Depuis le milieu des années 70, on a généralisé le recours aux levés de spectrométrie gamma aérienne à haute sensibilité dans la cartographie géologique et la prospection minérale.

La méthode repose sur le principe que les concentrations absolues et relatives des radioéléments K, U et Th varient de façon importante et mesurable avec la lithologie. Des études menées au Groenland, en Amérique du Nord, en Amérique du Sud, en Afrique, en Australie et en Europe prouvent que la méthode est applicable à la cartographie topographique dans tous les types de milieux. Cette méthode est très efficace dans la subdivision des roches ignées acides et des roches métamorphiques, dans les régions du Bouclier canadien jusqu'ici mal cartographiées, à condition qu'elles ne soient pas masquées par une couverture alluviale imperméable. Elle décèle les types de roches caractérisées par des teneurs ou des proportions inusitées de radioéléments comme les roches hyperalcalines, carbonatées et ultrabasiques. Depuis une dizaine d'années, on a étendu l'application de la méthode aux milieux moins radioactifs comme les bassins sédimentaires, les formations sédimentaires volcaniques et les zones fortement érodées par la glaciation ou le climat tropical, où les contrastes subtils constituent des indicateurs fiables en cartographie.

En 1967, la spectrométrie gamme aérienne était une technique de prospection qualitative, que l'on commençait à employer dans la prospection uranifère. Vers 1977, le perfectionnement des instruments et l'existence de normes bien établies ont permis la collecte de données quantitatives reproductibles et la méthode est alors devenue l'outil essentiel en prospection de l'uranium. Depuis lors, cette technique est largement utilisée en cartographie géologique et en prospection dans les milieux les plus divers.

Carte géologique du Canada	Carte de la radioactivité au Canada (carte 16700a)
	(Darnley et al, 1986)

Il est ironique de constater que c'est le succès mondialement reconnu de la détection aux rayons gamma dans la recherche de gisements d'uranium qui a empêché, pendant des décennies, l'utilisation de cette technique dans la prospection d'autres minerais. Mais avec la multiplication des observations où l'uranium n'était pas la cible, les cartographes et les prospecteurs ont peu à peu constaté la possibilité de recourir à la spectrométrie gamma dans de nombreuses autres applications, en utilisant les trois radioéléments comme des indicateurs géochimiques, directement ou indirectement associés avec les éléments recherchés.

La spectrométrie gamma aérienne est un outil d'utilité immédiate dans la prospection de nombreux minerais, bien entendu l'U et le Th, mais également le Sn, le W, le Nb, le Zr et les éléments de terres rares. Moins souvent, mais de façon notable dans certaines circonstances, les anomalies radiométriques peuvent permettre le repérage de minéralisations de Au, Ag, Hg, Co, Ni, Bi, Cu, Mo, Pb et Zn, soit parce qu'un ou plusieurs radioéléments y sont présents à l'état de trace, soit parce que le processus de minéralisation a modifié les rapports proportionnels des radioéléments dans le milieu.

Quelques exemples d'applications et de travaux effectués par la CGC sont décrits ci-dessous. Ils sont groupés par types de gisements.

Le rôle de la spectrométrie gamma dans la recherche et la délimitation des gisements de ces métaux communs dépend de leur type de système de minéralisation VHMS et de l'altération hydrothermale correspondante.

	Par exemple, dans nos observations à Pilley's Island (1989, dossier public de la CGC 1993) et de la ceinture volcanique de Tulk (1992, dossier public de la CGC 2481) à Terre-Neuve, l'altération potassique sous forme de séricite et/ou de feldspath potassique apparaît à proximité de la minéralisation, et se repère facilement par levé aérien ou au sol avec un spectromètre gamma.
Géologie et images de K, éU, éTh, éTh/K et du champ magnétique total pour la zone d'étude d'Extech 1. Les données obtenues à Snow Lake apparaissent également sous forme d'images 8 bits dans le disque CD-ROM publié par le groupe CARTNAT dans le cadre du Projet de la marge du Bouclier.	Dans d'autres cas cependant, tel que les gisements de Cu-Zn de la région de Snow Lake au Manitoba (1991, dossier public de la CGC 2300) (Shives, 1996), le repérage direct de l'altération associée à la minéralisation n'est pas évidente, car les trois radioéléments sont peu abondants dans les roches hôtes tholéiitiques et insuffisamment introduites, ou ont migré durant l'altération hydrothermale. Malgré cela, la spectrométrie offre ici des indices indirects importants pour la prospection, grâce à l'identification d'intrusions subvolcaniques et de phases à l'intérieur de celles-ci, qui sont génétiquement et spatialement liées aux minerais. La spectrométrie révèle également de subtiles variations lithogéochimiques entre les gisements de la région, et entre divers cycles volcaniques, qui peuvent servir en cartographie chimiostratigraphique.

