Les paramètres géotechniques innovants révèlent des insights surprenants sur la déformation du sol, grâce à des levés sismiques récents. Cette étude met en lumière des valeurs variées pour le module de Young, offrant des solutions cruciales pour l’évaluation des propriétés du sous-sol.
CHAPITRES VI : CAMPAGNE SISMIQUE EFFECTUEE SUR LE PERMIT D’OREZONE
Sur demande de la société minière, LIM africa, a effectué une campagne sismique le 18 décembre 2018 sur le permit d’Orezone. Cette campagne a consisté en deux (2) types de levés sismiques : la sismique réfraction et le Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW). Le but de la sismique réfraction était de déterminer les vitesses de propagation des ondes longitudinales ou de compression (Vp) des différentes couches du sous-sol de la zone d’étude. Celui de la méthode MASW était de déterminer les vitesses de propagation des ondes transversales ou de cisaillement (Vs) de ces mêmes couches du sous-sol de la zone d’étude.
Mesures des ondes de compression et des ondes de surface
Matériels d’acquisition
Pour effectuer le levé, un équipement sismique complet a été utilisé, comprenant :
- Des capteurs : Les capteurs utilisés sont des géophones de fréquence 10 Hz qui sont enfoncés dans le sol suivant la verticale (figure 25).
Figure 25 : Géophone enfoncé dans le sol
- Un enregistreur : L’enregistreur utilisé est un sismographe DAQlink 4 de 24 canaux. Il est alimenté par une batterie 12V, relié à un ordinateur pour la visualisation (figure 26).
- Une source sismique : La source sismique utilisée est un choc d’un lourd marteau de 10 kg, sur une plaque de caoutchouc ferme, posée au sol. (Figure 27). Afin d’augmenter le rapport signal sur bruit, plusieurs coups ont été portés sur le même point de tir.
Figure 26 : Sismographe et accessoires
Figure 27 : « Trigger » ou déclencheur relié au marteau sur une plaque
- Des flûtes sismiques : Deux flûtes, de 161 mètres chacune, ont été utilisés. Chaque flûte a des points de connections espacés de 10 mètres. Les flutes sont
reliées à l’enregistreur et aux géophones, permettant ainsi d’acheminer l’arrivée des ondes sismiques.
Les mesures ont été effectuées le long de deux profils croisés : un profil dans la direction S-N et un autre dans la direction E-W. Les deux profils étaient centrés autour d’un forage.
Déploiement du matériels et enregistrement des ondes
Pour effectuer les mesures, on déploie le sismographe, ensuite on procède aux différentes connexions. Pour cela, il faut brancher le câble réseau, le câble d’alimentation, connecter le trigger et mettre en place les flûtes et les géophones avant de les connecter. Les dispositifs sismiques pour les enregistrements des ondes P et les ondes de surface sont similaires. Pour la gestion du temps zéro, le « trigger » est relié au marteau par des attaches, de manière à ce que le déclencheur soit le plus proche possible du point d’impact. (Figure 27)
NB : Avant toute mesure, il faut vérifier à l’aide du logiciel Vibrascope, le fonctionnement du dispositif.
L’enregistrement des ondes P utilise la technique de sismique réfraction des ondes de volume tandis que l’enregistrement des ondes de surface celle de la technique MASW.
Figure 28 : Dispositif de 24 capteurs et 7 tirs
Le dispositif utilisé (figure 28) pour l’acquisition comporte 24 capteurs espacés de 7 mètres les uns des autres. Sur chaque profil, 7 tirs ont été effectués avec 10 coups sur chaque tir (figure 28) et 0.5s de temps d’enregistrement pour la sismique réfraction. 2 tirs offset ont été aussi effectués avec 2s de temps d’enregistrement pour MASW.
Ces tirs sont repartis comme suit :
- Deux tirs O et P, extérieurs au dispositif (tirs offset ou tirs lointains) ;
- Deux tirs A et B en bout de dispositif (tirs en bout) ;
- Deux tirs intermédiaires D et E entre les capteurs 6 et 7 d’une part et les capteurs 18 et 19 d’autre part ;
- Un tir C au centre du dispositif.
