems to get less usedthan the former surface impedance method, but it may give in some cases a morecomplete information.
Cartes en isorésistivités apparentes Apparent isoresistivity map
Les résultats des mesures de toute une étude sont introduits directement dans unordinateur qui calcule les rcsistivités et trace automatiquement les cartes enisorésistivités apparentes pour les différentes fréquences. Ces cartes correspondent àdes investigations d'autant plus profondes à partir de la surface du sol que lafréquence est plus basse.
Profils de résistivités
Pour beaucoup d'applications, où des cartes de résistivité ne sont pasindispensables, on se contente du tracé de coupes des résistivités apparentes auxdifférentes 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 conditionsd'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 apparentefonction de la fréquence à un schéma résistivité-profondeur, peut être tentée àl'aide de systèmes d'abaques. Des procédures de traitement de l'information plusélaborées et automatiques sont actuellement en cours d'étude. L'interprétationdonne de bons résultats dans le cas de la détermination de la profondeur d'unmarqueur conducteur ou de l'épaisseur d'une tranche de terrain résistant comprisentre deux terrains conducteurs. O n s'affranchit alors pratiquement de l'indéter-mination au titre du « principe d'équivalence », bien connue des interprétatelas desondage électrique. Dans le cas d'une tranche de terrain conducteur comprise entredeux terrains plus résistants, l'interprétation ne pourra fournir sans indéter-mination, outre la profondeur du toit du conducteur, que la conductance du terrainconducteur, c'est-à-dire le produit de sa conductivité par son épaisseur.
The data from a complete prospect can be directly introduced into a computer,which computes the resistivities and automatically contourcs isoresistirity maps forvarious frequencies. The ground's thicknesses concerned by the various frequenciesmaps are the greater as the frequencies are lower.
Resistivity profiles
For many applications, it is sufficient to draw an apparent resistivity crosssection, for the various frequencies, along the sounding profile.
True depth-resistivity restitution
In simple cases (horizontally layered ground, 2 or 3 layered or sometimes4 layered systems) an interpretation (i.e. to obtain a resistivity-depth model) can becarried out with master cunes. More elabored and automatic interpretationprocedures are being worked out. Good results are obtained s/>ecially whendetermining the depth of a conductive layer, or the thickness of a resistive layerbetween tnv more conductive layers. In the later case, the <r resistivity-depthequivalence rule », well known in D.C. resistivity interpretation, is happily quiteinoperative. In the case of a conductive layer between h w more resistive layers,interpretation can only provide without indétermination the conductance of theconductive layer (i.e. thickness x conductivity).
EXEMPLES D'ÉTUDES MELOS MELOS CASE HISTORIES
Étude Iiydrogéologique
Au-dessus d'un substratum de roches anciennes, se place une série récente argilo-sableuse quicomporte parfois une sédimentation d'argiles plastiques salées. Le problème est ici dedéterminer l'extension de ces argiles salées, en relation directe avec les possibilités d'alimen-tation en eau potable de la région. La coupe montre l'extension des argiles salées qui semanifestent par de très basses résistivités.
Hydrogeology
Above a rocky basement, is a recent sandy-clay formation that contains locally some layersof marine salty clay. The matter here is to find the extension of that salty clay, in connectionwith the possibility of supplying the country in drinking water. The cross section shows theextension of the salty clays that are demonstrated by very low resistivities.
a dm Elude BRGM
¿ • ^ Marina clay« («nlalfilni aall
2.1 Ka.liil.il, I» A m
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 enrésistivités moyennes vraies par tranches de profondeur. Ces coupes donnent une imagestructurale 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 problèmeaussi ardu, et malgré les conditions d'approximation nécessairement grossières admises pourl'interprétation des mesures, par le fait que la résistivité électrique du sol est \ci un paramètrevariant dans de grandes proportions.
Investigation of sedimentary structures in a very tectonised area
Two cross sections are presented showing the results of an interpretation in true intervalresistivity versus depth under each MELOS station. These geoelectrical sections give a structuralpicture, especially of the investigated Permian formations characterized by low resistivities andimportant dips. In spite of the complicated structures, observable at outcrops, the results showthat MELOS is able to give a consistent picture of the shallow subsurface.
61 to
:om
,.*.
Resistivities in flm
• h
Détection de failles
U n profil M E L O S a été effectué perpendiculairement ;i ladirection des formations géologiques. Le profil représente3 fréquences différentes de M E L O S ainsi que la résistivitéapparente fournie par une méthode de pro filage électrique. Lestendances sont comparables mais le M E L O S fait mieuxapparaître les contrastes. Deux failles (aux points 44 et 3b) sonttrès visibles sur le profil M E L O S , toutes deux sont confirméespar la géologie.
Faults ' determination
A MELOS profile has been clone perpendicular)' to thedirection of the geologic formations. On the ames arc the datasfor 3 HIELOS frequencies and for a D.C. profiling method. Thecorrelation between results is good, but M H LOS shows bettercontrasts. Two faults (¡mints 44 and 36) are very clear onthe MELOS profile. Geology proves the existence of both ofthem.
M es 84 M BÏ Bl M SS SB 57 50 55 S4 S3 62 SI 49 48 4T 48 45 44 43 39 3B 37 38 35 34 33 32 31
Localisation de cônes d'effondrements et d'accidents
Une série de sondages M E L O S a été implantée en mailing?régulier. Les résultats sont exploités sous forme de cartes enisorésistivité apparente. Dépouillement des mesures et tracé descartes sont effectués automatiquement à l'aide d'ordinateur. Lafigure montre la carte en isorésistivité pour la fréquence4 480 hertz, qui concerne ici une tranche de terrain de l'ordred'une quarantaine de mètres à partir de la surface du sol. Lessurfaces arrondies à haute résistivité sont imputables à des cônesd'effondrement et les zones allongées ;i faible résistivité corres-pondent souvent ;i des failles ou flexures.
