Géophysique du rayonnement |
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Géophysique de la radioactivité Levés
La technique de spectrométrie gamma peut être employée dans
les levés aériens et les levés au sol. Dans les airs,
elle assure un balayage systématique, peu coûteux, de vastes
étendues, et peut se combiner aisément aux techniques
magnétiques et électromagnétiques classiques au cours
d'un levé multicapteurs unique. Au sol, la spectrométrie in
situ fournit des résultats quantitatifs en temps réel, qui
permettent la distinction entre les formations géologiques et les
altérations causées par les corps minéralisés.
En effet, la spectrométrie gamma permet de faire la distinction entre
les altérations associées à une minéralisation et
les roches stériles. Sur cette illustration, la carte des données
sur le potassium (K) (correspondant à l'une des 14 variables produites par
le levé aérien) révèle (à gauche) des valeurs
élevées de K associées à une altération dans
un grand gisement de porphyre (Cu-Au +/-Mo), et (sur la droite) une intrusion
felsique stérile.
Pouvons-nous donc distinguer l'important gisement de potassium du gisement
moins intéressant? Oui! La veine avec minéralisation
de porphyre est caractérisée par un rapport éTh./K typiquement bas
(courbe verte), qui apparaît à la fois dans les données
du levé aérien et dans celles du levé au sol. En revanche,
les valeurs éU/éTh (courbe bleue) sont élevées
uniquement dans la zone de l'intrusion felsique.
Bien que les levés géophysiques aériens présentent de
grands avantages en raison du grand nombre de données utiles qu'ils
produisent, il faut prendre en considération l'inconvénient
des coûts relativement élevés de vol. Le jugement à
porter sur les avantages et les inconvénients constitue probablement
l'aspect le plus délicat de la décision d'effectuer un levé
aérien.
![Skyvan Skyvan](/web/20061103043843im_/http://gsc.nrcan.gc.ca/gamma/images/_skyvana.gif)
On doit tenir compte de nombreux facteurs dans la planification d'un levé, notamment:
- les questions géophysiques:
- la hauteur de vol (la distance par rapport à la source)
- les variables à mesurer et les instruments requis
- les variables «obligatoires» à obtenir
et les variables secondaires (dans le cas de panne d'instruments
ou d'autres dérangements)
- le volume des capteurs requis (dans le cas de la spectrométrie
gamma aéroportée);
- la présence de masses d'eau pour les mesures SGA du rayonnement
naturel (pour le comptage parasite autant que pour l'étalonnage);
- la direction de vol (habituellement «perpendiculaire au pendage de la couche»)
- l'espacement entre les lignes de vol (250 m? 500 m? 1000 m?)
- l'étendue de la zone de balayage
- certaines considérations pratiques:
- les coûts: aéronef, carburant, personnel
- la hauteur de vol et l'autonomie de l'aéronef
(nature du terrain, relief, température de l'air)
- le poids des instruments et du carburant
- la facilité avec laquelle on peut se procurer du carburant
La Section de la géophysique de rayonnement assure depuis
longtemps l'élaboration et la mise en oeuvre de levés
aériens multicapteurs réalisés par des aéronefs
à voilure fixe. Même si nous n'effectuons plus les levés
nous-mêmes de façon systématique, nous faisons profiter
de notre vaste expérience les entreprises, nationales et internationales,
chargées d'effectuer des levés géophysiques sous contrat,
plusieurs desquelles sont listées dans le
"Annual Survey of International Exploration Geophysics" de la CGC.
Pour de plus amples renseignements sur l'aide fournie dans la planification
des levés aériens, veuiller contactez-nous.
Planification
À la suite du traitement des données recueillies
durant le levé aérien et de la composition de cartes
de courbes de niveau et de profils superposés,
le géophysicien peut repérer les zones (anomalies) qui
méritent une recherche plus poussée au sol, au moyen
de spectromètres portatifs. On peut ainsi définir
plus précisément l'emplacement et la forme de
l'anomalie dans l'ensemble de la formation géologique
locale. Durant le levé au sol, on prélève
également des échantillons pour analyse.
![questions, questions, questions](/web/20061103043843im_/http://gsc.nrcan.gc.ca/gamma/images/quest1_.jpg) |
Le levé au sol peut être autonome ou bien effectué
à la suite d'un levé aérien. Il nécessite une
planification rigoureuse et la prise en compte des facteurs déterminants
dans la collecte des données spectrométriques et géologiques.
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- À quel endroit doit-on prendre les lectures? Quel doit
être l'intervalle entre les lignes de quadrillage? Quel doit
être l'intervalle entre les stations le long des lignes?