La distance entre O (respectivement entre P) et le premier capteur (respectivement dernier capteur) est 30m. Celle séparant A (respectivement B) et le premier capteur (respectivement dernier capteur) est 3,5m. (Les détails des tirs se trouvent en annexe 1)
Traitement et résultats des données
Les données acquises sont traitées à l’aide de différentes applications du logiciel SEISIMAGER 2D. Le logiciel SEISIMAGER 2D est un progiciel de modélisation, de traitement et d’interprétation. Il permet, à partir des ondes de volumes, d’obtenir des vitesses de compression Vp des différentes couches grâce aux applications PickWin et Plotrefa. Il sert par ailleurs à la détermination des vitesses des ondes de cisaillement VS par l’analyse des ondes de surface. Et ce, grâce aux applications PickWin et Surface Wave Analysis.
Sismique réfraction
Traitement de données
Les données obtenues par la sismique réfraction ont été traitées en deux étapes :
La première étape consiste en cette nécessité de pointer les premières arrivées de tous les tirs à l’aide de l’application PickWin à travers les étapes suivantes :
- Ouvrez le fichier ;
- Renseignez la géométrie ;
- S’il y a lieu, adaptez la visualisation des traces ;
- Pointez manuellement les premières arrivées du tir chargé ; après pointage, on construit automatiquement la dromochronique ;
- Enfin, enregistrez la dromochronique.
Répétez l’opération avec tous les autres tirs. Après pointage, vérifiez les vitesses apparentes. On obtient alors la Figure 29.
Figure 29 : Pointage des premières arrivées des tirs avec l’application PickWin
La figure 29 présente les dromochroniques colorées déjà obtenus à partir des différents pointages des premières arrivées des tirs 1,2…
La seconde étape est l’affichage des courbes distance-temps avec l’application Plotrefa.
On obtient les différentes dromochroniques sans les traces (Figure 30).
Figure30 : courbes distance-temps obtenues des pointés des premières arrivées
La figure 30 présente toutes les dromochroniques colorées construites automatiquement à partir des différents pointages des premières arrivées des tirs 1,2…
Toujours avec l’application Plotrefa, on exécute les opérations suivantes :
- Importez de la topographie du profil sismique ;
- Créez d’un modèle initial tabulaire multicouche ;
- Lancez l’inversion ;
- Convertissez en modèle multicouche ;
- Lancez d’une nouvelle inversion ;
- Affichez des raies sismiques synthétiques ;
- Mise en page des résultats. Le modèle de vitesse est ensuite ajusté avec les informations géologiques pour obtenir un modèle géologique proche de la réalité (Figure 31) ;
- Enregistrez des résultats
Figure 31 : modèle de vitesses des couches du sous-sol
III.1.2) Résultats obtenus de la sismique réfraction
Les vitesses de compression Vp, obtenues du levé de la sismique réfraction sur les deux profils sont réparties comme suit :
Tableau 3 : Vitesses des ondes de compression
Numéro Couche | Vitesse VP en m/s |
1 | 500 |
2 | 1000 |
3 | 1700 |
4 | 2500 |
5 | 4000 |
(Les détails de ces résultats se trouvent en annexes 2 ; 3 ; 4 et 5)
Les résultats de la sismique réfraction permettent de distinguer clairement cinq horizons.
MASW
Traitement de données
Le traitement a été fait en deux étapes :
La première étape a consisté au filtrage des signaux sismiques à l’aide de l’application PickWin, en exécutant les opérations suivantes :
- Ouvrez le fichier ;
- Renseignez la géométrie ;
- S’il y a lieu, adaptez la visualisation des traces. Nettoyez les données bruyantes grâce à un filtrage ;
La seconde étape a permis d’avoir l’image (figure 32) de dispersion en deux dimensions, correspondant à une gamme de fréquence de 0 à 30 Hz et la courbe de dispersion représentée par des points rouges sur l’image, avec l’application Surface Wave Analysis.
