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Patent Searching and Data


Title:
LOCATING A METAL MASS AT A GREAT DEPTH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/010519
Kind Code:
A1
Abstract:
A geophysical method for detecting a metal mass at a great depth in the ground is described, characterised in that it includes the steps of drilling a series of shallow holes, substantially at a depth of 50 to 200 meters, waiting for said holes to be in thermal equilibrium, taking at least one temperature measurement in said holes so as to establish the temperature at a selected depth, and establishing the field of temperatures at said selected depth in order to detect field anomalies characteristic of the presence of a metal mass at a great depth.

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Inventors:
Gable, Robert
Application Number:
PCT/FR1996/001385
Publication Date:
March 20, 1997
Filing Date:
September 10, 1996
Export Citation:
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Assignee:
Bureau, Recherches Geologiques Minieres DE. ET. B.
Gable, Robert
International Classes:
G01V9/00; (IPC1-7): G01V9/00
Foreign References:
US2403704A1946-07-09
US3217550A1965-11-16
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Procédé géophysique de détection d'amas métalliques enfouis en profondeur dans le sol, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : réaliser une série de forages (FI, .... F 18) de faible profondeur, comprise sensiblement entre 50 mètres et 200 mètres, attendre la mise en équilibre thermique de ces forages, réaliser, dans ces forages, au moins une mesure de température permettant d'établir la température existant à une profondeur déterminée, établir le champ des températures à ladite profondeur déterminée, afin de détecter les anomalies de ce champ caractéristiques de la présence d'amas métalliques à forte profondeur.
2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'on effectue plusieurs mesures de température à des profondeurs quelconques et l'on opère un traitement des températures relevées dans la série de forages afin de déterminer la température à ladite profondeur déterminée.
3. Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les mesures de température sont effectuées en continu.
4. Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les mesures de température sont effectuées du haut vers le bas du forage.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'établissement du champ des températures est réalisé en traçant un réseau d'isothermes en trois dimensions.
Description:
LOCALISATION DE MASSE METALLIQUE A FORTE PROFONDEUR

La présente invention concerne un procédé géophysique de détection des amas métalliques, tels que notamment des minerais, qui sont enfouis en profondeur dans le sol.

L'évolution générale de l'exploration minière dans les dernières décades a été l'utilisation, de plus en plus intensive, de méthodes d'exploration indirectes, principalement géophysiques. Cette évolution est due à la réduction importante des gisements de surface "aisément" découverts et exploités de façon intensive. Les méthodes géophysiques, actuellement les plus utilisées, sont les méthodes gravimétriques et électromagnétiques. Ces méthodes sont respectivement basées sur la mesure des variations du champ de pesanteur et du champ magnétique terrestre, sur une zone de recherche déterminée, provoquées par la présence dans cette zone d'amas de minerais de densité et de susceptibilité magnétique élevées. Ces méthodes présentent à la fois des avantages et des inconvénients.

La méthode gravimétrique, la plus employée, et de mise en oeuvre relativement aisée, est une méthode de prospection de surface qui nécessite toutefois, en pays à relief marqué, d'être doublée par un nivellement précis des stations de mesure qui rend sa mise en oeuvre onéreuse. Par ailleurs, l'interprétation des données présente une indétermination sur la masse de l'amas et sur sa profondeur, une masse importante située à grande profondeur pouvant créer une même anomalie gravimétrique qu'une masse plus faible située à plus faible profondeur. Enfin, cette méthode ne permet pas de lever rindétermination sur la nature du corps ayant créé l'anomalie gravimétrique, dans la mesure où il existe sous terre un grand nombre de corps denses (tels que par exemple les roches basiques) autres que des minerais métalliques.

La méthode électromagnétique, quant à elle, est utilisée en prospection de surface, ou en forage, et est d'une mise en oeuvre relativement complexe. Les

résultats qu'elle fournit sont par ailleurs d'une interprétation délicate, dans la mesure où les anomalies mises en évidence sont fortement tributaires de la forme et de l'orientation du corps magnétique par rapport à la direction du champ magnétique terrestre Cette méthode nécessite donc des logiciels de traitement de données sophistiqués

En conclusion, globalement, les méthodes de l'état antérieur de la technique ne permettent pas de déterminer, d'une part, si le corps à l'origine de l'anomalie est ou non métallique et, d'autre part, si ledit corps se présente en grande quantité. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de détection qui simplifie le levé de l'indétermination quant à la nature du corps détecté et quant à son importance.