Locating of collapse cones and fractures
A set of MELOS sounding has been done in a compact andregular network. Results are treated as iso-apparcnt resistivitymaps. Automatic inteqnetation and contouring arc done with acomputer. The picture is a map for frequency 4 4$0 llz, that isconcerning here a more or less 40 meters thick layer below theearth's surface. The rounded areas arc diid to collapse cones andthe low resistivity zones arc often corrcsjxmding to faults.
ANNEXE
83 S6N 312 GPH
BUREAU DE RECHERCHESGÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
Dá pun amant des services Ischniquu
8.P. 6D0S - 45060 ORLÉANS M «
Tél. : (38) 63-80-01
SYSCAL-EM (*>
15 années d'expérience du B R G M dans la conception, construc-tion et expérimentation d'équipements capables de mesurer lescomposantes du champ électromagnétique a diverses fréquencesont abouti à une nouvelle génération utilisant les possibilités decalcul offertes par les microprocesseurs.
Le S Y S C A L E M comprend 3 parties :
— l'émetteur— les capteurs— le récepteur.
Emetteur
Puissances d'émission : 100 V A - 500 V A - 1 000 VA.Courant d'injection (pour une boucle de 10 fi) :3 A - 7 A - 10 A .12 fréquences préréglées obtenues à partir d'un générateur-synthétiseur : 8,75 à 17 920 Hz (d'octave en octave).Stabilité en fréquence : ± 0,01 %.Alimentation : (220 V) 50-60 Hz par groupe électrogène.C h a n g e m e m de fréquence par clavier à touches.Réglage manuel de l'intensité.Boîtier aluminium étanche.Dimension : 35 x 20 x 24 c m .Poids : 15 kg.
(B) Marque déposée.Brevets déposés.
With 15 years of experience in the design, manufacturing andoperation of variable frequency E.M. equipment, BRGM is devel-oping a new generation of products which use the calculationcapabilities of microprocessors.
The SYSCAL EM has 3 main units:
— transmitter— sensors— receiver.
Transmitter
Output power: 100 VA - 500 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:8.75-17,920 hz (octave by octave).Frequency stability: + 0.01 %.Power supply: 220 V, 50-60 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.
(R) Registered.Patents pending.
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 : 8 - 18 000 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.
RécepteurCaractéristiques générales :
Dimensions : 35 x 20 x 24 cm.Poids : 6 kg.Batteries : 7 x 1,5 V, taille C.Consommation : 70 m A .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 L C D .Affichage des résultats de mesure et de calcul sur 2 * indicateur
L C D 5 1/2 digits.Un code d'erreur signalée l'opérateur toute anomalie de fonction-nement ou de manipulation.
Traitement du signal et calculs
— Filtres passe-bande du 4 * ordre accordés sur les fréquencesde l'émetteur.
— Précision sur la fréquence 10"*.— Gain automatique de 1 à 10 000 par pas de •\/'\0.
Microprocesseur : P M O S 4 bits.Mémoires de programme : E P R O M - C M O S .Mémoires de données : C M O S .Chaîne d'acquisition de données : C M O S8 voies - 2 000 pts.
La moyenne de N échantillons d'une composante forme unemesure qui est affichée, mise en mémoire et accumulée.La moyenne de p mesures est obtenue en appuyant sur unetouche « moyenne ».Des programmes spécifiques sont disponibles pour calculer desrésistivités apparentes obtenues à partir des 3 composantes m e -surées et moyennées.
1 ) Programme standard :
o JL avecHx
fonction de rr-n z
K'Hx
fonction de 77-H Y
^ \Hx) K" f o n c t i o n d e H z e t r
2) Tout calcul d'une autre résistivité apparente analogue peutêtre programmé sur demande.
Accessoires disponibles
— Groupe électrogène H O N D A E 300.— Boucles d'émission 1 0 Q : 0 = 2 0 - 6 0 - 160 m .Les caractéristiques de l'appareil peuvent être modifiées sanspréavis.
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.
ReceiverGeneral specifications:
Dimensions: 14"x8"x10".Weight: 13 Ib.Power supply: 7x1.5, size C batteries.Consumption: 70 m A .Aluminium case, moisture proof.
Input:
3 input plugs (Hx, Hz, By).Impedance: 10 M Q .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 orexecution.
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 P M O S 4 bits.Program memories: E P R O M - C M O S .R A M: CMOS.Data acquisition system: C M O S .8 channels - 2,000 pts.
The mean of N samples (for any component) is a measurementwhich is displayed, stored and stacked.The mean of p measurements is available by depressing key"mean".Special programs can be provided with apparent resistivitiescalculated from measured components.
1) Standard program
Po - — firV Hxwith K as a function of 77-
1 HxK' os a function of TTZ
HxK" as a function of 77- and r.
2) Any other resistivity can be calculated by programming uponrequest.
Available options— Motor generator HONDA E 300.
— Transmitting loop 10Ü: a: 20 - 60 - 750 m .Specifications subject to change without notice.
ANNEXE 5
83 SGN 312 GPH
Equipement géophysique « presse bouton » destiné aux géologues et foreurspour la prospection hydrogéologique, minière, le génie civil, etc.
