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

EnglishThis paper presents the results of a geophysical survey which was performed in the Sarlieve 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. francaisDans cette note, nous presentons les resultats d'une prospection geophysique realisee dans le marais de Sarlieve, situe au sud de Clermont-Ferrand, dans le Massif central. La zone etudiee correspond a un ancien lac d'une superficie d'environ 5 km2, qui a ete draine et asseche au cours du XVIIe siecle. Les nombreux forages carottes realises dans le marais ont montre la presence d'un remplissage sedimentaire epais (maximum 6 m) allant du Tardiglaciaire a l'epoque historique. Des zones de deltas et de bassins lacustres ont ete identifiees. Dans les zones de bassins lacustres, les sediments sont argilo-silteux et carbonates, et d'apparence assez homogene. Deux grands types de formations sedimentaires y ont ete distingues d'apres leur composition mineralogique et leur origine. Dans la partie inferieure du remplissage, la formation SDLF est caracterisee par des sediments dolomitiques surmontes d'une epaisse couche constituee de sequences de lamines carbonatees. Ces depots se seraient formes par precipitation chimique en milieu lacustre peu profond et confine (milieu endoreique). Cette formation n'a ete reperee que dans la partie centrale du marais, correspondant aux zones de bassins les plus profondes de l'ancien lac (facies distaux). Les depots plus superficiels (formation CF) sont principalement de nature detritique argilo-silteuse et sont riches en calcite. Ils traduisent un milieu exoreique. Ils se retrouvent dans presque toute l'ancienne zone lacustre, aussi bien en position distale que proximale (deltas et bassins). Afin de connaitre la geometrie des depots dans le marais et de distinguer SDLF de CF dans les zones de bassin, une prospection geophysique electromagnetique a ete effectuee au moyen d'un conductivimetre EM31 (methode slingram). Seize sondages electriques ont aussi ete realises sur differents secteurs du marais. Les mesures electromagnetiques permettent d'etablir une carte de conductivite apparente du site dans ses parties nord et sud. Nous mettons ainsi en evidence la presence d'une zone fortement conductrice dans l'axe central N-S du marais, plus prononcee au sud. Cette zone est entouree de terrains plus resistants et heterogenes, ou des poches conductrices sont reperees. Aucun paleochenal surcreuse dans le substrat n'est mis en evidence. Nous montrons qu'il n'existe pas de correlation nette entre la conductivite apparente et l'epaisseur totale de sediments lacustres. Par contre, l'axe central tres 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 electriques par une tres faible re-sistivite (environ 1,2 3.m), expliquant la forte conductivite apparente des facies distaux. Nous utilisons enfin les donnees geophysiques, en complement des informations fournies par les carottages, pour evaluer l'etendue et le volume de la formation SDLF sur l'ensemble du marais. Cette etude montre finalement qu'il est possible d'utiliser la geophysique pour differencier entre eux, au sein d'un remplissage sedimentaire a facies peu differencies (silts argileux carbonates), des depots lacustres formes dans des conditions tres differentes, par precipitation chimique dominante d'une part, et par sedimentation detritique dominante d'autre part.