La présente invention est basée sur l'effet thermique appelé "effet de cheminée", suivant lequel on a constaté qu'il existe au-dessus d'une masse salifère une anomalie de distribution des températures due à la conductivité thermique élevée de cette masse. La demanderesse a constaté qu'il était possible en mesurant, dans une série de forages creusés à faible profondeur, (de l'ordre de 50 à 200 mètres), répartis sur une zone de recherche déterminée, la température existant à une profondeur donnée et en établissant une série d'isothermes à cette profondeur donnée, de mettre en évidence une anomalie du champ des températures qui est caractéristique de la présence d'une masse thermiquement conductrice et notamment d'un amas métallique, enfoui à grande profondeur.

Suivant l'invention, rindétermination quant à la nature du corps conducteur détecté est facilement levée puisque l'on sait que les corps les plus proches, au niveau de la conductibilité thermique, des amas métalliques, à savoir les amas salifères, ont une conductibilité thermique dix fois plus faible que ces derniers. Par ailleurs la levée de l'indétermination est favorisée, dans la mesure où on sait que

les amas salifères et les amas métalliques ne sont pas localisés dans les mêmes contextes géologiques.

La présente invention a ainsi pour objet un procédé géophysique de détection d'amas métalliques enfouis en profondeur dans le sol, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :

- réaliser une série de forages de faible profondeur, comprise sensiblement entre 50 et 200 mètres,

- attendre la mise en équilibre thermique de ces forages,

- réaliser, dans ces forages, au moins une mesure de température permettant d'établir la température existant à une profondeur déterminée,

- établir le champ des températures à ladite profondeur déterminée, afin de détecter les anomalies de ce champ caractéristiques de la présence d'amas métalliques à forte profondeur.

Les mesures de température peuvent être effectuées soit à ladite profondeur déterminée, soit à des profondeurs quelconques et, dans ce dernier cas, on opère alors un traitement des températures relevées afin de déterminer la température à la profondeur déterminée. Bien entendu, la mesure des températures peut également être effectuée de façon continue, et l'on effectuera alors un traitement des valeurs relevées (notamment de type interpolation), ce qui permettra d'établir la température à une ou plusieurs profondeurs déterminées.

Le procédé de détection suivant l'invention présente l'avantage de ne faire appel qu'à la réalisation de forages de faible profondeur, généralement de l'ordre d'une centaine de mètres, très inférieure à la profondeur à laquelle est situé l'amas métallique, ce qui le rend intéressant sur le plan du coût. Le procédé suivant l'invention présente également l'avantage, par rapport à certains procédés de l'état antérieur de la technique, de ne pas nécessiter, pour effectuer les mesures, de devoir reboucher le puits de forage, ce qui permet notamment de pouvoir réutiliser ce même puits ultérieurement. Ce procédé permet

également d'utiliser des puits de forage existants, puits qui, après la mesure peuvent faire l'objet d'autres utilisations.

Un autre avantage de la présente invention est qu'elle peut être mise en oeuvre au moyen de forages simples, non carottés, qui sont en conséquence d'un coût de mise en oeuvre relativement peu élevé

On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels

La figure 1 est un diagramme théorique suivant l'état antérieur de la technique représentant la remontée des isothermes au-dessus de masses salifères. La figure 2 est une vue en plan d'une zone de recherche, dans laquelle on a réalisé une série de dix-huit forages creusés au-dessus d'un amas métallique connu, et sur laquelle on a porté les isothermes construits à partir de mesures réalisées dans cette série de forages.

La figure 3 est un diagramme théorique suivant l'invention combiné à une coupe verticale schématique suivant une ligne de la zone de recherche, constituée de quatre puits représentés sur la figure 2, sur laquelle on a porté une série d'isothermes construits à partir de mesures réalisées

La figure 4 est une vue en trois dimensions du champ des températures de la zone de recherche représentée sur la figure 2 La figure 5 est une vue en plan de cette même zone de recherche dans laquelle on a conservé les mesures réalisées sur seulement neuf forages

La figure 6 est une vue en trois dimensions du champ des températures de la zone de recherche précédente établie à partir des mesures de température réalisées dans les neuf forages. Sur la figure 1, on a représenté un diagramme montrant une coupe verticale d'un sol 2 à l'intérieur duquel est disposée une masse salifère 1. Le diagramme représenté a pour référence un axe des abscisses représentant la distance d en mètres et un axe des ordonnées, dirigé vers le bas, représentant la profondeur

également en mètres. On a porté sur cette figure les différents isothermes représentant la température du sol à différentes profondeurs réparties entre deux cents et huit cents mètres. On constate que la présence dans le sol 2 de la masse salifère 1 perturbe, en l'augmentant, la température du sol situé au-dessus de celle-ci, créant ainsi un effet appelé "effet de cheminée".