Emetteur : Source et boucle
Un nouvel appareillagede prospection géophysique ultra léger
a été réalisé,tout particulièrement
destiné aux géologues et foreurspour 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 pasune formation spécialisée de géophysicien. Récepteur
Siège social, direction générale: 24, avenue George V, 7500B-PAR1S • Tél. 720-91-55 +Télex : F O R A C O 610 439 F
Centre d'Etudes et d'Essais : Le Pian d'Algues - BJ>. 17 - 13760 SAINT-CANNATTél. (91) 28.24.67. 28.21.46, 2852.71, 285354
Télex : F O R A C O S C A N A 420 375 F
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
l'appareil • FFD • mesure les composantes du c h a m p élec-tromagnétique émises par une source a basse fréquencesituée à distance. O n montre que les composantes duchamp mesurées à la surface du sol sont fonction de larésistivité des terrains sous-jocents ainsi que de la fré-quence. Ces composantes permettent donc d'évaluer, pourune fréquence donnée, une résistivité apparente du sous-sol, fonction de la répartition des résistivités en profon-deur. De surcroit, on montre que les contrastes latérauxentre teirains de résistivités différentes introduisent desanomalies de contact, qui se manifestent par une fortebaisse de résistivité apparente. Ainsi, la mesure des com-posantes de surface du c h a m p éloctromaçjnélique. et no-tarnrr.enl de 1a composante électrique, permet de localiserles anomalies conductrices du sous-sol, en accusant toutparticulièrement les discontinuités latérales de résistivité :on a là un moyen pratique et 1res sensible de détectiondes 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 électromagné-tique constituée d'un générateur autonome alimenté parpiles et d'une boucle déployée sur le sol. Ensuite, sur la2one à prospecter elle-même, l'opérateur (1) mesure surune série de stations les composantes du champ électroma-gnétique reçu. Le report des résultats selon un profil ouun réseau de stations fournit un tracé révélateur des ano-malies de résistivité du sous-sol, avec une très haute réso-lution latérale dans le positionnement de ces anomalies.
(1) Un opérateur unique peut parfaitement réaliser seul une prospection
• FFD - , mais 1 ou 2 assistants augmentent considérablement l'avance-
menl des mesures, ne serait-ce qu'en effectuant le positionnement
topographique ties stations.
Profil dsi jutions
Sourca EM
basse fréquence
autonome
CARACTERISTIQUES DE L'EQUIPEMENT «FFD
— Totalité de l'équipement, source comprise, logée dansune valise unique de moins de 15 kg.
— Source autonome fonctionnant sans aucune surveil-lance.
— Source très stable à pilóle quartz.
— Fréquence de travail : 1 120 hertz.
— Appareil de mesure a très haute sensibilité.
— Affichùge numérique des mesures.
— Alimentation de la source et de l'appareil de mesurepar piles standard 1.5 V .
— Temps nécessaire pour réaliser une station inférieurà 30 secondes.
— Intervalle entre stations variable, pouvant être aussiréduit que 0.5 m .
— Profondeur m a x i m u m d'investigation utile de l'ordre• de 100 mètres.
APPLICATION DU « FFD »
— Prospection hydrogéologique en terrain granitique ourégion karstique.
— Delineation fine d'un réseau de discontinuités et frac-tures soutet raines.
— Posiiionnement précis de tr.illes. filons et minéralisa-tions.
— 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
ANNEXE 6
83 S6N 312 GPH
EQUIPMENTFor 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 SPEEDAND ECONOMY TO YOUR ORE PROSPECTING PROGRAM
• Simple field procedure can be quickly mastered by inexperienced operators . . . sharp minima eliminate risk of incorrectreadings
Two-frequency generator transmits 660 Hz and 220 Hz signals simultaneouslymeasurements 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 s a m e 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 circularor 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 receiverstaffs.
High resolving power gives excellent results even when searching for deposits having low conductivities and/or at greatdepths d o w n 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) perday in wooded territory or 6—7 k m (4 miles) per day in open country.
Leaflet P 3752 80 E
A 220/660 Hz generator with back pack frame420X400X410 cm 21.5 kg (16VsXi53Axi6'A in 47V: Ib)
B Petrol motor with back pack frame420x400X440 m m 16 kg (16V<X15J/*X17'/| tn 35'A Ib)
C Cable drum with 1200 m (3900 ft) primary cable, crank,and back/breast carrying frame (3 required for normalsurvey purposes)450X450X450 m m 24.3 kg (173/-X173/4X173/- in 53Va Ib)
D Generator control box with voltage, current, and frequencymeters270X210X200 m m 4.9 kg (10V«X8V4X77A in ^03h Ib)
E Compensator-amplifier unit with receiver staff, carryingharness, and stethoscope earphones270X215X100 m m 5.8 kg (1O'/aXßVa>c4 in 13 Ib)
F Staff connecting cable with crew belts lor use as measur-ing tape. Lengths 20 & 40 metres supplied as standard.50 & 150 ft lengths by order.2.8 kg & 5.1 kg (6V4 Ib & It1/* Ib)
G Receiver staff with carrying strap395 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 T U R A M T S is a reliable, transistorised unit that issimple to operate. It is designed for all-weather use any-where in the world. The compact design of individual units,particularly the use of staffs instead of relatively largeand c u m b e r s o m e coils, makes movement easy over anytype of terrain. In c o m m o n with other A B E M geophysicalinstruments, Turam units are laboratory and field testedbefore delivery.
Compensator-amplifier gives direct reading ofamplitude ratios and phase differences
The compensator consists of a bridge arrangement towhich the two receiver staffs are attached. Compensationis by null signal method either visually on an ammeter oraurally by stethoscope headset. Amplitude ratios andphase differences between the voltages induced in the tworeceiver staffs are read directly from two scales. Amplituderatio is determined to better than 1 % within the normalrange 0.5—2.0; phase difference is measured as close as0.1°. A transistorised amplifier operated by a standard 9Vbattery amplifies the small voltages in the bridge circuit.Compensator, amplifier, and battery, together with micro-phone, zero adjustment rheostats and desiccator tubecontainer are enclosed in a waterproof metal case. Allcontrols are carefully grouped for ease of operation. O n ereceiver staff is attached to the front of the compensator-amplifier unit, and the complete receiver section is carriedby a comfortable nylon harness.
THE TURAM'METHODis still the most effective and simple method of ore prospecting
by E.M. inductive methods
Developed by H. H E D S T R Ö M and introduced by A B E M in1932, the Turam method is in wide use today in many partsof the world under widely varying geologic and geogra-phic conditions. Turam surveys have been remarkablysuccessful in locating several notable ore deposits. Thehigh resolving power of the method makes it eminentlysuitable for prospecting for deep seated mineral deposits,and ore bodies have been detected at depths of 200metres (650 tt). Moreover the Turam can locale low con-ductivity deposits such as lead-zinc mineralisation and canfollow up electrically conducting ore bearing formationsincluding those represented only by horizons of very poorconductivity.