Au Canada, la recherche de gisements de Cu-Mo de faible teneur mais de gros volume a été épisodique. À la fin des années 80, les efforts se sont orientés vers les formations de porphyre alcalin aurifères. Nos observations sur la Cordillère canadienne en Colombie-Britannique et au Yukon révèlent à quel point la spectrométrie gamma est un outil de prospection puissant, qui a permis la découverte de la présence très abondante de potassium dans le coeur et à la périphérie d'un grand nombre de ces gisements.

Résultats de levés de spectrométrie gamma aérienne au-dessus du gisement de Casino au Yukon (1994, dossier public de la CGC 2816) et du mont Milligan dans la dépression de Quesnel en Colombie-Britannique (1992, dossier public de la CGC 2535).

des profils superposés lors des trois vols effectués au-dessus du gisement de Cu-Au-Mo porphyre de Casino (1994, dossier public de la CGC 2816) avec les cartes correspondantes de courbes de niveau de K, éTh et du champ magnétique total. Le gisement de Casino, qui présente plusieurs anomalies relativement élevées, se distingue par la faible valeur de son rapport éTh/K, tout à fait unique.

En 1996, on a effectué un levé multicapteurs par hélicoptère d'une vaste étendue du bassin Selwyn au sud de la Colombie-Britannique (1996, dossier public de la CGC 2628), où les données physiques fournies par les capteurs aéromagnétiques et électromagnétiques (EM) ont été combinées à l'information chimique obtenue par la spectrométrie gamma.

Les résultats obtenus au-dessus de la célèbre mine Sullivan et autour du couloir Sullivan-North Star démontrent que les données radiométriques peuvent servir de guide de prospection lorsqu'elles sont combinées avec les données des techniques magnétiques et électromagnétiques. La minéralisation est repérable grâce aux faibles et subtils rapports éTh/K, associés à une altération potassique sous forme de muscovite.

Il existe de nombreuses variétés de minéralisations incluses dans les skarns, dont beaucoup présentent des teneurs élevée en uranium en association avec d'autres minerais à valeur commerciale. C'est ainsi que dans la région du lac Sandybeach dans les Territoires du Nord-Ouest, on a découvert un gîte skarnifère polymétallique et aurifère grâce à un levé au sol de la CGC suivant un levé aérien qui avait révélé des anomalies uranifères associées à des taux aéromagnétiques élevés. Des échantillons pris au hasard contenaient 91 ppm d'Au (près de 3 onces la tonne), ainsi que des minerais tels que pyrrhotine, arsénopyrite, scheelite, telluride, molybdénite, chalcopyrite, cobaltite, ilménite et des traces d'uraninite. Des entreprises privées ont poursuivi les recherches et on prévoit une découverte importante!

Nombreux sont les exemples d'applications à ranger dans ce groupe très vaste. Dans la plupart d'entre elles, on se sert des variations de l'uranium et du thorium pour classer les phases intrusives de minéralisation ou les altérations qui peuvent être des minéraux tardimagmatiques comme le Sn ou le W, courants dans les granites hyperalumineux du Carbonifère en Nouvelle-Écosse, par exemple dans le pluton de Davis Lake (1988, dossier public de la CGC 1784). Dans d'autres intrusions spécialisées, l'uranium peut servir de traceur pour le molybdène ou d'autres gîtes aurifères. Les intrusions inusitées comme les roches carbonatées sont souvent riches en U et/ou en Th associés à divers métaux rares ou stratégiques, notamment Be, Nb, Ta, Ce, La, Y, Zr, Mo, P et d'autres, comme on le constate à Thor Lake (T.N-O.) (1990, dossier public de la CGC 2252) et à Allan Lake (Ontario) (1986, carte CGC 36231(01 et 02)G).