Comme pour toute technique géochimique, il est recommandé
d'effectuer un levé de reconnaissance préalable,
afin de déterminer si le contraste entre les radioéléments
du substratum rocheux et des diverses formations de surface est suffisant
pour justifier une recherche plus poussée. Il est inutile de
prendre des centaines de lectures à intervalles très
rapprochés sur une vaste étendue si les contrastes
radioactifs ne sont pas discernables.
Une brève reconnaissance (de quelques heures ou de quelques jours,
selon l'étendue de la recherche et la logistique existante) permet
de vérifier si les radioéléments des formations les
mieux exposées et les moins altérées présentent
des contrastes avec ceux des zones minéralisées et
altérées.
À partir de ces résultats préliminaires, on peut
déterminer s'il est nécessaire de prévoir un
quadrillage uniforme de stations en vue du levé au sol
ultérieur et choisir l'emplacement de ces stations.
- Combien de temps faut-il attendre après une pluie?
Après une forte pluie qui a détrempé le sol, on doit
attendre entre 12 et 24 heures pour effectuer une spectrométrie
au sol, afin que le taux d'humidité revienne à son niveau
d'avant la pluie.
- Combien de temps doit-on compter?
Lorsqu'on utilise les capteurs au NaI de 0.34 L, relativement
gros, la période de comptage doit durer au minimum 2 minutes.
Les périodes de comptage sont plus longues dans le cas
des capteurs portatifs plus petits.
- Doit-on utiliser une «station de base»?
Il n'est pas nécessaire d'utiliser une station de base pour
«référencer» les données, comme
dans les levés au magnétomètre, mais il est
conseillé de prendre des lectures régulières
(le matin et le soir) à un endroit fixe, bien connu, afin
de vérifier que le spectromètre et les capteurs
sont en bon état de fonctionnement.
- Doit-on mémoriser uniquement les «zones
d'intérêt» (les fenêtres) ou bien toutes
les données provenant de l'ensemble des canaux (256 ou 512)?
Bien que la plupart des usagers ne désirent obtenir que les
concentrations de K, éU et éTh, l'enregistrement et
le téléchargement de toutes les données du
spectre sont des opérations simples et elles permettent
le traitement ultérieur des données. Même
si les spectromètres récents peuvent enregistrer
et mémoriser les données sur 512 canaux, cette
résolution devrait être réservée
aux travaux en laboratoire; une résolution à
256 canaux est suffisante pour les applications géologiques.
- Quand doit-on télécharger les données dans l'ordinateur?
La grande capacité de mémoire des spectromètres
les plus récents permet de stocker des centaines de milliers
de spectres de rayonnement sur 256 canaux. Cela représente
de nombreuses semaines de relevés, mais il est tout de
même recommandé d'extraire les données à
la fin de chaque journée de travail, dans la mesure du possible,
afin d'éviter une perte des données en cas de panne ou
de bris de l'instrument. En même temps, on peut noter ses
observations dans le carnet de terrain.
- Mon spectromètre comporte une entrée pour
les données en provenance d'un appareil GPS. Est-ce que
je dois utiliser cette fonction ou simplement noter les
coordonnées GPS dans mon carnet de terrain?
Cela dépend du temps nécessaire à l'appareil
GPS pour obtenir un «point fixe» fiable.
Si le spectromètre enregistre la position du GPS avant que
ce dernier ait établi une position stable, ou si on
prend plusieurs lectures à l'intérieur de la
même zone «GPS», il peut être
préférable de neutraliser la fonction GPS
et de noter manuellement les valeurs de position, qui
seront ensuite consignées manuellement sur une
feuille de calcul.
- Quelle autre information doit-on consigner?
Pour effectuer une bonne interprétation des données
du spectromètre, on doit noter le plus de renseignements
possibles sur le matériel de la source, à chacune
des lectures, ainsi que sur la qualité de la lecture.
L'utilisation d'un formulaire normalisé ou d'une feuille
de calcul permet de garantir que l'on n'oublie rien. Le
mélange des données sur les affleurements et sur
les morts-terrains, ou celles des roches altérées
et celles des roches non altérées (par exemple),
risque de fausser les résultats.