Like other e .m . methods the Turam is based on the factthat when a conductor is subjected to a primary alternat-ing electromagnetic field, then a secondary current is in-duced in the conductor. This induced current creates itsown electromagnetic field which together with the primaryapplied 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 foreach observation point, it is possible to accurately deter-mine the secondary field effects and obtain a consider-able amount of information about the conductor causingthe differences.
TURAM FIELD PROCEDURE IS STRAIGHT-FORWARD AND NEEDS LITTLESPECIALIST TRAINING
The Turam transmitter is of the fixed source type, beinga iong grounded cable or cable loop that is fed withalternating current at two frequencies from a petrol enginegenerator set. The cable or cable loop is laid out parallelto the expected strike of the ore body and is connectedto the generator at s o m e convenient point. The two-manmeasuring crew take observations at successive pointson profiles at right angles to the cable, using two identicalreceiver staffs (coils w o u n d on ferrite cores) and a c o m -pensator-amplifier unit. The two staffs are kept at a fixeddistance apart, say 10, 20 or 40 metres and are usuallyheld vertically so that the vertical components of the e . m .field are measured. At each observation point, the c o m -pensator-amplifier is adjusted until no signal is heard inthe stethoscope headset. The two scales then showdirectly the phase difference and the amplitude ratio ofthe field components acting on the two staffs. Phase diffe-rences are determined to about 0.2° while ratios aremeasured with an accuracy of 5 parts in 1 000. Observa-tions m a y normally be taken up to 1 000 metres (3 000 ft)or more from the cable. Any number of measuring crewsm a y use the s a m e primary cable.
T U R A M data reduction requires only basicmathematical knowledge
In areas where anomalies are discovered the phase diffe-rences and the deviations of the amplitude ratios fromnormal are plotted along the profile lines as shown aboveright. These curves (taken from an actual Turam survey)give two items of information:
Together they show the general strike direction of theconductor.
Individually they locate the position of the conductor oneach observation line since m a x i m u m amplitude ratiodeviation and m a x i m u m phase difference always occurdirectly above the conductor.
If the apparent strike direction of the conductor tends toturn too m u c h away from the direction parallel to the baseline, the equiphase curves can be drawn in and a clearerpicture of the strike obtained.
S 1000 metres or morefrom loop or cable
A rough estimation of the depth to the current concentra-tion can be m a d e simply by reading the width of the ratiocurve at zero, but the depths to the current concentrationsand the exact location of the conductor are obtained moreaccurately from the in-phase (real) and the out-of-phase(imaginary) components of the vertical or horizontal elect-romagnetic field vectors. These are calculated by straight-forward mathematical methods and are plotted as curves;the location and the depths are obtained°according to thefollowing table:
Component Curves
The location ol thesecondary current axisis given by
The depth of thecurrent concentrationbelow the surface isgiven by
Vertical
the inflexion points
the horizon!«! distancebetween the maximaand the inllexion points
Horizontal
the maxima
the horizontal distancebetween the maxima andthe points al which thecurves have reached halttheir m a x i m u m values
Somewhat different positions of the secondary currentaxis will be obtained for the real and imaginary c o m p o -nents, but both should lie within the conducting bodywith the imaginary close to the edge of the conductor.
Further information about the reduction of Turam data andthe interpretation of the results is given in the comprehen-sive manual supplied with the equipment. Following thev
universal use of the method, many papers on interpreta-tion procedures have been published in international jour-nals and a full bibliography is included in the Manual. Forthose w h o wish to read more about Turam interpretationat this stage, the following books and papers are recom-mended:
MINING GEOPHYSICS, D S PARASNIS,1966, Elsevier Publishing Company, AmsterdamPHASE MEASUREMENTS IN ELECTRICAL PROSPECTING,E H HEDSTROM,1937, AIME Tech Pub 827
THE DISCOVERY OF A N E W ORE BODY WITHIN THE PYRITICBELT OF PORTUGAL BY E. M. PROSPECTING, A A R O C H AG O M E S ,1958, Geoph. Surv. in Mining Hydrol. & Eng Projects
• OBSERVATION UNES
S C A L E SPhase Difference Amptaude Ratio
,50 <
: 200
; 150
OBSERVATION LINES
Indications that appear to be caused by ore bodies aresurveyed with a closed cable loop placed first on oneside, and then on the other side of the conductor. Thedistance between the calculated current concentrationsfor the two cable layouts will s h o w the approximate widthof the conducting body.A complete Turam survey will show the location of thedetected conductors, their contours when they have anyappreciable width, and the depth to the current concentra-tions; the classification of the conductors with regard totheir conductivity completes the interpretation of theresults.
Conductivity
PoorMediumGoodVery good
Phase difference
Small to mediumLargeMediumSmall
Ratio anomaly
Very small or nilSmallLargeLarge
x x Realo o Imaginary
- 7 0 S
Generator set is easy to start and simple to set up. It may berun unattended and transmits both frequencies 660/220 H z simul-taneously
Generator has no brushes, commutators,
or slip rings to give field trouble
The A B E M simultaneous two-frequency generator has atwin rotor with two sets of permanent magnets, and astator with two single-phase windings. This gives reliability,simplicity, and minimum maintenance. Max imum currentrating is 3 A and stator windings are tapped at 1/3, 2/3and 3/3 for matching different loads. Nominal output vol-tages are 100, 200 and 300 V .
TA
GE
OU
TPU
Tw o o 1
O
200-
100-
1 .
—.
6622
- \
" .
/Safety rel\cut-out 0.
