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Laboratoire mobile de caractérisation physique, minéralogique et chimique des roches

Laboratoire mobile de caractérisation physique, minéralogique et chimique des roches

Le Laboratoire mobile de caractérisation physique, minéralogique et chimique des roches (LAMROC) permet de mesurer, à haute résolution spatiale et de manière non destructive, plusieurs paramètres – densité, susceptibilité magnétique, géochimie, minéralogie – sur des carottes de forage grâce à un système semi-automatisé.

L’infrastructure peut aussi acquérir une image continue de la carotte, permettant ainsi de comparer les mesures avec l’aspect visuel de la roche pour mieux comprendre les variations des différents paramètres et de constituer une archive virtuelle complète du forage.

La principale innovation technologique et méthodologique de cette infrastructure de recherche est l’acquisition quasi simultanée et non destructive de mesures des propriétés physiques, géochimiques et minéralogiques, directement sur les sites d’entreposage des carottes. Des carottes peuvent aussi être envoyées à l’INRS pour analyse.

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En comparaison aux méthodes de mesures plus traditionnelles, le Laboratoire mobile de caractérisation physique, minéralogique et chimique des roches augmente considérablement la résolution spatiale des données et, pour certains paramètres, leur qualité, grâce au système automatisé pour l’analyse multiparamétrique des carottes de forage (multi-sensor core logger).

Dans ce système, une section de 1,5 m de carotte de forage est déplacée par un pousseur sur des rails, afin de cheminer sous ou dans des capteurs et instruments pour mesurer la susceptibilité magnétique, la densité par atténuation des rayons gamma, plusieurs éléments chimiques et la minéralogie. Des images numériques de haute qualité des carottes sont aussi obtenues. Ces images, en combinaison avec les mesures multiparamétriques, immortalisent le forage en complétant la description géologique classique et les analyses de métaux.

Tout doute sur le positionnement relatif des mesures des différentes propriétés est éliminé puisque le positionnement des carottes est précis à 0,5 mm près dans le système automatisé. Le système accepte les carottes entières ou les demi-carottes de tous les calibres courants (BQ, NQ, HQ et plus). Un même ordinateur contrôle à la fois les capteurs/instruments et le convoyeur, de sorte que les différents paramètres sont automatiquement corrélés spatialement.

Le laboratoire mobile est contenu dans une remorque modifiée tirée par un véhicule 4 x 4 pour accéder aux sites d’entreposages des carottes en régions éloignées.

L’équipement du LAMROC inclus :

	Deux analyseurs portatifs à fluorescence des rayons X (pXRF) Olympus Innov-X, modèle Delta Premium, permettant de mesurer, dépendant de la matrice et des concentrations, un bon nombre d’éléments chimiques (incluant Al, As, Ca, Cu, Cr, Fe, K, Mg, Mn, Nb, P, Pb, Rb, Si, Sr, Ti, V, Y, Zn, Zr)
	Un spectromètre proche infrarouge et visible PANalytical ASD Inc., modèle Labspec 2600 (équivalent au TerraSpec), permettant de détecter, semi-quantifier et caractériser une vaste gamme de minéraux, principalement ceux résultant de l’altération hydrothermale des roches (micas blancs et foncés, chlorites, argiles, etc.)
	Un système de mesure de susceptibilité magnétique Bartington Instruments, comprenant un capteur MS2C pour les carottes de forage et un lecteur MS3, pouvant mesurer avec précision des susceptibilités allant de valeurs très faibles à celles de minerais de fer.
	Un système de mesure de densité de Geotek Ltd basé sur l’atténuation des rayons gamma, avec une précision de l’ordre de 0,01 g/cm³ (comparable aux mesures par immersion), calibré pour les roches non minéralisées et minéralisées.
	Une caméra à balayage linéaire de Geotek Ltd avec une résolution de 100 à 400 pixels par cm.

Il est possible d’utiliser nos ressources et notre expertise dans le cadre de collaborations externes ou de contrats de recherche et développement.

Pour en savoir plus sur les services et les tarifs, contactez-nous par courriel ou en remplissant le formulaire de demande en ligne.

Une constante de l’exploration minérale actuelle, peu importe la substance recherchée, est l’importance accordée au forage au diamant, qui représente souvent la majorité des dépenses, surtout dans les camps miniers matures.

Les gisements affleurant en surface sont déjà connus et il faut forer pour en découvrir de nouveaux en profondeur. Dans le cas des campagnes d’exploration pour les métaux de base (cuivre, zinc, nickel), la minéralisation est visible à l’œil nu, sous forme de sulfures lorsque présente, de sorte qu’une partie seulement des carottes est analysée par les compagnies pour les concentrations en métaux d’intérêt économique. Le reste des carottes ne fait qu’uniquement l’objet d’une description géologique variablement détaillée, basée sur des observations visuelles, avant d’être entreposées (souvent des analyses lithogéochimiques sont aussi obtenues).

