Méthodes géophysiques appliqués à la recherche d`eau souterraine

6ième colloque GEOFCAN – 25-26/09/2007 – Bondy, France
Méthodes géophysiques appliqués à la recherche d’eau
souterraine dans l’Oued in Amguel (wilaya de Tamanrasset)
A. BOUGUERN(1), H. BAKER(2)
(1)
(2)
University of Boumerdes, ALGERIE
University of Bab-ezzouar, ALGERIE
Abstract
To settle Touaregs people of In Amguel country, a campaign of geophysics has been led in the
within this "oued" to localize zones where there is a presence likely of underground water. The rain
fallings in this region is among weakest of Algeria, however important rainfalls may be happened
during some winter season. The applied geophysical methods to this survey are:
the seismic refraction with a device of 148 meters with a variable step using two shooting points
(direct-inverse) . The depth of the substratum is found according to the vertical position of the point
of shooting by the methods of intercepts and at the vertical of the geophone as well as the speed of
the substratum by the generalized reciprocal method (GRM).This method gave some correct results.
The seismic wave speed in gneissic substratum varies from 4000 to 6000 m/s, this variation is
probably owed to the heterogeneity of the substratum. Three hundred three electrical soundings
(303) have been distributed along the bed of the oued, polls were accomplished in the direction of
the course of the oued. The electric measures interpretation was proceeded handily using by the
three patterns catalogue and by the software Résix IP of the University of the Colorado. On the
basis of results of the interpretation of the registered measures provided by the geophysical
methods, several weak depth of the different drillings have been achieved, of which 600 linear
meters are equipped by piezometers. On the most deeper parts of the of the pre-Cambrian rest
alluviums with a maximal thickness of 45 meters. The water-bearing alluviums have a resistivity
which varies from 50 to 90 Ohms. We noted that it becomes difficult to distinguish the faded
substratum of water-bearing alluviums, nevertheless they can differentiate themselves by the
seismic velocities and by results of the drilling N° 218. The correlation approach between the depth
determined by the seismic refraction and the one given by the drillings seems appropriate. Tests of
pumping have been done and we got 4-7 litres by second (4-7l/s). The flow rate varies from a
drilling to another.
Introduction
Dans le but de mettre en évidence les zones où une présence d’eau souterraine est probable dans
l’oued. Une compagne de géophysique a été réalisée, deux méthodes de prospection ont été
appliquées sur le permis d’étude :
La sismique réfraction
La prospection électrique
Une compagne de forage s’est matérialisée par 800 mètres linéaires forés et répartis le long du lit de
l’oued en plusieurs forages de faibles profondeurs dont 600 mètres équipés en piézomètre.
Situation géographique
Le site de l’étude est situé dans une zone comprise entre 5° 7’ et 5° 18’ Est du Méridien
international de longitude est entre 23° 40’ et 23° 43’ de latitude (Carte du Sahara au 1/200.000,
feuille N° 31).
La pluviométrie de la région est parmi la plus faible du pays. Des précipitations atmosphériques
parfois importantes ont lieu en hiver sur le mont d’Assekrem.
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Méthodes géophysiques
Sismique réfraction
- Un dispositif de longueur L=148 mètres avec un pas variable entre les géophones, l’offset
est de 3 mètres.. Les profils sismiques ont été exploités de la façon suivante :
- A chaque position du dispositif, (02) deux points de tir (directe - inverse) ont été effectués.
- Dans le but d’assurer le suivi continu du marqueur, le pas de déplacement du point de tir est égal à
la moitié du dispositif d’enregistrement. Le relief est calme lors du traitement des données
sismiques, la correction topographique n’a pas été introduite.
Interprétation des donnés.
- La profondeur du marqueur est déterminée à la verticale du point de tir, par la méthode
d’intercepts, (Lavergne 1986), en plus pour certains profils la profondeur à la verticale du géophone
ainsi que la vitesse du marqueur sont calculées avec une précision appréciable par la méthode
réciproque généralisée (GRM) (Palmer 1980), lorsque les conditions de continuité du marqueur
paraissent bien établies.
Résultats
Les formations géologiques se caractérisent par les vitesses sismiques suivantes :
Zone altérée sable sec et limon Vo = 300 – 500 m/s
Alluvions sèches : V1 = 600 – 800 m/s
Alluvions acquières et substratum altéré : V2 = 1200 – 2000m/s
Substratum : V3 = 4000 – 6000 m/s.
La formation supérieure altérée, constituée de sable sec et de limon, se marque bien sur les
dromochroniques de vitesses lentes. Le contraste entre le toit du socle précambrien, J. Fabre (1970)
et le remplissage alluvionnaire est assez net. Il se distingue par la différence des valeurs de vitesses
et le point de rupture de temps d’avancement de l’outil de forage (figure .1).Il est énormément
difficile de distinguer le substratum altéré, des alluvions aquifères néanmoins, ils peuvent se
différencier par les vitesses sismiques et les résultats de forage (carotte du forage F 218).La
corrélation entre les profondeurs du toit du substratum obtenues par la sismique réfraction et les
forages est assez correcte. La variation de vitesse de 4000 – 6000 m/s est due à l’inhomogénéité du
substratum. Cette constatation a été confirmée par la composition minéralogique des trois carottes
obtenues des forages : F199, F244 et F218, dans la mesure où chaque carotte possède, son propre
minéral dominant. Le début d’altération du substratum est marqué dans le secteur où la biotite est
dominante dans la composition des gneiss. Sur les parties les plus enfoncées du socle précambrien,
reposent les alluvions de l’oued avec une épaisseur maximale de 40 – 45 mètres.