N
DHzOHz
""—
BV2ÍA
Maximum rated \current 3 A /
r
\ s\
N
ILO 2-stroke motor runs without attention
for up to 2 hours
The air cooled, single cylinder, 2-slroke ILO motor pro-duces 2.2 hp at 3 600 rev/min. It has air filter, eificientsilencer, rewind starter rope, and adjustable speed gover-nor. Speed may be set with engine running and wil! bemaintained within ± 2 % . The engine runs unattendedand on a ful! tank 2.3 litres will operate for 2 hours atm a x i m u m load.
Control box provides quick check on frequency,
voltage and current
The generator output is fed to the control box whereload-circuit meters show voltage, current and frequency.The latter enables engine speed to be adjusted so thatcorrect frequency is fed to the primary cable. Individualoutput 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 highvoltage supply to the cable. At the same time a low voltageis passed into the cable to help fault location by detectoror pair of headphones. Connectors for input and outputare placed at the rear of the control box.
2 3CURRENT OUTPUT
GENERATOR LOAD CURVES
Standard single conductor cable does duty
for the primary cable layout
For satisfactory results the primary cable should be aflexible, stranded, insulated, single conductor of minimum1 m m 3 and with insulation for 1 000 V minimum. Cable,cable drums, cable drum carriers can be supplied on or-der if not available from local sources.
GET FULL TECHNICAL/COMMERCIAL DETAILS FROM
A B E M Instrument GroupFack
S-101 10 Stockholm 1
Sweden
Leaflet P 3752 80 E
Telegrams Adamante
Telex 1459
Telephone 08/98 05 20
or from
INTER GEO SERVICE46, rue du Petit Pare
7 8 - RAMBOUILLET Tél. : 242-80-39
PRINTED II« SWEDEN
Föi dislrtb. enl. SFS 509/-61 P2
Receiver staffs are coils w o u n d on ferrite coresand sealed in P V C
The two receiver staffs are integral parts of the compen-sator circuit and have identical inductance and resistancevalues. Each consists of a ferrite core with windings forthe two operating frequencies, 660 Hz and 220 Hz. Thewindings and cores are shielded and sealed in strongplastic casings. The casing carries at its base a connectingcable plug and at its head a bubble level. O n survey, onestaff is carried attached to the front of the compensator-amplifier while the other is suspended by a nylon strapfrom the belt of the second crew member .
Staff connecting cable also serves asmeasuring tape
Each Turam unit is supplied with two staff connectingcables, 20, and 40 metres (or 50 and 150 ft to specialorder). The cables are shielded, four conductor, rubberinsulated with conneclors at each ends. Eyelets for
hooking onto the crew members ' bells preven! direct strainon the connectors and allow the cables to be used asmeasuring tapes.
A B E M portable generator set provides stablealternating current at two frequenciessimultaneously
The Turam generator set is designed for portability andreliable unattended operation under arduous field con-ditions. It consists of a two-stroke petrol engine, a two-frequency generator, and a control box. Engine and gene-rator have their o w n base plates that are clamped to-gether for operation without the use of tools. Special backpack frames m a k e for easy and comfortable transporteven over long distances.
Frequency selector Receiver staff
Rubber holdingstraps
Cover lock
Connector lar2nd receiver staff
Locking screws and distanceedjLfsî potentiometersR & P foi both frequences
Phase scale- 20 to J 20
Audio passageto protected earphone
Visual nullmeterBatteryStale indicator
ANNEXE 7
83 SGN 312 GPH
ELFASTEXTRA LOW FREQUENCY AUTOMATIC SCANNING TURAM
Elfast is a fixed source electromagnetic methodbased on the Turam principle. Using a large surfacetransmitting loop and two receive coifs the grad-ients of amplitude and phase as well as the absolutestrength of the electromagnetic field in eachreceive coil are measured.
Besides having the advantages of the standardTuram systems, such as high resolution, largeexploration depth and immunity from topographiceffects, Elfast delivers true wide band information,using five frequencies which cover two decades ofresponse. Crystal controlled frequencies andautomatic compensation (no manual nulling)further maximize the signal to noise ratio andthus the exploration depth.
Data can be used to make quantitative interpret-ations of the location, conductance, depth and dipof the conductors.
A continuous square wave field is transmitted andmeasurements can be m a d e of the fundamentalfrequency, third harmonics and multiples. Evenunder ideal conditions, however, the signal strengthof the higher harmonics drops off very steeply,rendering their use in actual exploration imprac-tical. T o maintain true multifrequency capabilityunder all field conditions, Elfast incorporates anautomatic scanning system. The fundamentalfrequencies are cycled in a pattern with which thereceiver can be synchronised. The pattern can beprogrammed according to the requirements of thesurvey. This system moreover eliminates the needfor radio, voice or other tenuous links of c o m m u n -ication with the transmitter.
FIELDOPERATION
Powerful transmitter and sensitive receiver willallow coverage of a large surveying area using singletransmitting loop. The receiver's short setting time,with all measurements done automatically, makesthe instrument fast and easy to operate in the field.
The Elfast R T X / H L - 3 D system includes two batterysets for receiver with battery charger and twoportable reels with 5000 m of N o . 18 guage single,heavy insulated copper wire for transmitting loops.
EM RECEIVER HL-3D
The receiver incorporates a phase lock system aswell as additional filters to reject signals frompower lines and eliminate any noise sources exceptsignals at precisely the set frequencies. It can beused even at the lowest frequency in high noiseenvironments at low signal levels. All parameters,i.e., the field amplitudes at each coil, the phasedifference between both components, their a m -plitude, ratio or reverse ratio are measured fullyautomatically. Values are displayed on a large. 5 6 " high 3-1/2 digit display. The receiver ferritecoils are mounted inside the consoles.
The high temperature stability of the H L - 3 Dreceiver eliminates the need for zero (offset)adjustments during the survey. Any length of cableup to 150 m between receiver and signal coil- V 2 can be used without any correction ofmeasured reading.
A n audio communication between receiver oper-ators is provided for easy multifrequencyoperation.
