Geophysical methods of mineral exploration-airborne versus ground 

surveys

Unit-III

Geophysics

Ø  Geophysics  is the study of earth by making use of established principles of physics.

Ø  Geophysical investigations involve methods of study    made on the surface with the aim to determine  the subsurface details.

Ø this  is  done  by  measuring  certain  physical  properties  and interpreting them mainly in terms of subsurface geology.i.e. Rock type, ore deposits, structure, and ground water conditions.

Exploration geophysicsDefinition

Exploration  geophysics  Is  an  applied  branch  of  geophysics, which  uses  physical  methods  at  the  surface  of  the  Earth  to measure the physical properties of the subsurface, along with the anomalies in those properties.

These anomalies areDensityMagnetismElectrical resistivity  Elasticity  

Airborne Geophysical Survey§   Airborne  geophysical  survey  is  carried  out  using  low  flying 

helicopters or light aircraft which fly in a grid pattern.

§   The  airborne  survey  is  quicker,  cost  effective  and  may  be carried  out  over   the  inaccessible  area  in  terms  of  terrain, forestry and of other reasons.

§  The survey may comprise of magnetic, radiometric, gravity or electromagnetic methods. 

§ These  surveys  provide  general  geological  information  for  an area and are often used in the initial stages of exploration.

§   In  this  survey,  instruments  may  be  either  mounted  on  the aircraft or towed underneath.

§  The aircraft may  fly between 25 and 60 m above  the ground and flight lines spaced between 25 and 200 m apart.

The most  important parameters measured by using the surveys are;  

Conductivity Magnetic susceptibility Rock density Radioactive element concentration  

Airborne Geophysical Survey

Important types of Airborne Geophysical survey

There are two chief airborne geophysical procedures utilizing;

1.  Airborne radiometric methods/ Aero-radiometric method 2. Airborne electromagnetic/Aero-electromagnetic method

 

The  nuclei  of  certain  elements  are  unstable  and  change spontaneously in to the nuclei of other elements. This change is accompanied by emission of radiations. This natural phenomena is  called  radioactivity.  It  is  used  in  rock  because  it  can  be detected. 

Energy is released in the form of radiation;       

•  Alpha Particle (or helium nuclei) - Least Energy- Travels few cm of air. •  Beta Particle (or electrons)- Higher Energy-Travels upto a meter in air•  Gamma Rays- Highest Energy-Travels upto 300 meters in air.

q This survey employs a gamma ray detector.

1.  Aero-radiometric Survey (Gamma ray detector)

• Gamma  ray  sensors  detect  natural  radioactive  emanations, called gamma rays, from rocks and soils.

• The  radiometric,  or  gamma-ray  spectrometric  method  is  a geophysical  process  used  to  estimate  concentrations  of  the radio-elements potassium, uranium and thorium by measuring the  gamma-rays  which  the  radioactive  isotopes  of  these elements emit during radioactive decay.

• Airborne  gamma-ray  spectrometric  surveys  estimate  the concentrations of  the  radioelements at  the Earth's  surface by measuring  the  gamma  radiation  above  the  ground  from  low-flying aircraft or helicopters

• This method is capable of detecting only the presence of U, Th, and K at and near the surface of the ground.

Instruments for detecting radioactivity 

There are two principal instruments1. Geiger Muller counter2. Scintillometer

Geiger Muller counter

§   The  Geiger-Muller  counter  is  a  simple  and  cheap  device  that responsible primarily to Beta radiation.

§ It must held  close  to  the outcrop  to detect  the Beta  rays,  and thus  tool  for  limited  applications,  seldom  used  in  modern prospecting.

Scintillometer§ The scintillometer works by counting scintillations produced in 

a detector by gama radiation.

§  A logical extension of the scintillometer is a spectrometer that distinguishes characteristic gamma rays from K, U, and Th.

§   Therefore  gamma  radiation  from  different  sources  has different energy levels.