Prospection Electrique
Technique de mesure
Il a été réalisé 303 sondages électriques AB = 300 m repartis sur toute l’étude. Ces profils parallèles
sont distants de 200 à 250 mètres. Les sondages électriques sont espacés de 100 à 200 m et ont été
exécutés suivant le cours de l’oued
La comparaison de ces sondages électriques appelle plusieurs remarques :
- Les résistivités des alluvions aquifères, graviers fins et moyens sont relativement peu élevés , de
50 à 90 ohmm comparativement aux valeurs rencontrées habituellement
- La résistivité du substratum gneissique est supérieure à 1000 ohm m, cependant certains sondages
indiquant une fin de l’ordre de 500 à 1000 ohm m dû à un début d’altération de la roche.
- L’existence d’une couche de vase noire (dépôt, argileux, vaseux noirâtre de quelque mètres
d’épaisseurs) au dessus du substratum, dans certains forages, fait que l’aquifère peut être plus
basse que la résistivité moyenne , 70 ohm m.
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Méthodes d’interprétation
Les résultats sur les épaisseurs données par les forages et la sismique réfraction (Palmer.D.1981 et
R.A. Van Overmeeren, 2001) ont constitué la base de l’interprétation des mesures électriques par
les forages. En fixant l’épaisseur jusqu’au substratum. Par la sismique qui présente l’avantage de
bien indiquer le marqueur gneissique, des alluvions caractérisés par des vitesses lentes 1200 – 2000
m/s. Il a été donc nécessaire de repérer au préable le marqueur sismique, en le fixant à chaque
sondage électrique, ce qui a permis de déduire de ces sondages une indication relativement précise
sur la résistivité vraie des alluvions (tableau.1). Les résistivités et les épaisseurs respectives des
alluvions ont été déterminées par les abaques à deux et trois terrains et le logiciel de l'inversion
RESIX IP.
Forages
Après interprétation qualitative des données géophysiques, des forages de reconnaissance de faibles
profondeurs ont été implantés le long du lit de l’oued, les forages réalisés ont un diamètre de 4 ¾ et
totalisent 800 m linéaire, dont 600 m ont été équipés en piézomètres. Des diagrammes
d’avancement de l’outil ont été établis en fonction du temps et des coupes lithologiques à partir des
cuttings prélevés à chaque mètre .Dans les secteurs où le dépôt alluvionnaire est plus important, le
socle précambrien a été atteint à une profondeur de 45 mètres Les résultats des forages ont été
utilisés pour étalonner les paramètres physiques vitesse et résistivités des 2 méthodes de
prospection.
Conclusion
La carte d’épaisseur des alluvions aquifères et celle de leurs résistivités vraies permettent de
localiser les zones jugées hydrologiquement intéressantes. Il a été constaté qu'il est difficile de
différencier le substratum altéré des alluvions par les méthodes de géophysiques appliquées.
L’épaisseur des alluvions déterminée par la sismique à constitué la base des calculs des résistivités
électriques. Certains essais de débit ont été réalisée et ont donné aux environs de 4 à 6 litres à la
seconde (4 à 6l/ s). Les résultats de l’interprétation des sondages électriques ont montré que :
les alluvions aquifères ont =50 à 90 ohm m et le substratum gneissique a une résistivité =1000
ohm m inférieure dans le cas d’altération.
Références bibliographiques
J.L.Astier , 1971, méthodes géophysiques appliquées à l'hydrogéologie.
E.Auken, A.V. Christiansen ,B.M.Jacobsen , N.Foged and K.I.Sorensen, 2005, Pecewise 1D
laterrally constrained inversion of resistivity data, geophysical processing, p497-506
N.B.Christensen, 2000, difficulties in the determining electrical anisotropy in subsurface
investigations, geophysical prospecting, v48, n°1, p :1-19.
J.Fabre, 1970, introduction à la géologie du sahara Algérien.
P.Furness, 1999, mise à la masse interpretation using a perfect conductor in a picewise uniform
earth, geophysical prospecting, v47, n°3, p :393-489.
M.Lavergne,1986,méthodes sismiques ,édition Technip France.
C.Meyer .Destadelholffen ,1991,application de la géophysique aux recherches d'eau édition
Lavoisier.Paris.
Palmer.D.1981,an introduction in the generaltized reciprocal method of seismic refraction
interpretation Geophysics vol 44m p.1508-1518.
Palmer.D.1980 , the generaltized reciprocal method of seismic refraction , (KS-B) ed SEG.
R.A. Van Overmeeren, 2001, Hagedoorn’s plus-minus method the beauty of simplicity,
Geophysical prospecting v49, n°6
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S.E, mesurés au
niveau de forages
(F.N°)
SE.F2
SE.F8
SE.F246
Epaisseur (m)
1
" 110
sable fin
h2 " 4
2
" 1100
sable grossier
h3 " 10
3
" 55
gravier aquifère
4
" 1400
h1 " 3.5
1
" 530
sable grossier sec
h2 " 17
2
" 80
gravier moyen aquifère
3
" 1500
substratum
h1 " 2
1
" 500
h2 " 6
2
" 80
sable grossier sec
h3 " 4
3
" 600
sable grossier
4
" 70
5
" 2200
h1 " 1.5
1
" 120
sable fin
h2 " 5.5
2
" 80
sable grossier
h3 " 5
3
" 500
sable grossier sec
4
" 60
5
" 1800
h1 " 2
1
" 120
sable fin
h2 " 5
2
" 1000
sable grossier
h3 " 10
3
" 55
gravier aquifère
4
" 1200
h4 " 23
SE.F.218
Tableau.1 : SE réalisés au niveau de forages
122
Nature géologique
h1 " 2
h4 " 15
SEF.52
Résistivité !.m
substratum
gravier aquifère
substratum
gravier moyen aquifère
substratum
substratum altéré