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

No Diamètre du trou

(mm)

Diamètre des carottes(mm)

AQ 48 27

BQ 60 36

NQ 76 48

HQ 96 63

PQ 123 84

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 (reaming shell)

9- extracteur (core lifter)

9

Quantité d’eau 20 l/min

Pression d’eau 300 à 900 lb/po2 selon la profondeur

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

1000-1400 t/minhoraire

Pression exercée sur la couronne

100-200lbs/po2 (idéalement 125) (700 à 1400 kPa)

Calibre des échantillons BQ (36.5mm) et NQ (48 mm)

Type de couronne À diamants imprégnés

Taux de récupération 100%

Type de foreuse À câble, moteur diésel, hydraulique, sur traîneau, déplacement par chenillard

Taux d’avancement 80m/j (BQ, 0-400m)

Coût ~170$/m en 2018

Valeurs typiques

10

Évolution des coûts de forage au Québec 2009-2018

11

Les déviations

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

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

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Pourquoi dévient-ils?

Paramètres de forages Diamètre, longueur, plongée 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.

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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 luA

ngle

cor

rigé

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

18

Tropari ou Pajari Boussole lestée pour demeurer horizontale

Tube non magnétique

Train de tige remonté 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 l’plongée du forage (plongées fortes 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

Forage: 270,80

20

Sondes magnétiques avec accéléromètre

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’accéléromètre triaxial

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

Les erreurs se cumulent. Le départ

est critique; 1 degré sur 1000 m = 17.5 m

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.

Gyroscopes électro-mécaniques (MEMS)

Mesures relatives ou absolues (north seeking) en continu

GyroTracer Directional™ 42mm directional(Stockholm precision tools)

ISGYRO, absolues ou relatives

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 plus 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…

Plusieurs logiciels facilitent la saisie de ces données:

Ex. Prolog, WellCad (Rockware), Rockworks+Logplot (Rockware), Geoticlog, Easycore, Geospark Core, Geologix, Drillhole ms, Straterra, Geobase, Geosoft,…

31

RQD(%)

Rock quality

0-25 very poor

25-50 poor

50-75 fair

75-90 good

90-100 excellent

RQD

d=8 cm

c=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 du plan est obtenu par atan(H/D)

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

D: diamètre du trou

JO= 90-atan(H/D) =atan(D/H)

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

H

N E S W N

Forage

Plan de l’ellipseJO

38

Autre formule utile pour calculer JO connaissant le plan et le forage:

sin(JO) = cos(a)[sin(b)-cos(b)cos(c)tan(a)]où

a est le pendage du planb est la plongée du foragec est la difference d’azimut entre le vecteur pendage du plan et le forage

Ex. 1 Vecteur pendage (90,15) forage (0,90) => a=15, b=90, c=90sin(JO)=cos(15)*(sin(90)-cos(90)cos(90)tan(15)) = 0.966=> JO = 75 degrés

Ex. 2Vecteur pendage (30,40) forage (80,65) => a=40, b=65, c=50 sin(JO) = cos(40)[sin(65)-cos(65)cos(50)tan(40)] = 0.52=> JO = 31.3 degrés

Donc JO mesuré directement sur la carotte ous ur le mur du forage par: JO = atan(D/H)

39

Lambert angles égaux

E

N

Pour forages verticaux

forage

Point bas à 90

Vec. pendage: 90o ,15o

Angle entre forage et grand axe de l’ellipse ou ici vecteur pendage

40

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’plongée 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/

41

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

42

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

43

Mise en plan des forages

Collet 103o 53o

40 m 107o 58o

100 m 120o 65o

Point de mesure direction plongée

120 m 135o 72o

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

Distance du collet

(m)

Longueur du

segmentL (m)

Angle entre la section et la direction du

sondage

plongée du sondage

(1)Distance verticale

b=Sin()L(m)

(2)Dist. Horiz.a=Cos()L

(m)

(3)Dist. horiz.

projetée dans la section

c=a Cos()(m)

(4)Dist. horiz.

perpendiculaire à la section

d= a Sin()(m)

0-20 20 13o 53o 15.97 12.04 11.73 2.71

20-70 50 17o 58o 42.40 26.50 25.34 7.75

70-110 40 30o 65o 36.25 16.90 14.64 8.45

110- 120 10 45o 72o 9.51 3.09 2.19 2.19

44

Représentation des déviations: méthode graduelle

Plusieurs variantes possible

Exemple:

Courbure minimale: on se déplace sur un grand cercle

45

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

46

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

47

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

48

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 %

49

Épaisseur apparente vs épaisseur vraie :

Soit angle entre axe du forage et pôle de la veine mesuré dans le plan formé par le pôle et le forage, on a:

forage

Pôle

JO

50

Pas besoin de connaître le pôle!

Il suffit de mesurer l’angle JO que fait la surface de la veine avec l’axe du forage

On a : JO = 90 -

௩ ௧

Pour mesurer JO, il suffit de noter le point haut de la veine et le point bas (du côté opposé) le long du forage. Soit H la différence |haut-bas| et D le diamètre du forage, on a:

Ex. On a mesuré H=80 mm. Dans un trou ayant D=60 mm. Quelle est l’épaisseur vraie d’une veine d’épaisseur apparente 1.2 m?

JO=36.9 o et evraie= 0.72 m

51

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

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Trépan type en RC

Échantillonneur à gaucheFluide: airPerte de fines

53

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

54

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.

55

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

56

Exemple de contrat de forage (suite)

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