La demanderesse a établi par des séries de tests et de calculs que, dans le cas d'amas métalliques enfouis à forte profondeur, la perturbation créée par ces amas métalliques sur les isothermes à faible profondeur était détectable.

Suivant l'invention, ainsi que représenté sur la figure 2, on a foré, sur une zone de recherche A,B,C,D d'environ mille mètres sur mille mètres, 18 forages F ] à Fj g, à une profondeur légèrement supérieure à 100 mètres. On peut bien entendu si on le souhaite utiliser également des puits de forage existants. Sur la figure 3, on a représenté une ligne de coupe verticale passant par quatre de ces forages, à savoir les forages F7, F8, Fi l et FI 3. Ces forages ont été réalisés sur une zone d'étude géologiquement connue, située au-dessus d'un amas métallique 3 ("masa valverde") constitué à la fois de minerai métallique 6, représenté en traits hachurés gras sur la figure 3, de sulfures massifs et de "stockwerk" 8, représentés en traits doublement hachurés, c'est-à-dire de roches fracturées ayant permis le passage des eaux chargées en éléments métalliques, cet amas métallique s'étendant sensiblement entre 500 mètres et 800 mètres. Après une période de repos, de l'ordre de 30 jours, on a mesuré dans chaque forage la température à diverses profondeurs déterminées et notamment à une profondeur de 100 mètres, à l'aide d'un dispositif de mesure des températures particulièrement précis (précision de l'ordre du 1/100°C). Au cours de ces mesures les forages restent ouverts, ce qui permet de réaliser ultérieurement, si on le souhaite, d'autres séries de mesures, à cette même profondeur ou à une profondeur différente, de façon à pouvoir construire les champs de température qui existent à différentes profondeurs. On a ensuite construit une série de courbes isothermes à la profondeur de 100 mètres que l'on a représentées, en plan horizontal sur la figure 2 et en plan

vertical sur la figure 3. On a porté également sur cette représentation la localisation des différents forages Fι,F2,...,Fιg.

On a réalisé, sur la figure 4, une représentation de ces mêmes isothermes en trois dimensions, sur la zone ABCD . Cette série d'isothermes, et notamment sa représentation en trois dimensions sur la figure 4, montre à l'évidence des irrégularités dans le champ des températures à cette profondeur de 100 mètres. La demanderesse a constaté que ces perturbations se produisent au-dessus des masses métalliques 3 constituées par la "masa valverde". Les perturbations les plus fortes se manifestent au-dessus des zones de l'amas métallique 3 qui comportent la plus grande quantité de minerai métallique 6. On peut ainsi constater sur la figure 4 et la figure 2 que le champ des isothermes est très fortement perturbé aux environs du puits Fi l, ce qui est bien confirmé sur le dessin de la figure 3.

La demanderesse a également établi qu'il n'était pas nécessaire, pour une telle zone de recherche ABCD, de réaliser un nombre de forages aussi important et qu'il était possible de mettre en évidence les irrégularités du champ de température avec moins de forages. Pour ce faire, ainsi que représenté sur les figures 5 et 6, on a utilisé les données de mesures établies précédemment en les limitant à neuf des dix- huit forages précédents à savoir (FI, F3, F4, F8, F10, FI 1, F13, F14, et F17) et, sur la base de ces informations, on a établi par calcul, et l'on a tracé les isothermes correspondant à la même profondeur de 100 mètres.

On voit de façon claire, sur la représentation en plan de la figure 5, ainsi que sur la représentation en trois dimensions de la figure 6, que les irrégularités du champ des températures établies précédemment se retrouvent globalement, bien que le nombre de forages soit égal à la moitié des forages précédents.

La demanderesse a ainsi établi que la méthode géophysique de détection d'amas métalliques enfouis dans le sol suivant l'invention pouvait être mise en oeuvre avec neuf forages seulement pour une zone de recherche d'environ un kilomètre carré.

Suivant l'invention on pourra également effectuer dans chacun des forages plusieurs mesures de températures, ou même effectuer des mesures en continu, de préférence en allant du haut vers le bas dans le forage. On établira alors, par calcul, pour chaque forage, la température à au moins une profondeur déterminée, de façon à pouvoir construire au moins un réseau d'isothermes à cette profondeur déterminée.

On remarquera que les irrégularités du champ des températures ont été mises en évidence avec une distribution des forages de mesure qui n'était pas régulière sur toute la zone de recherche. On constate ainsi qu'il est possible pour mettre en oeuvre la présente invention, d'utiliser aussi bien des forages creusés précédemment à d'autres fins, à plus ou moins grande profondeur et avec une distribution spatiale plus ou moins régulière, que des forages spécifiques régulièrement distribués et creusés à cette fin.




 
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