1

Sondages (chapitre 3)

2

Plan� Campagne d’exploration

� Planification� Évolution

� Forages au diamant� « wireline »� Tailles des carottes� Déviations

� Causes� Arpentage

� Carottes� Description: taux de récupération; RQD; minéralisation; altération…� Orientation d’une carotte

� Représentation en plan et en section

� Régularisation des teneurs� Autres types de sondage

� Circulation inversée� « sonique »

3

Campagne d’exploration

� Modèle de gisement� Informations disponibles (travaux statutaires)

� Cartographie géologique� Analyses géochimiques (sédiments de lacs, ruisseaux;

affleurements; blocs erratiques)� Levés géophysiques� Forages existants

� Identifier des cibles propices

4

Source: site internet du ministère des ressources naturelles du Québec

5

0 200 400 600 800 10000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

200 250 300 350 400 450 500 550 600200

250

300

350

400

450

500

550

600

Procède par campagnes successives en fonction des résultats précédents

Ex. grille 100 m => 50 m =>25 m

100 m 50 m

6

Foreuse au diamant

7

84123PQ

6396HQ

4876NQ

3660BQ

2748AQ

Diamètre des carottes(mm)

Diamètre du trou

(mm)

No

8

1- outil de repêchage (overshot)

2- adapteur tige-tube externe

3- adapteur

4- mécanisme de la tête (head assembly)

5- collier d’atterrissage

6- tube externe

7- tube interne

8- stabilisateurs (reamingshell)

9- extracteur (core lifter)

9

160$/m en 2011Coût

80m/j (BQ, 0-400m)Taux d’avancement

À câble, moteur diésel, hydraulique, sur traîneau, déplacement par chenillard

Type de foreuse

100%Taux de récupération

À diamants imprégnésType de couronne

BQ (36.5mm)Calibre des échantillons

100-200lbs/po (idéalement 125)Pression exercée sur la couronne

1000-1400 t/minhoraire

Vitesse de rotation des tigesSens de rotation (vue d’en haut)

300 à 900 lb/po2 selon la profondeurPression d’eau

20 l/minQuantité d’eau Valeurs typiques

10

Évolution des coûts de forage au Québec 2005-2014

11

Les déviations

Source: Singh, 1998, CIM Bulletin, v. 91, # 1016, 90-95

12Source: Singh, 1998, CIM Bulletin, v. 91, # 1016, 90-95

13

Pourquoi dévient-ils?

� Paramètres de forages� Diamètre, longueur, inclinaison du trou

� L’équipement utilisé� Condition des tiges, de la couronne, des raccords,…

� Paramètres fixés par les opérateurs� Poussée exercée, vitesse de rotation, pression d’eau,…

� Caractéristiques de la roche� Joints (présence, ouverture, condition),

� Variations de résistance, résistances anisotropes� Épaisseur et résistance des lits

� Opérateurs de la foreuse� Expérience, formation

Note: comme la rotation des tiges est dans le sens horaire, les déviations en direction se font plus souvent vers la droite.

14

Normalement, les trous tendent à s’orienter perpendiculairement aux lits

Roche dure

Roche molle

Roche dure

Roche molle

a)

b)

La déviation est plus importante en b) qu’en a) où la roche dure empêchele train de tige de trop dévier => alternance de lits => forages s’orientent perpendiculairement

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Déviations

-La veine n’est pas où l’on croit

- La veine est plus petite que prévue

Exemple fameux: Mine Louvicourt, les forages ont dévié et l’arpentage a été mal fait => forte surestimationdes réserves (40 Mt au lieu de 15 Mt; 25 ans prévu au lieu de 10 ans).

