Une méthode d’imagerie rapide pour l’interprétation de soi

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13548 (2023) Citer cet article

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Nous décrivons une approche d'imagerie rapide pour l'interprétation des données de potentiel personnel collectées le long du profil par un modèle géométriquement simple de cylindres et de sphères. L'approche calcule le coefficient de corrélation entre le signal analytique (AS) des mesures de potentiel propre observées et l'AS de la signature de potentiel propre du modèle idéalisé. La profondeur, le moment dipolaire électrique, l'angle de polarisation et le centre sont les paramètres inverses que nous cherchons à extraire de l'approche d'imagerie pour le modèle interprétatif, et ils concernent la valeur la plus élevée du coefficient de corrélation. L'approche est démontrée sur des expériences numériques sans bruit et reproduit les véritables paramètres du modèle. La précision et la stabilité de l'approche proposée sont examinées sur des expériences numériques contaminées par des niveaux de bruit réalistes et des champs régionaux avant l'interprétation des données réelles. Par la suite, cinq exemples réels de systèmes géothermiques et d’exploration minérale ont été analysés avec succès. Les résultats concordent bien avec les recherches publiées.

Fox1 a proposé la méthode de l'auto-potentiel utilisant une électrode de cuivre et un instrument galvanométrique pour explorer un gisement de sulfure de cuivre à Cornwall, en Angleterre. La méthode du potentiel autonome a progressé2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 et a été largement utilisée pour la prospection du graphite, des sulfures, de la magnétite, de l'uranium et de l'or16,17. ,18,19,20,21,22, cartographie des zones de paléo-cisaillement23,24, enquêtes archéologiques25, ingénierie géotechnique26, découverte de grottes27, détection des feux de charbon28,29,30 et surveillance du mouvement de l'eau31,32,33. La méthode du potentiel électrique propre a été appliquée à un large éventail d’études de surveillance, comme les glissements de terrain ou les mouvements de masse provoqués par la pression interstitielle cumulée dans la roche34.

Le potentiel personnel est une technique passive permettant de mesurer les différences de potentiel propre qui se produisent naturellement dans le sous-sol terrestre14. Le mécanisme et l'origine des anomalies du potentiel propre ont été discutés par plusieurs auteurs9,10,13,14,35,36,37,38,39. Les méthodes d'auto-potentiel sont préférées aux autres techniques géophysiques dans les mesures sensibles aux mouvements de fluides à travers des roches fracturées et poreuses, et sous un gradient hydraulique naturel ou appliqué répondant à de faibles mouvements de fluides38,40. Plusieurs approches de modélisation, d'inversion et d'interprétation des données de potentiel personnel ont été développées10,13,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53. Ces approches peuvent être regroupées en deux catégories.

Géométrie et paramètres des modèles sources supposés. Les panneaux supérieur, central et inférieur présentent les modèles de sphère, de cylindre vertical semi-infini et de cylindre horizontal infiniment long.

Organigramme montrant le flux de travail du schéma développé.

La classe I concerne l'anomalie de potentiel propre des structures arbitraires multidimensionnelles, y compris la modélisation et l'inversion SP en deux (2D) et en trois dimensions (3D). Les inversions SP multidimensionnelles peuvent être non uniques, instables et nécessiter un temps de calcul important54,55,56,57,58,59,60. Les méthodes standards pour récupérer une solution stable d’un problème inverse mal posé sont les techniques de régularisation61.

La classe II se rapproche de l'anomalie de potentiel propre collectée par certains modèles géométriquement simples, tels que les cylindres verticaux, les cylindres horizontaux et les sphères. Cette classe offre une interprétation quantitative rapide, et l'objectif est de déduire les paramètres de profondeur, d'emplacement et de polarisation du modèle d'interprétation qui correspond le mieux aux données observées. L’étude que nous poursuivons ici appartient à cette classe. De nombreuses méthodes quantitatives (graphiques et numériques) ont été établies pour la classe II afin d'obtenir la forme, la profondeur et les paramètres de polarisation de la source causale à partir de l'anomalie de potentiel propre mesurée43,44,45,46,49,51,53,62, 63,64,65. L’inconvénient de ces méthodes est qu’elles sont subjectives et peuvent donc entraîner des erreurs dans les paramètres du modèle66.