Instrumentation
Un levé spectrométrique au sol nécessite le matériel suivant:
- un spectromètre gamma autostable adéquatement
étalonné (à droite, dans le sac à dos) branché
à un capteur dont le volume est relativement important
(cristal d'iodure de sodium de 0.35 L, cylindre blanc à gauche)
- un compteur à scintillation de poche (en bas à gauche),
qui fournit un flot continu d'indications tout le long du
cheminement, permettant de noter les endroits où les
variations dans la radioactivité totale doivent
être mesurées avec le spectromètre
Matériel facultatif, mais fortement recommandé:
- un récepteur GPS portatif pour les données de localisation (au centre)
- un appareil robuste et facile d'emploi, pour mésurer la susceptibilité magnétique
(en bas, jaune) pour des renseignements complémentaires
Exécution d'un levé
![field measurements](/web/20061103043843im_/http://gsc.nrcan.gc.ca/gamma/images/field3_.jpg) |
Une surface d'affleurement plane constitue une source géométrique
parfaite pour une lecture (elle s'approche de la valeur 2π (demi-sphère)
plane de la source constituée par les blocs en béton servant
à l'étalonnage du spectromètre). Des écarts
par rapport à cette situation idéale sont bien entendu
tolérés, mais on doit éviter les écarts
excessifs dans la mesure du possible: placer, par exemple, le
spectromètre à la bordure d'un affleurement
(géométrie <2π), dans une profonde fissure ou entre
plusieurs blocs rocheux (géométrie >2π).
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![field measurements](/web/20061103043843im_/http://gsc.nrcan.gc.ca/gamma/images/field4_.jpg) |
Un autre exemple de bonne condition de lecture: le capteur est
placé sur une surface plane, à 1 m de la limite
de la falaise derrière le géologue. Il obtient
ainsi une bonne géométrie 2π de la source, qui
produit une détermination quantitative précise
de K, éU et éTh.
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![alteration mapping](/web/20061103043843im_/http://gsc.nrcan.gc.ca/gamma/images/boulder_.jpg) |
Un gros bloc rocheux (d'un diamètre > 1 m) constitue un
volume suffisant pour assurer une géométrie 2π.
Toutefois, le géologue doit évaluer la pertinence
d'une telle lecture en matière de lithologie du substratum
rocheux. On peut prendre des mesures sur des blocs de
diamètre plus petit encore, mais les résultats
doivent être interprétés avec précaution.
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| Un levé au sol bien planifié doit conjuguer
la spectrométrie gamma à d'autres techniques
comme le prélèvement d'échantillons de
roche, de sol, de matériaux hydro/biogéochimiques.
L'établissement de relations entre les
radioéléments et d'autres indicateurs
géochimiques peut permettre de limiter le nombre
d'échantillons géochimiques (et les frais
qui en découlent) nécessaires pour constituer
la cible d'exploration.
Sur la photographie, on a combiné la spectrométrie
gamma (à gauche), l'échantillonnage biogéochimique
(en arrière à droite), l'échantillonnage de sol
(à l'avant-plan) et l'échantillonnage lithogéochimique.
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Pour une interprétation complète des données de
spectrométrie aérienne ou au sol, on doit avoir des
notions de pétrologie, de géologie des formations en
surface et du substratum rocheux, de géochimie, et
connaître la technique de spectrométrie gamma
ainsi que certaines techniques géophysiques
complémentaires.
![ground spectrometry](/web/20061103043843im_/http://gsc.nrcan.gc.ca/gamma/images/grdata_.gif) |
On peut représenter les résultats d'un levé au sol
au moyen de diverses techniques d'intercorrélation, comme ce
tableau de coordonnées X-Y de éTh par rapport à
K provenant de stations situées autour du gisement de Casino,
au Yukon. La répartition en grappes révèle que,
même si toutes les données se classent dans la même
plage de valeurs du thorium, la teneur en potassium peut servir
à distinguer une minéralisation (en jaune), des
intrusions non minéralisées (en rose) et des roches
hôtes plus anciennes (en vert). On peut comparer ces
données topographiques avec les résultats de la
spectrométrie gamma aérienne
correspondante, en notant le guidage de minerai fourni par le
rapport éTh/K.
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Après avoir tracé les courbes de éTh par rapport
à K, ou de éU par rapport à éTh, on est en
mesure de déterminer les concentrations relatives des
radioéléments dans les différents sites,
pour des causes primaires (c'est-à-dire magmatiques)
ou pour des causes secondaires (altération liée
à un processus magmatique, hydrothermal ou atmosphérique).
Quand ces processus sont associés à une minéralisation,
les avantages sont évidents. Par ailleurs, le regroupement de
certains lithotypes facilite souvent le repérage de formations
nouvelles ou mal cartographiées.
Pour effectuer l'interprétation spatiale des résultats
d'un levé au sol, on doit les mettre en relation avec d'autres
données, de nature géologique ou géochimique, et
avec les résultats d'autres levés géophysiques
aériens ou au sol. Il est possible de le faire manuellement,
mais des logiciels comme SurView ou d'autres
logiciels SIG offerts dans le commerce, permettent de réaliser
d'excellentes présentations des données.
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