Figure 32 : image de dispersion en deux dimensions et la courbe de dispersion obtenues grâce à l’application PickWin
Le choix approprié du nombre de couches nous permet d’obtenir un graphe des vitesses de cisaillement en fonction des épaisseurs de chaque couche. (Figure 33).
Figure 33 : Profil de vitesses des ondes de cisaillement VS
III.2.2) Résultats obtenus de MASW
Les résultats obtenus de MASW, sur les deux profils, montrent qu’on est en présence d’un terrain formé de cinq couches réparties comme suit :
Tableau 4 : Vitesses des ondes de cisaillement
Numéro Couche | Vitesse VS en m/s |
1 | 367 |
2 | 441 |
3 | 634 |
4 | 1223 |
5 | 1543 |
La MASW aboutit aux mêmes modèles de 5 terrains que la sismique réfraction. En effet, ces deux (2) essais montrent que le terrain est composé de cinq horizons.
La campagne sismique a consisté en la sismique réfraction et en MASW sur deux profils. Les traitements des données présentent cinq couches comportant des vitesses de compression et des vitesses de cisaillement. Nous pouvons donc dire que :
La première couche a une épaisseur variante entre 0 m et 3 m. Ses vitesses d’onde de compression et de cisaillement sont respectivement de 500 m/s et de 367 m/s.
La deuxième couche d’épaisseur, comprise entre 3 m à 10 m, est plus prononcée au centre des profils. Elle a une vitesse d’onde de compression de 1000 m/s et une vitesse d’onde de cisaillement de 441 m/s.
La troisième couche a une vitesse de compression de 1700 m/s et une vitesse cisaillement de 634 m/s. Elle a également une épaisseur d’environ 10 m.
La quatrième couche, d’épaisseur d’environ 20 m, possède une vitesse de compression de 2500 m/s, une vitesse de cisaillement de 1223 m/s.
Le réfracteur principal, (toit de la couche la plus profonde), est caractérisé par une vitesse de compression de 4000 m/s et une vitesse de cisaillement de 1543 m/s.
L’examen des résultats obtenus, de l’étude du sol et des données du forage, (Les détails de ces résultats se trouvent en annexe 5), nous permet de déduire que le sous-sol de la zone d’étude se caractérise essentiellement par les formations suivantes :
Couche 1 est formée de limon ; Couche 2 est attribuée au sable ; Couche 3 correspond à de l’argile ;
Couche 4 est attribuée à des arènes de diorite quartzifère ; Couche 5 correspond à de la diorite quartzifère.
Tableau 5 : Synthèse des résultats
Numéro de Couche | Lithologie | Epaisseurs (m) | Vp (m/s) | Vs (m/s) |
1 | Limon | 0-3 | 500 | 367 |
2 | Sable | 3-10 | 1000 | 441 |
3 | Argile | 10-20 | 1700 | 634 |
4 | Arènes de Diorite quartzifère | 20-40 | 2500 | 1223 |
5 | Diorite quartzifère | 40-68 | 4000 | 1543 |
NB :
« One thing, at least, I wish to point out. Differentes in velocity sufficiently great to allow recognition of a boundary between two rocks need not indicate or be identical with stratigraphic boundaries. For the phenomen ondoes not depend on petrological contrasts but only on physical contrasts, a fact that concerns all geophysical methods arid should not be forgotten by the geologist. Hence seismic discontinuities need not always be identical with known rock boundaries, but as markers they may greatly assist in the interpretation of the structures. » Adolf A. T. METZGER, ON S E I S M I C PROSPECTING page 17
Questions Fréquemment Posées
Quels types de levés sismiques ont été effectués sur le permit d’Orezone?
Deux types de levés sismiques ont été effectués : la sismique réfraction et le Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW).
Quel est l’objectif de la méthode sismique réfraction?
L’objectif de la sismique réfraction était de déterminer les vitesses de propagation des ondes longitudinales ou de compression (Vp) des différentes couches du sous-sol.
Comment les mesures sismiques ont-elles été réalisées?
Les mesures ont été effectuées le long de deux profils croisés, un profil dans la direction S-N et un autre dans la direction E-W, centrés autour d’un forage.