Dans le nord du Canada, la découverte de gisements polymétalliques grâce aux levés spectrométriques gamma (1995, dossier public de la CGC 2806) (Gandhi et al, 1996) a suscité des investissements de dizaines de millions de dollars en prospection et en développement et l'addition de réserves importantes aux ressources minières du Canada. Ces gisements d'un type nouveau dans le pays comportent des volumes d'or, de cobalt, de cuivre, de bismuth et de tungstène de plus de 150 millions de tonnes, d'une valeur supérieure à 7 milliards de dollars US. Pour de plus amples renseignements sur cette importante découverte, voir ci-dessous.

Les résultats d'un levé aérien au-dessus de l'un de ces gisements, à Lou Lake, révèlent une valeur élevée bien définie de potassium (A), un rapport éTh/Th faible (B), un rapport éU/éTh élevé (C) et une valeur totale de champ magnétique élevée (D) autour de plusieurs petites concrétions minérales connues et dispersées. Cela permet de les intégrer dans une vaste formation hydrothermale polymétallique, riche en potassium et en fer.

La radiométrie permet également de faire des distinctions entre différents minéraux de surface (notamment l'argile, le sable et le gravier) en raison des différences entre les propriétés chimiques et physiques de ces matériaux. Ainsi, dans la région de Snow Lake au Manitoba (1991, dossier public de la CGC 2300), les gisements d'argile et de sable produisent tous deux des anomalies potassiques bien définies, mais une anomalie d'uranium est associée à l'argile seulement, en raison de la teneur plus élevée en uranium de l'argile.

La carte aérienne de radioactivité de la région de Virden, au Manitoba, indique des variations dans le rayonnement total (débit d'exposition) qui correspondent aux divers types de sol. À noter, le rayonnement plus intense dans le coin nord-ouest, qui signale la présence d'argile.

La découverte de plusieurs gisements de minerais dans le nord du Canada découle directement des levés de spectrométrie gamma aérienne entrepris dans le cadre du programme NATGAM de la CGC et de travaux métallogéniques de la Division des Ressources minérales.

Trois de ces gisements situés au sud de la zone magmatique de Great Bear dans le bouclier des T.N.-O. ont suscité des investissements de dizaines de millions de dollars en prospection et développement et ont permis l'addition de réserves importantes aux ressources minières du Canada.

Au sud-est de Great Bear Lake, des minéralisations polymétalliques d'oxyde de fer bréchique à Lou Lake (Nico) et à Sue Dianne représentent des gisements d'un type nouveau au Canada. Ils comportent plus de 150 millions de tonnes de Au, Co, Cu, Bi et W, d'une valeur de plus de 7 milliards de dollars US. À l'est du Grand lac des Esclaves, le gisement de Thor Lake abrite des métaux rares et stratégiques, notamment un filon de Be, Ta et Ni d'une valeur supérieure à 5 milliards de dollars US. Les trois gisements font l'objet d'études de faisabilité d'exploitation minière.

Article de synthèse en vedette

Cet article abondamment illustré révèle de nouveaux détails sur les gisements de Pilley Island (Terre-Neuve), de Lou Lake (T.N.-O.) et de Casino (C.-B.).

Les premières expériences de spectrométrie gamma aérienne (1969) indiquaient que l'information obtenue serait spécialisée et probablement peu utile en cartographie géologique. Mais depuis lors, des levés effectués sur des millions de kilomètres carrés, sur tous les continents à l'exception de l'Arctique ont prouvé que, dans bien des situations, la spectrométrie gamma est peut-être plus utile que n'importe quelle autre technique géophysique ou de télédétection aérienne pour la fourniture de données directement interprétables dans le domaine de la géologie topographique (Darnley et Ford, 1987).

Bien que le principe de la spectrométrie gamma aérienne repose sur des phénomènes physiques, il est plus intéressant d'interpréter les résultats que donne cette technique sous leur aspect géochimique, dans le cas de la prospection et de la cartographie. En effet, cette technique permet un levé géochimique rapide de la topographie du sol du haut des airs. Comme toutes les autres techniques de levés géochimiques de surface, cette méthode indique la composition radioélémentaire de tous les matériaux présents à la surface du sol. Ensuite, la relation entre la chimie de ces matériaux de surface et la composition du substratum rocheux doit être déduite de l'étude d'informations complémentaires, fournies par les cartes géologiques, les photographies aériennes, les images satellites ou les inspections au sol.