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Arpentage des trous de forage

� Test acide : pendage seulement� Boussoles : tropari, pajari, Sperry-Sun� Sondes magnétiques et inclinomètres (Reflex, Flexit)� Optique (Maxibor, Light-Log)� Gyroscopes

17

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Angle lu

Ang

le c

orrig

é

Correction pour un tube AQ (HF 4%)

Test acide

� Acide fluorhydrique (très très dangereux!)� Concentration 4% ou +� 30 minutes au repos pour marquer l’éprouvette� Donne le pendage seulement

éprouvette

pendage

=> Correction capillarité

θ

18

Tropari ou Pajari� Boussole lestée pour demeurer horizontale� Tube non magnétique � Train de tige remontée pour dégager le tube� Mécanisme de blocage de la boussole après « x » minutes� Permet des mesures discrètes (ex. à tous les 50 m)� Inutilisable en terrain magnétique

http://www.pajari.com/

19

Caméra Sperry-Sun

� Ensemble boussole, bulle d’air et caméra � La bulle d’air donne le pendage (pendages prononcés

seulement)� La caméra photographie la position de la boussole à intervalle

fixe de temps� Souvent utilisé après qu’un trou soit terminé puisque toutes

les mesures peuvent être obtenues en une seule passe� Inutilisable en terrain magnétique

90

Bulle d’air 80

70

N

20

Sondes magnétiques et inclinomètre

� Trois composantes du champ magnétique � Permet de détecter la présence de magnétisme dans la roche =>

déterminer les zones où les mesures ne sont pas fiables � Donne la direction � Le pendage est donné par l’inclinomètre

http://www.reflex.se/files/Ems%20brochure.pdf Ex. flexit HTMS: BQ

21

Méthode optique

� Deux ou trois anneaux réfléchissants espacés de 1m, dont un est muni d’une bulle indiquant le haut du forage.

� À partir de la tête du forage, le décentrage relatif des disques indique une déviation du trou. Les déviations sont cumulées à partir de la tête du forage.

� Mesure en continu

� Insensible au magnétisme

� Fait par des équipes spécialisées� Coûteux

http://www.reflex.se/files/reflex_folder_maxibor.pdf

http://www.mgls.org/95Sym/Papers/Killeen/figs4.html#21

22

Gyroscope

� Gyroscope. La masse en rotation garde toujours la même orientation (vitesse de rotation : ordre 40000

tours/min=> usure rapide).

� Mesures relatives en continu� Trous de diamètre important (>10 cm).

Fréquemment utilisé en pétrole. Utilisé par LKAB (mine de fer)

� Doit corriger pour la dérive (fonction de la latitude) due à la rotation de la terre.

� Dispendieux.� « Gyroscopes » optiques

Ex. - Precision tools AB: Gyro Tracer et Gyro Logic (optique)

- flexit gyrosmart

- Gyro services (gyro MEMS: Micro Electro Mechanical Sensor)

23

Ex. cas réel (Killeen et al., 1995)

http://www.mgls.org/95Sym/Papers/Killeen/

24

Écarts entre les méthodes d’arpentage : 40 m à 214 m

(trou de 900m)

http://www.mgls.org/95Sym/Papers/Killeen/

Une méthode magnétique et 3 gyrosApplied drilling engineering (~1990)

25

Un article récent arrive aux mêmes conclusions (Sindle et al. 2006)

Tuyau PVC de 370 m de long déposé sur le sol.

Écarts de 2.3 à 48 m pour les 3 sondes magnétiques

63 et 72 m pour les méthodes optiques

1 m pour la méthode gyroscopique

Calibration-Température-Anomalies magnétiques-Dérive du pôle magnétique

26

Gyro, sondes électromagnétiques et optique (orange). Les courbes doublées indiquent une mesure en entrant et en sortant => bonne précision (reproductibilité) mais justesse très variable.

27

Coins pour imposer une déviation volontaire

� Pose de coins dans un trou permet d’obtenir plusieurs intersections avec la minéralisation à moindre coût

28

29

Carottes de forage

Positionner les carottes à leur vraie position dans la boîte

30

Description des carottes

� Nom de la roche� Couleur, texture� Altérations visibles� Minéralisation et minéraux indicateurs� Joints, schistosité, …� Taux de récupération

taux= long récupérée / long forée

� RQD (rock quality designation)- Somme longueurs >10cm / longueur forée

- Mesure dépend de l’orientation du forage

� Autres observations…

31

RQD(%)

Rock quality

0-25 very poor

25-50 poor

50-75 fair

75-90 good

90-100 excellent

RQD

d=8 cm

θc=cos-1(8/10)

RQD=0%

RQD=100%

Equally spaced joints

32

Orientation des carottes

⇒Connaître la vraie orientation de la carotte et des joints dans l’espace

⇒Nécessaire pour des études structurales

Ex. Mine Gaspé:

Classer chaque joint dans une famille donnée pour connaître la distribution spatiale des familles

=> Prédire la distribution de la taille des blocs découpés naturellement par les joints (foudroyage)

33

Système Ballmark : - Trous NQ et HQ- Bille marque le disque au moment où l’on casse la carotte

Utilisateurs: Inco, BHP, Falconbridge, …

34

Ezy Mark

35

Ezy Mark (suite)

36

Systèmes utilisant les ultra-sons (acoustic televiewer)

Nécessite: - forages parfaitement circulaires

- appareil parfaitement centré dans le forage

(sinon => corrections de l’amplitude basée sur les temps de parcours)

Amplitude onde réfléchie

37

Pour un forage vertical

-La position du point bas donne la direction du vecteur pendage

- Le pendage est obtenu par atan(H/D)

avec H: différence de hauteur entre point haut et point bas

D: diamètre du trou

Source: http://www.cflhd.gov/agm/geoApplications/BoreholeMethods/1043AcousticLogging.htm

H

N E S W N

38

Lambert angles égaux

E

N

Pour forages verticaux

forage

Point bas à 90

Vec. pendage: 90o ,15o

Angle entre forage et vecteur pendage

39

Pour des forages non-verticaux

Le point bas correspond à l’axe majeur de l’ellipse formée par l’intersection du forage avec le plan.

Étapes:

i. Ayant JO et la direction du grand axe de l’ellipse, trouver l’inclinaison du grand axe sur une projection polaire.

ii. Axe du forage et grand axe de l’ellipse => petit axe de l’ellipse (stéréonet)

iii. Petit axe de l’ellipse et grand axe de l’ellipse => vecteur pendage (stéréonet)

Modifié d’après: http://www.irem.univ-mrs.fr/

40

Vecteur pendage: 30-40

Exemple

i. ii.i.

iii.

Wulff angles égaux

N

petit axe

grand axe

v.pendage

Wulff angles égaux

N

forage

grand axe

petit axe

Angles égaux

E

N

E

N

grand axe

forage

i.

iii.i. Un forage orienté 80-65 montre un JO de

31.3o. La direction du point bas (grand axe) est 58.10 => donne grand axe 58.1-36.5

ii. On reporte le grand axe et le forage sur le stéréonet => le petit axe est orthogonal

iii. On reporte le grand axe et le petit axe sur le stéréonet, le vecteur pendage est à l’équateur, le pôle au plan est orthogonal à ce plan.

58.1

36.5

40

30

41

Problème: Un horizon marqueur (plan) reconnu dans deux forages différents

Prémisses: Le pôle au plan est orthogonal au grand axe de l’ellipse.

Le forage, le grand axe et le pôle sont dans un même plan orthogonal au petit axe de l’ellipse;

Donc, le pôle forme un angle de 90-JO avec l’axe du forage.

- Sur une projection polaire, on trace le cône de 90-JO1 autour du forage 1

et de 90-JO2 autour du 2e forage => 2 intersections.

Exemple:

f1=> (0, 70) et f2 => (330, 45)

JO1=42.8o et JO2=65.1o

Le pôle de l’horizon marqueur est A=(300, 35) ou B=(345.4, 23.5)

Angles égaux

E

N

E

N

A

B

42

Mise en plan des forages

Collet 103o 53o

40 m 107o 58o

100 m 120o 65o

Point de mesure direction inclinaison

120 m 135o 72o

Cette méthode est la méthode du point milieu ou méthode équilibrée tangentielle

2.192.193.099.5172o45o10110- 120

8.4514.6416.9036.2565o30o4070-110

7.7525.3426.5042.4058o17o5020-70

2.7111.7312.0415.9753o13o200-20

(3)

Dist. horiz.

perpendiculaire à la

section

d= a Sin(α)

(m)

(3)

Dist. horiz.

projetée dans

la section

c=a Cos(α)

(m)

(2)

Dist. Horiz.

a=Cos(γ)L

(m)

(1)

Distance

verticale

b=Sin(γ)L

(m)

Inclinaison

du sondage

γ

Angle entre la

section et la

direction du

sondage

α

Longue

ur du

segment

L (m)

Distance

du collet

(m)

43

Représentation des déviations: méthode graduelle

� Plusieurs variantes possibleExemple:

Courbure minimale: on se déplace sur un grand cercle

44

0 100 200 300 400-300

-250

-200

-150

-100

-50

0Vue en section

coordonnée y

altit

ude

Graduelle Mi-distance

0 50 100 150

50

100

150

200

250

300

350

Vue en plan

coordonnée x

coor

donn

ée y

Graduelle Mi-distance

Toutes les méthodes de calcul donnent des résultats très semblables, les différences sont négligeablescomparées à la précision des instruments d’arpentage des trous

45

3 infos

1- Collet

2- Déviations

3- Analyses

6059 170 -246 86,9 0 30 126

Mode de présentation des données de forage

Id x y z azimut plongée long

6060 490 180 45 Id à azimut plongée

9501 24,70 27.0 0,45 Id de à analyse

46

Régularisation des teneurs (teneurs composites)

� Pour plusieurs méthodes d’estimation, on doit avoir des teneurs rapportées à des échantillons de taille identique

� On doit convertir les mesures d’orientation du forage en coordonnées (x,y,z)

� Exemple numérique: teneurs observées forage 6059 de Niocan

De (m) à (m) Nb2O5 (%)

30.50 35.10 0.17

35.10 38.10 0.25

38.10 41.10 0.21

41.10 45.70 0.20

45.70 50.30 0.12

50.30 53.30 0.12

53.30 58.20 0.18

47

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

200

400

600

800

1000

1200

Fré

quen

ce

Longueur de la carotte

Histogramme des longueurs de carottes

Le choix de la longueur de régularisation doit être dans le sens d’augmenter le support et non de le réduire

Ici 6 m semble une longueur de régularisation raisonnable.

x (m) y (m) z (m) Nb2O5

170.00 -216.99 70.15 0.19

170.00 -211.79 67.15 0.22

170.00 -206.60 64.15 0.16

De (m) à (m) Nb2O5 (%)

30.50 35.10 0.17

35.10 38.10 0.25

38.10 41.10 0.21

41.10 45.70 0.20

45.70 50.30 0.12

50.30 53.30 0.12

53.30 58.20 0.18

…

Le 1er composite est obtenu par: {(35.1-30.5)*0.17%+(36.5-35.1)*0.25%}/6=0.19 %

Le 2e composite est obtenu par: {(38.1-36.5)*0.25%+(41.1-38.1)*0.21%+(42.5-41.1)*0.20%}/6=0.22 %

48

Autres méthodes de forage

� Circulation inversée- Il n’y a pas de carottier, train de tige double, l’eau circule

entre les les tiges et remonte par la tige interne en emportant des fragments + ou – gros.

- Avantage: plus économique - Difficulté : localiser précisément la provenance des

fragments

http://www.drill-supplies.com/mining_rcpipe.html

49

� Sonique - Surtout pour l’échantillonnage de matériaux meubles (e.g. environnement)

- Une vibration mécanique haute fréquence est transmise au train de tige

- Train de tiges doubles, la tige interne (avec carottier) est avancée en premier par vibration => échantillon intact

- Équipement spécialisé; dispendieux

http://www.drilcorp.com/sonicbore.pdf

Carottier

Tubeexterne

50

Exemple de contrat de forage

1- Objet du contrat2- Date des travaux3- Prix et coûts des travaux

a) mobilisationb) mort-terrainc) roce) tubage laissé à la demande du clientf) cimentationg) alésageh) cointagei) conduites d’eauj) tests d’orientationk) boîtes de carottesl) déplacement entre foragesm) délais dus au clientn) suppléments non-prévus au contrat

4- But des travauxLe recouvrement complet des carottes de sondage est le but essentiel de ce contrat.

51

Exemple de contrat de forage (suite)

5- Employés de l’entrepreneur- Personnel compétent- Respect des lois- clause de confidentialité

6- Responsabilité en cas d’accident- Charge de l’entrepreneur

7- Modification au contrat- prolongement (aux mêmes coûts)- réduction -> indemnité raisonnable à l’entrepreneur

8- Droits de résiliationSi l’entrepreneur fait preuve d’incompétence

9- JalonnementDroit de rachat de claims pris par l’entrepreneur ou ses employés à proximité du

forage

52

Exemple de contrat de forage (suite)

10- Environnement- Laisser le site propre- Limiter les dommages- Respect des lois