Au fil des ans, des dizaines de kilomètres de carottes s’accumulent ainsi, sans que d’autres informations en soient tirées, sauf exceptions. Les carottes deviennent une source de dépenses supplémentaires (remplacement des supports, etc.) plutôt qu’une source de données à valoriser.

Pourtant, l’acquisition de propriétés physiques, chimiques et minéralogiques sur les carottes de forage, par exemple avec le LAMROC, est souhaitable pour plusieurs applications :

Les mesures de propriétés physiques permettent de mieux planifier et interpréter les levés géophysiques;
Les mesures géochimiques à haute résolution par FRX permettent de localiser des contacts géologiques cryptiques, et de quantifier l’altération hydrothermale;
Les minéraux d’altération peuvent être reconnus grâce à la spectrométrie infrarouge et visible;
L’ensemble des données peut être utilisé dans le cadre d’analyses multiparamétriques.

Exemple de Matagami

Un projet de deux ans dans le camp minier de Matagami est utilisé ici pour illustrer certaines applications. Ce projet a été financé par le ministère des Ressources naturelles du Québec (MRN) et le FRQNT. Il a également reçu le soutien logistique de Xstrata Zinc Canada (maintenant Glencore Xstrata plc), Donner Metals Ltd., SOQUEM et Ressources Breakwater (maintenant Nyrstar). Les personnes ayant participé au projet incluent Alexandre Bourke, assistant de recherche et Bastien Fresia, étudiant de maîtrise (codirigé par Erwan Gloaguen).

Le camp de Matagami est situé dans le nord de la Sous-province de l’Abitibi au Québec, et contient des roches volcaniques (et intrusives) sous-marines d’âge archéen, avec une vingtaine de gisements polymétalliques (Zn-Cu-Ag-Au) de sulfures massifs volcanogènes (SMV) associés. L’exploitation minière des SMV a cours depuis plusieurs décennies dans la région.

Dix forages d’exploration couvrant le Flanc Sud (McLeod, Bracemac, centre du Flanc Sud, Persévérance), le Flanc Nord (New Hosco, Norita, Bell Channel) et le gisement Caber dans le Camp Ouest ont été analysés avec le LAMROC. Ceci représente un total de plus de 7000 m de carottes, près de 26 000 mesures de densité, de susceptibilité magnétique, et de spectrométrie infrarouge et visible, et environ 12 000 mesures géochimiques obtenues avec des analyseurs à FRX portatifs.

Les descriptions originales des géologues sont très largement correctes pour les dix forages étudiés, mais il parfois difficile de trancher entre par exemple une lave massive et une intrusion à grains fins. Or, on peut corréler stratigraphiquement des coulées de lave ou les unités volcaniques d’un forage à l’autre, mais pas des intrusions, d’où l’importance de distinguer les laves des intrusions, même dans les zones d’altération hydrothermale où les textures primaires sont masquées ou oblitérées. Aussi, entre une andésite et un basalte, la séparation à l’œil nu est difficile voire impossible, comme entre une diorite et un gabbro. La lithogéochimie traditionnelle amène bien sûr une information exacte et complète sur les échantillons qui font l’objet d’analyses, mais l’espacement entre ces échantillons, typiquement plusieurs dizaines de mètres, ne permet pas de positionner précisément les contacts géologiques.

C’est là une des forces des données du LAMROC : grâce à leur forte résolution spatiale (moins de 1 m) le long des forages, les contacts sont précisément localisés en examinant simultanément des profils de propriétés physiques et de ratios d’éléments géochimiques immobiles en fonction de la profondeur. Voici un exemple pour le secteur de Bracemac :

Immédiatement sous la principale lentille minéralisée (codes « MS » et « SMS »), le log original de la compagnie identifie la Rhyolite du lac Watson (code « WV1B ») comme lithologie principale pour l’intervalle 577,60-601,00 m, mentionne d’une part que la chloritisation est pervasive (modérée à forte), et d’autre part qu’il pourrait s’agir en partie d’une unité mafique. Les profils Ti/Zr et Al/Zr révèlent que ces soupçons étaient fondés, puisque l’intervalle ~581-598 m, montre des ratios très élevés suggérant une dominance de roche mafique (probablement intrusive). Plusieurs intrusions semblent également présentes sous la lentille minéralisée supérieure (autour de 200 m).

Voici plusieurs éléments chimiques en fonction de la profondeur pour le même forage, BRC-08-72 :

Les pics de cuivre et le zinc indiquent essentiellement la position des zones minéralisées principales. Les teneurs en Zr montrent bien la différence entre la Rhyolite de Bracemac (code « BRV1B ») et celle du lac Watson. Le titane est plus élevé dans les gabbros quartzifères (« I3CQ ») que dans les gabbros ordinaires (I3A). Un pic de Mn, interprété comme étant d’origine hydrothermale, est observé sous une des lentilles de SMV, possiblement en lien avec une altération à chlorite.

