Contribution of geophysical surveys to the study of fine grained lacustrine sediments. Application to the Sarlieve marsh (Massif Central, France) (8 fig.)

• Autores: Florent Hinschberger, Agathe Fourmont, Jean Jacques Macaire, Jean-Gabriel Breheret, Roger Guerin, Jean-Paul Bakyono
• Localización: Bulletin de la Société Géologique de France, ISSN 0037-9409, Vol. 177, Nº. 6, 2006, págs. 311-322
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Apport des méthodes géophysiques à l'étude de sédiments lacustres à granulométrie fine: Application au marais de Sarliève (Massif Central, France)
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• Resumen
  • English

    This paper presents the results of a geophysical survey which was performed in the Sarliève marsh, located in the north of the Massif Central (France). The studied area corresponds to an ancient lake filled with 6 m of Lateglacial to historic sediments. The numerous cores and excavations previously performed in basin areas show the presence of thick fine grained and carbonated lake deposits. The mineralogical study of these deposits allows us to distinguish two main types of formations, which differ in their composition and origin. In the lower part of the sedimentary filling, the SDLF formation is generally characterized by abundant chalky and dolomitic layers, probably formed by chemical precipitation in an endoreic environment. It was found only in the distal (or depocenter) parts of the ancient lake. The upper part of the filling corresponds to calcitic clayey silty sediments (CF), mainly of detrital origin. They can be found both in the distal and proximal parts of the ancient lake. In order to precise the geometry of the marsh sedimentary filling and to discriminate between these two fine grained sediment types (SDLF and CF), an electromagnetic survey was carried out using an EM31 conductivity meter. It was completed by 16 electrical soundings performed within the marsh.

    The electromagnetic survey enables us to draw a large-scale conductivity map, which highlights the presence of a highly conductive zone (HCZ) in the central part of the marsh, more pronounced in the south. The HCZ is bordered by more resistive and heterogeneous fields, where conductive structures are visible. We show that there is no clear correlation between the measured conductivity and the total lacustrine sediment thickness. However, the HCZ is related to the distal parts of the ancient lake, locally identified from borehole data. In the corresponding sedimentary filling, the SDLF formation appears as a very low resistive layer (about 1.2?.m) on the electrical soundings. It explains the high conductivity of the distal lacustrine sediments. We finally combine the cores and the geophysical data to estimate the spatial extent and the volume of the SDLF formation of the whole marsh. This study shows that geophysics can contribute to distinguish, in a globally homogeneous fine grained sedimentary filling (carbonated clayey silts), lacustrine sediments formed in very different contexts, one as chemical precipitation, the other of detrital origin.

  • français

    Dans cette note, nous présentons les résultats d'une prospection géophysique réalisée dans le marais de Sarliève, situé au sud de Clermont-Ferrand, dans le Massif central. La zone étudiée correspond à un ancien lac d'une superficie d'environ 5 km2, qui a été drainé et asséché au cours du XVIIe siècle. Les nombreux forages carottés réalisés dans le marais ont montré la présence d'un remplissage sédimentaire épais (maximum 6 m) allant du Tardiglaciaire à l'époque historique. Des zones de deltas et de bassins lacustres ont été identifiées. Dans les zones de bassins lacustres, les sédiments sont argilo-silteux et carbonatés, et d'apparence assez homogène. Deux grands types de formations sédimentaires y ont été distingués d'après leur composition minéralogique et leur origine. Dans la partie inférieure du remplissage, la formation SDLF est caractérisée par des sédiments dolomitiques surmontés d'une épaisse couche constituée de séquences de lamines carbonatées. Ces dépôts se seraient formés par précipitation chimique en milieu lacustre peu profond et confiné (milieu endoréique). Cette formation n'a été repérée que dans la partie centrale du marais, correspondant aux zones de bassins les plus profondes de l'ancien lac (faciès distaux). Les dépôts plus superficiels (formation CF) sont principalement de nature détritique argilo-silteuse et sont riches en calcite. Ils traduisent un milieu exoréique. Ils se retrouvent dans presque toute l'ancienne zone lacustre, aussi bien en position distale que proximale (deltas et bassins). Afin de connaître la géométrie des dépôts dans le marais et de distinguer SDLF de CF dans les zones de bassin, une prospection géophysique électromagnétique a été effectuée au moyen d'un conductivimètre EM31 (méthode slingram). Seize sondages électriques ont aussi été réalisés sur différents secteurs du marais.

    Les mesures électromagnétiques permettent d'établir une carte de conductivité apparente du site dans ses parties nord et sud. Nous mettons ainsi en évidence la présence d'une zone fortement conductrice dans l'axe central N-S du marais, plus prononcée au sud. Cette zone est entourée de terrains plus résistants et hétérogènes, où des poches conductrices sont repérées. Aucun paléochenal surcreusé dans le substrat n'est mis en évidence. Nous montrons qu'il n'existe pas de corrélation nette entre la conductivité apparente et l'épaisseur totale de sédiments lacustres. Par contre, l'axe central très conducteur du marais correspond aux zones distales de l'ancien lac, reconnues ponctuellement grâce aux carottages. Dans le remplissage des zones distales, la formation SDLF se signale sur les sondages électriques par une très faible ré-sistivité (environ 1,2 3.m), expliquant la forte conductivité apparente des faciès distaux. Nous utilisons enfin les données géophysiques, en complément des informations fournies par les carottages, pour évaluer l'étendue et le volume de la formation SDLF sur l'ensemble du marais. Cette étude montre finalement qu'il est possible d'utiliser la géophysique pour différencier entre eux, au sein d'un remplissage sédimentaire à faciès peu différenciés (silts argileux carbonatés), des dépôts lacustres formés dans des conditions très différentes, par précipitation chimique dominante d'une part, et par sédimentation détritique dominante d'autre part.