.'•"• ' . ' - ^ V - . t " . V ^ ¿ - , ' . " J J * V ' 1 ; " ? \ ^ - _ ^
FEATURES SPECIFICATIONS
Phase-lock SystemExtremely high sensitivity andselectivityEasy operation in high environmentalnoise and low signal levels at the fullrange of operating frequenciesTemperature stability over wideoperating rangeHigh resolution and accuracyFully automatic compensation anddisplayFerrite coils mounted inside consolesLength of interconnecting cable doesnot affect readingsAudio communication betweenoperatorsL o w power consumption
Operating FrequenciesOperating Signal AmplitudeAmplitude AccuracyAmplitude Ratio RangeRatio AccuracyPhase RangePhase AccuracySetting TimeAutomatic ReadoutOperating Temperature RangeSupply
DimensionsWeightDigital OutputCoil Console
— diameter— length
25,75,225,675,2025 H z2 G > V to 2V± .1%.5 to 2.0± .5%-30° to +30°+ .25%
3 sec.. 5 6 " high 3-1/2 digit L E D- 4 0 * C to+60° C2 rechargeable batteries12V /1 .5 A h125x225x375 mm4.6 kgoptional
114 m m520 m m
EM TRANSMITTER RTX-3D
The transmitter delivers up to 500 V A of powerwhich allows surveys using large loops i.e. 5x5 k m .A floating output, a front panel isolated fromhigh voltages and built-in protection circuits, makethe R T X - 3 D transmitter safe and reliable.
Voltage and frequency of the generator outputcan be measured at the transmitter. This featureallows measurement and adjustment of the motor'sspeed in the field without any additional equip-ment. The resistance of the loop can be measuredusing the built-in o h m meter, to set the transmittedoutput current at its opt imum value. Using autosweep m o d e , multifrequency operation does notrequire an operator at the transmitter.
All parameters, including output voltage and out-put current are shown on a . 5 6 " high 3-1/2 digitdisplay.
R T X - 3 D transmitter can also be used for groundedcable surveys.
FEATURES SPECIFICATIONS
Selectable output frequencies,manual or automaticProgrammable frequency cyclingpatternAdjustable cycle timeHigh output powerStabilized output voltageFully protected for m a x i m u m safetyand reliabilityFloating output terminalsDigital readout — frequency andvoltage of power generator, outputvoltage and current, loop resistance(load)Crystal controlled output frequenciesfor high stabilityDual emergency stop
Output Power - m a x .Output voltageOutput Current - m a x .Output WaveformFrequenciesFrequency stability in fulltemperature rangeCycle TimeOperating Temperature RangeDisplay - LED 3-1/2 digitsOverload ProtectionUnderload ProtectionThermal ProtectionInput Voltage Limits
DimensionsWeight
500 V A50-280 V5 ASquare Wave25,75,225,675,2025 Hz
±.005%(+25°Cref)30,40,50,60,90 sec.-40° C to+70° C.56" high550 VA max.,3A+70eCi5°C100V min.120V Max.360 x 220 x 220 m m7.5 kg
GENERATOR 550The motor generator ¡s mounted on s steel framewith a carrying support for comfortable transport-ation in the field by one person. A high qualityself excited aircraft generator provides stabilized110V and can deliver 550 V A of output power.
A large gas tank for a full day's operation can beprovided.
SPECIFICATIONSMotor
Alternator VoltageFrequencyPhaseDimensionsWeight
Briggs and Stratton 4 Stroke3 HPSAE110V stabilized within±l%400 Hz nominalSingle585 x 315x380 m m29.5 kg
W I D E - B A N D FREQUENCY DOMAIN SYSTEM
xas H. / B
»0 F5RLI
• S * Ll
O" 10
-S" B
225 Hi
2ft Hi
ELFAST SURVEY
SASKATCHEWAN
SURFACE
SANDSTONE
J\PRECAMBRIAN A
SEDIMENTS /METERS 3OO
GRAPHITE I SULPHIDES
TURAM METHOD - LAYOUT
3 1 1 1 «
lilt
tTl - 36 l l lNSHIITi l
\
\
\
\
TYPICAL SURVEY AREA USING ELFAST
itar
ANNEXE 8
83 SGN 312 6PH
MAXIVIIM IIEM
• Five frequencies: 2 2 H , 4 4 4 , B B B , 17"77 and 3 5 5 5 Hz
• M a x i m u m coupled C horizontal-loop Ï operation withreference cable.
• Minimum coupled operation with reference cable
• Vertical-loop operation without reference cable
• Coil separations: 5 5 , 5 0 , 1 0 0 , 1 5 0 , 2 O D and 2 5 D mCwith cable 3 or 1 0 0 , 2 0 0 , 3 0 0 , 4 0 0 , 6 0 0 and B O O ft
• Reliable data from depths of up to I B O m C G O O ft}
• Built- in voice communication circuitry with cable
• Tilt m e t e r s to control coil orientation
eme. i r -
SPECIFICATIONS :
Frequenciea ;
Modes of Operation: M A X :
. B S B . 1777 and 3 5 5 5 H z . Repeatability :
Coil Separations:
Parameters Read;
Readouts:
Scale Ranges :
Readability:
V.L .
Transmitter cod plane and re-ceiver coil plane horizontal(Max-coupled; Horizontal-loopmode l Used with refer, cable .
Transmitter coilplane honzon-tal and receiver coil plane ver-tical CfVlin-coupled m o d e ) .U s e d with reference cable .
Transmitter coilplane verti-cal and receiver coil plane hori-zontal [Vertical-loop m o d e l .Used without referenceCBble , in parallel lines.
25,50,100,150,200 E 2 5 O m tMMHJor 1OO , 2 O O , 3 O O , 4 O O . S O D andB O O ft. [ N/IM H F ) .Cotí separations m V.L.mode not re-stricted to fixed values.
- In-Phase and Quadrature compo-nents of the secondary field inMAX and MIN modes.
- Tilt-angle of the total field in V . L .mode .