Voici enfin la minéralogie (par méthode infrarouge) en fonction de la profondeur :

Les minéraux les plus abondants sont la chlorite, les micas blancs (séricite), l’épidote et les amphiboles. Les micas blancs se concentrent sous les lentilles de SMV, dans des zones par ailleurs riches en chlorites, allant en intensité jusqu’à la chloritite, avec des indices d’Ishikawa de plus de 80 %. Cette distribution des micas blancs semble indépendante de la lithologie hôte, puisque la lentille supérieure (vers 200 m) est située au dessus de laves mafiques, alors que la lentille principale surmonte la Rhyolite du lac Watson. De plus, les micas blancs ne sont pas présents immédiatement sous les lentilles minéralisées, ce qui est typique des roches hôtes des SMV de type bimodal-mafique dans la littérature.

La composition des micas blancs dans le forage BRC-08-72 varie de la muscovite à la phengite, selon la position du pic d’absorption AlOH. Les compositions sont surtout phengitiques, sauf dans le mur de la lentille inférieure, où on trouve de la muscovite. Autrement dit, les micas de la pipe d’altération principale ont un pic AlOH de plus faible longueur d’onde que ceux du reste du forage. D’autres études sur les micas blancs sont envisagées à Matagami.

Nous explorons aussi l’utilisation des statistiques multivariées pour reconnaître automatiquement les classes lithologiques en fonction de la profondeur à partir des données du LAMROC. De telles méthodes ne remplacent pas le géologue, mais peuvent l’assister dans son travail en identifiant des contacts lithologiques cryptiques ou les protolites dans les zones d’altération. Le modèle initial, illustré ci-dessous et réalisé par B. Fresia, fait appel au partitionnement de données (cluster analysis) dans le but de séparer les points de mesures en fonction de leur signature physico-chimique.

Les contacts lithologiques principaux, observés dans la description originale du forage BRC-08-72, sont bien mis en évidence par le résultat de l’analyse (colonne « modèle statistique » sur la figure), ce qui confirme que le résultat est valable et utile dans l’ensemble.

Huit classes lithologiques sont proposées par le modèle statistique dans les roches non minéralisées, que nous interprétons de la manière suivante, du haut vers le bas :

(1) basaltes (en vert pâle sur la figure);
(2) une classe définissant les intrusions intermédiaires à mafiques non différentiées, incluant les tuffites (brun pâle);
(3) certains gabbros quartzifères non magnétiques (olive pâle);
(4) gabbros quartzifères magnétiques (olive foncé);
(5) andésites (vert foncé);
(6) rhyolites, incluant la Rhyolite du lac Watson et celle de Bracemac (jaune);
(7) gabbro non magnétique (brun foncé);
(8) rhyolite magnétique (brun-rouge foncé).

Plusieurs autres pseudo-logs pour le même forage sont présentés dans le mémoire de maîtrise de B. Fresia.

Les images suivantes sonnent un aperçu de quelques lithologies présentes dans le forage BRC-08-72. L’intérêt de ces images – en plus de constituer une archive virtuelle complète du forage – est qu’elles permettent de comparer l’aspect visuel de la roche avec les propriétés d’intérêt, même si les carottes ont disparues ou ne sont pas disponibles pour la personne qui fait l’interprétation.

De gauche à droite :

(1) intrusion gabbroïque envahie localement par de l’épidote, puis du quartz ou de la calcite, 448,80-449,00 m (carotte entière);

(2) Rhyolite de Bracemac chloritisée et bréchifiée, avec quelques sulfures disséminés, 542,54-542,74 m (carotte entière); (c) sulfures massifs (sphalerite, pyrite, chalcopyrite) entre 572,60 et 572,80 m (carotte sciée).

Le LAMROC est financé par la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), le gouvernement du Québec et le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT).

Il a aussi bénéficié du soutien du ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles du Québec (MERN) pour des projets de recherche à Matagami et Chibougamau.

Voici une liste des publications résultant de l’utilisation du LAMROC.

Rapports

Ross P-S, Schnitzler N, Bourke A (2016) Analyse multiparamétrique à haute résolution de carottes de forage dans la région de Matagami 2014-2015, résultats préliminaires. Ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles du Québec, rapport MB 2016-17, 60 p.

Ross P-S, Bourke A, Leclerc F, Boulerice A (2014) Analyse multiparamétrique à haute résolution de carottes de forage dans la région de Chibougamau 2012-2014, rapport final. Ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles du Québec, rapport MB 2014-05, 128 p.

Des travaux similaires ont eu lieu à Chibougamau, en collaboration avec le MRN, Ressources Cogitore Inc, et Forages Chibougamau :

Ross P-S, Bourke A, Leclerc F (2013) Analyse multiparamétrique à haute résolution de carottes de forage dans la région de Chibougamau 2012-2013. GM 67111, 132 p.

En savoir plus sur ces rapports sur le site Web du MERN (e-Siegom)