L'utilité de la spectrométrie gamma aérienne en tant qu'outil de cartographie géologique tient à deux facteurs:

1. la répartition des éléments radioactifs doit être liée à des différences dans la lithologie des roches communes et ces dernières doivent être modifiées de façon reconnaissable par des processus de minéralisation

2. la teneur en radioéléments du substratum rocheux doit être repérable dans la composition des matériaux de surface pour qu'ils puissent être spatialement reliés à leur source dans le substratum

Si les différences de composition entre lithologies ne sont pas détectables, et que ces différences ne sont pas perceptibles dans les matériaux de surface, la spectrométrie ne peut servir à la cartographie lithologique. Lorsque les matériaux de surface sont constitués d'alluvions imperméables, de dépôts lacustres, de limons ou d'argile, de till argileux ou de sable éolien, cette technique peut uniquement révéler la géochimie de ces matériaux mais non celle des roches sous-jacentes.

L'utilité de la spectrométrie gamma aérienne dans la cartographie géologique dépend de l'importance de l'information qu'elle peut ajouter aux caractéristiques habituellement notées sur une carte géologique. Comme pour toute technique de levé géophysique, les écarts entre les données de la SGA et celles de la carte géologique sont toujours plus intéressants que les similitudes. La SGA se révèle un outil puissant de cartographie dans les régions où la géologie est complexe ou qui sont d'accès difficile. Mais il est nécessaire que la composition des roches du substratum soit perceptible dans les matériaux de surface. La SGA est particulièrement utile dans la délimitation et la prospection des vastes étendues de granites et de gneiss que l'on retrouve en de nombreux points du globe.

La spectrométrie gamma au sol permet au géologue d'obtenir des données de meilleure résolution pour comprendre une anomalie constatée sur les cartes produites par levé aérien. La résolution plus élevée permet de définir l'anomalie avec plus de détail. Sur cette photographie, le géologue effectue des mesures spectrométriques sur des zones altérées et non altérées du même affleurement, afin d'obtenir des données plus détaillées.

Dans les régions tropicales, la répartition des radioéléments dans le substratum rocheux se trouve modifiée de façon importante du fait de l'altération atmosphérique intense. C'est ainsi qu'on a constaté une augmentation systématique de la teneur en thorium et une diminution correspondante de la teneur en potassium (section du haut) dans ce gisement du bassin amazonien au Brésil.

Les cartes géologiques ci-après sont des exemples représentatifs de cartes établies d'après des données de spectrométrie gamma aérienne. Elles présentent les ensembles de données que l'on peut obtenir auprès de la Section, sous diverses formes, analogiques et numériques (coordonnées rectangulaires et ponctuelles).

Nord-est de l'Alberta (1994, dossier public de la CGC 2807)

Champ magnétique total et débit d'exposition		Carte géologique et carte radiométrique ternaire

Sud-est du Manitoba (1993, dossier public de la CGC 2725)

Carte géologique, du champ magnétique total et des radioéléments ternaires.

Complexe de Coldwell, nord de l'Ontario (1992, dossier public de la CGC 2516)

Sur ces images expérimentales, on a modulé l'intensité des trois couleurs radiométriques (rouge = éU, vert = éTh, bleu = K) selon les données fournies par un radar à antenne synthétique aéroporté à visée latérale (SAR), afin de créer l'illusion d'une vue en trois dimensions de la surface. Le masque hydrographique a été fourni par l'appareil de cartographie thématique de Landsat (TM).

Terre-Neuve: Carte radiométrique ternaire (article 87-14 de la CGC, 1987)

Carte radiométrique ternaire de la côte sud de Terre-Neuve, avec surimpression géologique (Broome et al, 1987). Il s'agit à la fois d'une carte et d'un article qui explique de façon détaillée la technique de cartographique ternaire.

Cartes radiométriques ternaires et géologiques, Nouvelle-Écosse (1991, dossier public de la CGC 2375)

Cette carte radiométrique de la Nouvelle-Écosse illustre les données fournies par une douzaine de levés de spectrométrie gamma aérienne effectués sur plusieurs années. C'est grâce à un étalonnage minutieux des spectromètres utilisés dans tous les levés que ces cartes se superposent avec précision les unes aux autres et n'ont nécessité que très peu de correction.