- Automatic, direct readout on9 O m m C3.5") edgewise metersin M A X and MIN modes. No null-ing or compensation necessary .
- Tilt angle and null in 9 O m m edge-wise meters m V.L.mode.
In-Phase: Î 2 O % , Ï 1 O O % by push-button switch .
Quadrature: i2O%.í1OOv. by push-button switch.
Tilt: t75% slope .NullCVLJ: Sensitivity adjustable
by separation switch.
i D . 5 % to ±1% normally, dependingon conditions, frequencies end coilseparation used .
Transmitter Output; . 2 2 2 H z
- BBBHz- 1777 Hz-3555 Hz
175 AtmE
1BDAtms
1OOAtm26OAtmE
3OAtm 3
Receiver Batteries: g v trans radio type batteries (4),Life: approx. 35hrs- continuous du-ty (alkaline, O . 5 A h ] , less in coldweather.
TransmitterB a tt e r i e s :
Reference Cable
Voice Link :
12V 7.5Ah Gel-Cell rechargeablebatteries [ 2 « B V in series] .
Light weight 2-conductor tefloncable for minimum friction. Unshield-ed. All reference cables optionalat extra cost. Please specify.
Built-in intercom sys tem forvoice communication between re-ceiver and transmitter operatorsin fVlAX and M I N m o d e s , via re-ference cable .
Indicator Lights: Built-in signal and reference warn-ing lights to indicate erroneousreadings .
Temperature Range: - 4 O " C to * B O " C [-¿IODF to+1-aO°FD.
Receiver Weight: gkg (13 lbs.)
In-Phase and Quadrature :Tilt : 1%
O . 5 %.
Transmitter Weight: 1 3 k g r 39 lbs.3
Shipping Weight: Typically SOkg C135lbs.D. depend-ing on quantities of referencecable and batteries included.Shipped in two field/shipping cases.
Specifications subject to change withoul notification.
APEX P A R A M E T R I C S L I M I T E D2 O O STEELCASE RD. E., M A R K H A M , ONT. . C A N A D A , L3R 1GS
Phone: £4163 Cobles: APEXPARA T O R O N T O Telex =06-966773 NORDVIK TOR
ANNEXE 9
83 S6N 312 GPH
Slingram 18 kHz Horizontal-Loop Electromagnetic Unit.The equipment is designed for fast and accurate measurements. Modern electronic techniques areused in the instrument.
Applications:Mineral prospecting, routine horizontal loopelectromagnetic measurements in order todetect electrical conductors.Water exploration, detection of water bearingfracture zones and aquifers.Civil engineering, construction planning forbuildings, highways, power plants and tun-nels.
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 kHzor 3,6 kHz. Choose frequency according to re-sistivity conditions.Excellent noise suppression under difficultconditions; surveying can be carried out evenin the vicinity of power lines.Receiver prepared for connection to mic-rocomputer based data collecting system.
Technical Specification:Operating frequency: 18050 Hz or 3600 Hz
Coil separation:
Coil configuration:Parameters measured:
Operating Temperature:
Supplied with:
Shipping weight:
40 m , 60 m and 100 mCo-planar
Real component (in-phase) and Imaginarycomponent (quadra-ture).
— 30°C to + 60°C
Manual, Accumula-tors, Reference cable40 m and 60 m , Shoul-der straps, Charger,Foam lined woodenfield/shipping case.
26 kg
Transmitter Unit:
Controls:
Power supply:
Dimensions:
Weight:
On—Off switchLamp indicator forfunction controlRechargeable Ni-Cdaccumulator withLED-control 15 V,4 Ah.Life: 10 hours con-tinuous use.575 x 575 x (31—90) m m .7.5 kg
Receiver Unit: -Controls: Off- Real—Imaginary switch, Sensitivity
range switch, Real and imaginary com-pensation adjustements (to be zeroed on.neutral ground before start of survey), iLED-control of accumulator status. \
Readout: Analogue meter, automatic directreadout on a analogue meter. \No zeroing or compensation necessary. •
Sensitivity ranges, résolu-tion: ±10 % res. +0,1 %, !
± 100 % res. ± 1 %. iPower supply: + 18V 225 m A h . Rechargeable j
Ni-Cd accumulator with LED-control'Life: 6 hours continuous use. i
Dimensions: 575 x 575 x (31 \—150) m m .
Weight: 6 kg \
Geological Survey of SwedenUPPSALABox 670751 28 UPPSALATelephone 018-15 52 80
LULEÄBox 801951 28 LULEÂTelephone 0920-976 00
MALABox 118930 70 M A L ATelephone 0953-107 10Division for ground geophysical instruments
' ANNEXE 10
83 S6N 312 6PH
lecnnicai uescnpiionof SE-88Portable GenieElectromagnetic System
Transmitter-Receiver Primary selector: 6.25 m . 12.5 m . 25 m . 50m . 100m. 200 m plusMultiplier: x 1. x 1.25. x 1-5. * 1 75
M a x i m u m Transmitter-Receiver Separation 200 m under most conditionsGreater separations may Pe possibledepending on atmospheric and p o w e H m enoise.
Power Line Filtering Internal^ switch se'ectabie e; 6C n- 5Cand 3rd harmcnic
Signal Averaging Time Switch selectable ai 2. 4. 6 o- 16
Resolution of Ratio Display
Power Supply
Power Supply Endurance
Operating Temperature Range
Total Weight
Charging Time
Weight
Dimensions
Rechargeable Nickel-Cadmium batteries
20 hoiKS continuous at 2 0 l C
- 3 0 " C to + 5 0 ' C
6 kg
Console Dimensions
Coil Dimensions
Battery Charger
Power Requirement
Length: 280 m m : Height: 230 m m :Depth 150 m m
Length: 500 m m : Diameter. 45 m m
120 V or 240 V, 50 Hz or 60 HZ. 50 VA
7 hours lor completely discharged bat-teries, subsequent automatic tricklecharging. Transmitter and receiver bat-teries can be charged simultaneously.