The data generated is plotted by computer and prepared a map of  the  surveyed  area.  The  map  shows  individual  value  of uranium,  potassium,  or  total  gamma  ray  activities  or  ratio  of U/Th, U/K, and Th/K.

Applications of Airborne radiometric method 

I. As a reconnaissance geologic mapping tool in most areas.

II. As changes  in  the concentration of  the  three  radioelements U, Th, and K accompany most major changes in lithology.

III. Identification  of  primary  geological  processes  such  as  the action  of  mineralizing  solutions  or  metamorphic  processes and secondary geological processes like supergene alteration and  leaching  that  may  be  indicated  by  variations  in radioelement concentrations. 

IV. Radiometric  surveys,  both  airborne  and  ground,  have  been primary tools in the exploration for uranium.

§   The  (AEM)  survey  is  widely  used  in  airborne  geophysical survey.

§ Electromagnetic  method  provide  a  means  to  measure subsurface electrical  conductivity and to  identify subsurface metal objects.

§ The  general  objective  of  AEM  is  to  search  for  metallic conductors,  e.g. massive  sulphides ,  located  in  bedrock  and often under a cover of overburden. 

§  This method can be applied in most geological environments except where the country rock  is highly conductive or where overburden is both thick and conductive.

2. Airborne electromagnetic  Survey (AEM)

§   Electrical  conductivity  is  a  function  of  soil  and  rock  type, porosity and permeability, as well as the composition of fluids that fill the pore spaces.

§   electrical  conductivity  values  are  given  in  units  of milliSiemens/meter (mS/m).

§   Higher  the  conductivity,  the  more  current  will  flow  in  the earth for a given electrical field strength.

§   The  higher  the  resistivity,  less  current  will  flow  for  a  given electrical field strength. 

§  Conductivity and resistivity are inversely related. 

Instruments used

Airborne electromagnetic surveys are carried out with 

§ fluxgate magnetometer, and § proton precession magnetometer. 

§   Helicopter  AEM  systems  carry  transmitter  and  receiver  coils mounted in a frame slung beneath the helicopter.

§  The helicopter flies at a height of approximately 60m and tows the circular frame approximately 30m above the ground surface.

§   An  electrical  current  is  pulsed  through  the  transmitter  coil  which produces a primary magnetic field. This field induces eddy currents in the ground, which then create their own secondary magnetic fields.

 

§ The  strength  of  the  secondary  field  fluctuates  with  varying  ground conductivity which may be  influenced by  changes  in  soil  salinity or changes in the quality of groundwater. 

§   The  decay  of  the  secondary  field  is  measured  by  the  receiver  coil located beneath the helicopter and the response can be used to tell us about ground conductivity as it varies with depth. 

How do airborne AEM systems work?

§ Airborne Geophysics is a powerful means available to the earth scientist for investigating very large areas rapidly.

§  Airborne methods are quick and cost-effective method.

§ Compared  with  ground-based  methods,  airborne  techniques offer the advantages of rapid acquisition of data at scales that are suitable for many geophysical problems.

§ Airborne  surveys  provide  the  capability  of  traversing  regions that are otherwise difficult or impossible to cover.  

§ Airborne methods are advantageous for surveys over areas that are  physically  accessible  but  that  have  social,  economic,  or political barriers or environmentally hazardous.

Advantages of Airborne geophysical survey

§ It can provide detailed information near to the surface as well as to depths greater than 100 m.

§   It is now routinely employed as an investigative technology for mapping groundwater quality and the characteristics of aquifer systems, and for soil salinity mapping.

Limitation and disadvantages of air borne survey

1. It is not final but anomalies obtained require confirmation by other methods of exploration.

2. Interpretation can vary due to the number of variables which have to be taken into account.

3. Support by geological ground work is essential.

4. The resolution and accuracy vary with the speed and height of aircraft.

5. Locations are also  subject  to  lack of high precission but  this can be greatly circumvented by the use of helicopters.