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Diagraphie gamma-gamma
La sonde de densité/SGG mesure la densité des roches et le rapport SGG. Le rapport SGG (défini plus loin) est lié au numéro atomique efficace de la roche qui dépend de sa composition chimique. La diagraphie du rapport SGG est très utile pour détecter les métaux communs; ces éléments ont des numéros atomiques relativement élevés par rapport à ceux des principaux minéraux qui forment les roches et ils peuvent être présents en quantité suffisante pour faire augmenter de façon importante le numéro atomique efficace de la roche. La diagraphie du rapport SGG peut également être utile pour la cartographie lithologique dans les zones où la teneur en fer varie significativement d'un type de roche à l'autre.
La densité des roches dépend de la porosité, de sa teneur en eau et de sa composition. Pour les roches ignées et métamorphiques, les variations de la densité sont principalement attribuables à des variations de la composition minéralogique. Les roches contenant une plus grande proportion de minéraux mafiques (silicates de Fe et de Mg) ont des densités plus élevées que celles avec un fort pourcentage de minéraux felsiques (silicates de Ca, Na, K, Al). La présence de minéraux contenant des éléments lourds, comme ceux des métaux communs, augmente la densité totale de la roche encaissante. Dans les roches sédimentaires, les variations de densité peuvent être attribuables à une compaction (induration) variable plutôt qu'à des changements de composition.
La densité est l'un des paramètres utilisés pour le calcul des tonnages de minerai et des réserves. Il est donc utile de connaître la densité in situ des roches. Les diagraphies de la densité peuvent également servir à localiser les fractures puisqu'une fracture ouverte traversée par un sondage apparaîtra souvent comme une zone de faible densité dans les diagraphies de densité (Wilson et al, 1989).
Les diagraphies de densité du rapport SGG (ou indicateur d'éléments lourds) sont obtenues avec la sonde gamma-gamma spectrale (Killeen et Mwenifumbo, 1988). La sonde de densité/SGG est essentiellement un outil de diagraphie gamma spectrale auquel on a ajouté une source de rayons gamma de faible intensité (10 millicuries = 370 MBq) au cobalt Co60 placé à l'avant de la sonde. L'outil est muni d'un détecteur à l'iodure de césium mesurant 23 mm sur 76 mm (0,9 po sur 3 po) qui mesure les rayons gamma produits par la source et rétrodiffusés par la roche entourant le trou de forage.
On enregistre le spectre total des rayons gamma rétrodiffusés dans 1024 canaux couvrant un intervalle allant d'environ 0,03 MeV à 1,0 MeV. L'information sur la densité est obtenue à partir du taux de comptage des rayons gamma rétrodiffusés ayant un seuil d'énergie plus élevé que 200 KeV alors que l'information sur la composition élémentaire ou la teneur en éléments lourds est obtenue à partir du rapport des taux de comptage dans deux intervalles d'énergie (SGG : rapport du spectre gamma-gamma) : un de haute énergie (au-dessus de 200 KeV) et le second, de faible énergie (au-dessous de 200 KeV). Quand la densité de la roche augmente, le taux de comptage diminue dans les deux intervalles parce que la quantité de rayons gamma rétrodiffusés (rétrodiffusion Compton) diminue. Si la teneur en éléments de numéro atomique élevé (Z élevé) augmente dans la roche, l'absorption photoélectrique (qui est proportionnel à Z5) cause une forte diminution des arrivées dans l'intervalle de faible énergie; par contre, la diminution des arrivées dans l'intervalle d'énergie élevée sera relativement faible. Puisque l'intervalle de faible énergie est affecté par la densité et par Z et que l'intervalle de haute énergie n'est surtout affectée que par la densité, on utilise le rapport des arrivées dans l'intervalle de haute énergie aux arrivées dans l'intervalle de basse énergie pour obtenir de l'information sur les changements de Z. Ce rapport augmente quand la sonde passe dans des zones à Z élevé. Ainsi, la diagraphie SSG peut être considérée comme un indicateur d'éléments lourds et, sous certaines conditions, elle peut être étalonnée et donc peut déterminer quantitativement la concentration in situ des éléments lourds dans la roche longeant le sondage sans faire d'analyses chimiques de la carotte (Killeen et Mwenifumbo, 1988).
Le volume échantillonné par la diagraphie SGG est plus petit que celui de la diagraphie à rayons gamma naturels parce que les rayons gamma doivent se déplacer de la sonde vers la roche et retourner au détecteur. On peut « voir » un rayon de 10 à 15 cm autour de la sonde. L'acquisition des données se fait à une vitesse de 6,0 m/min et le temps d'échantillonnage est d'une seconde, ce qui permet d'obtenir une mesure tous les 10 cm.