4 kg
Length: 290 m m ; Height: 150 m m ; Depth:130 m m
GENIE Transmuter
SCIMTREX 222 Snidercrolt RoadConcord Ontario CanadaL4K 1B5
Telephone: (416) 669-2260Cable: Geoscini TorontoTelex: 06-964570
Geophysical and Geochemica!Instrumentation and Services
ANNEXE 11
83 SGN 312 6PH
AIRBORNE VLF EM
E M 1 8The E M I 8 is an airborne VLF receiver working on the same patented principles asthe E M 1 6 ground VLF E M .
The E M 1 8 measures the inphase and quad-phase components ol the verticalsecondary magnetic field relative to the horizontal primary field radiated by a varietyol VLF radio transmitters located throughout the world- As with the E M 1 6 , themeasurement of a ratio m a k e s the system independen! of changes in the VLF fieldstrength.
The signals are sensed by a pair of receiver coils mounted rigidly to Ihe exterior oithe surve/craft. Any type of helicopter or fixed-wing aircraft can be outfitted with anE M 1 8 by means ol a nose stringer, wing strut or side-boom configuration. Ground-borne or water-borne installations are also possible. Signals introduced by pitch androll motions of the surveycraft are compensated out by an electrically derived signaltrom a gyroscope internal to the aircraft.
The E M 1 8 VLF system can be used to locate and define areas of anomalous elec-trical conductivity and as such can supply considerable geological data to supplementother 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 mag-netic field as a percentage of horizontal primary field.
± 2 5 % lull scale deflection
±1%
± 1 0 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.
15-25 kHz VLF Radio Band. Station selection done bym e a n s of plug-in units.
24-28 V D C {135 watts)
Console : 19.5 x 19.5 x 50 c mGyroscope : 14.7 x 19.7 x 13.6 cmPreamplifier : 15 c m long
10 c m diameterCoil Assy. : 3 5 x 1 6 x 6 c m
ConsoleGyroscopePreamplifier :Coil Assy.Shipping :
5-9kfl3.0 kg1.1kg0.8 kg28 kg
ANNEXE 12
83 SGN 312 6PH
UPOLAR EM INSTRUMENTS
HELICOPTER EM SYSTEMS
EM33-1High quality data with repeatability and proven reliability — the Geonics E M 3 3 repre-sents a significant advance in the stale-ot-the-art in helicopter electromagnetic ex-ploration systems. The use of high quality composite material for the bird shell andour unique suspension system eliminate bird bending as a source of noise. Thismeans the data is not degraded by turbulence and the system produces as long asthe pilot can fly.
The 6 meter bird facilitates easy shipping and handling. A total hook load of 165 kgallows the use of light to medium lift turbine helicopters depending on the terrain.
State-of-the-art electronic signal processing insures trouble-free operation whileproviding large dynamic range, low zero drift, and immunity to atmospheric andcultural interference.
SpecificationsM E A S U R E D QUANTITY
NOISEZERO DRIFT
CALIBRATION
COIL SEPARATIONCOIL ORIENTATIONOPERATING F R E Q U E N C YP O W E R SUPPLYCONSOLE OUTPUTS
O U T P U T INTEGRATION
O U T P U T LEVELS
DIMENSIONS
W E I G H T
In-phase and quad-phase components of received mag-netic 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 electroniccorrection from console.'O-coif internal to bird gives inflight gain and phase calbralion by means of push button activation from console.6 metersVertical Coaxial or Horizontal Coplanar736 Hz nominal24-28 VDC (225 watts)•In-phase• Q u a d - phase• 50/60 Hz power line monitor — analog or fiducial•Spherics monitor - analog or fiducialSecond order tow pass filter, tn-phase and quad-phaseoutputs 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 impedancesource.Console : 1 9 " x 1 6 " X 5 . 2 5 "Bird : 7.3 m {with end caps) In length;
0.5 m diameterT o w Cable : 3 0 m in lengthConsole : 10 kgBird : 1 6 5 kg hook load
EM33-2The 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 thelower, improves conductiviiy mapping capability, enhances detection ol weak con-ductors in resistive environments and provides increased target definition.
SpecificationsOnly those specifications different from the E M 3 3 1.aie listed.OPERATING FREQUENCIES 360 H : and 3630 Hz(nominar)( «.»COIL ORIENTATION • 380 Hz - Vertical Coaxial •
• 3630 Hz T Vertical Coaxial (Optional Horizontal
^ -Coplanar available).COIL SEPARATION 5.4 mehre * * * ^ C '.'*P O W E R S U P P L Y 24-28 V D C < 6 O 0 watts)C O N S O L E OUTPUTS • 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 2 2 " x 5.25"W E I G H T Console : 1 1 k g
Power Junction Box: 16 kgBird : 1 8 0 kg hook load
EM33-3Created by the addition of a third m a x i m u m coupled coil system (horizontal coplanar)to the E M 3 3 - 2 . the E M 3 3 - 3 generates six channels of highly diagnostic data with itsmulti-frequency, multi-coil configuration.
This unique combination of dipoles and frequencies provides the necessary data tofacilitate (i) improved overburden rejection (ii) improved definition and geometricalcharacterization o) conductors (iii) better classification of conductors — cultural ornatural and (iv) improved terrain conductivity mapping.
Specifications
Only those specifications different from the EM33-1 are listed.OPERATING FREQUENCIES 380 Hz. 2860 Hz and 3630 Hz (nominal)C O U ORIENTATION
COIL SEPARATIONP O W E R SUPPLYCONSOLE 0UT?UTS
DIMENSIONS
WEIGHT
• 380 Hz - Vertical Coaxial• 2860 Hz — Horizontal Coplanar• 3630 Hz - VerticaTCoaxial̂ •_.
5.4 meters v V - * ^ V *24-26 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 monitorPower Junction Box: 18" x 22" x 5.25"Console : 12 kgPower Junction Box: 16 kgB M :195 kg hook load
