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BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL B. P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél. : (38) 63.80.01 MÎWI5TERE VE AGENCE VE BASSIN L'INDUSTRIE RHIN - MEUSE RECHERCHE PAR PROSPECTION GEOPHVSIQUE VE L'EXTENSION VE L' ANOHALIE CHLORUREE VE LA NAPPE VES GRES INFRATRIASIQUES VANS LE BASSIN VERSANT VE LA SARRE 2 HaA¿ 1982 Service géologique régional ALSACE 204, route de Schirmeck, 67200 Strasbourg - Tél. : (88) 30.12.62 s o n M A I R E INTRODUCTION 1. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE. 2. TRAVAUX REALISES. 3 . INTERPRETATION . 3.1. En affleurement. 3.2. Sous couverture . 4. MINERALISATION DE L'EAU. 4.1. Facteur de Formation. 4.2. Application au secteur d'étude. 4.3. Tentative de cartoaraphie. 5. HYPOTHESES SUR L'ORIGINE DE CETTE ANOflALIE CHLORUREE. 6. POURSUITE DES INVESTIGATIONS. CONCLUSIONS FIGURES N" 1 : Secteur d'étude 1/2 000 000. N° 2 : Carte géologique. N" 3 : Type de S.E. effectués sur les grès en affleurement. N° 4 : Type de S.E. effectués entre Sarre-Union et Diemerinaen. N° 5 : Profil de résistivités en AB = 3 OOO m entre Diemerinaen et Rimsdorf. N° 6 : Type de S.E. effectués entre Sarrebourg et Berthelming. N° 7 : Corrélation de résistivités eau/grès aquifère. ANNEXES N° 1 : Localisation des S.E. et profils de résistivités. N° 2 : Longueur et orientation des S.E. N° 3 : Carte de résistivités apparentes (AB = 3 000 m) . N" 4 : Carte de résistivités G.I. T. N° 5 : Zonage de la minéralisation des eaux des G.I. T. N° 6 : Esquisse d'une carte piézométrique initiale. SITUATION GF.OCRAPH IQUE DK LA ZONE D'ETUDE V r: che 1 le 1 : 2 .000 .000 K •'^.' •') A f t' 1 t u r r1 nu: ii t des Grès infra tri aà iques _^. — Limite d'extension probable du faciès Grès a Voltzía _-_--- L i m i t (-. d'extension probable du faciès Grès vosgien Zone d ' étude - 1 - INTRODUCTION Les grès infratriasiques (G.I. T.) constituent un immense réservoir d'eaux souter¬ raines dans l'Est de la France, mais une grande partie de l'eau est minéralisée : - En direction de l'Ouest (Bassin Parisien) et du Nord (Luxembourg), à partir d'une ligne Vittel - Nancy - Boulay, la minéralisation dépasse 1 g/1 de chlorure et augmente rapidement. - Vers l'Est, une anomalie chlorurée apparaît sous le bassin versant de la Sarre entre Sarrebourg, Sarre-Union et Merlebach, avec des salinités supérieures à 250 mg Cl~/1 et atteignant 2,5 g/1 â Sarre-Union (cf. plan de situation de la zone d'étude en figure 1). L'eau est très douce en affleurement (Vosaes, plaine de Creutzwald) , légèrement minéralisée sous couverture entre ces deux affleurements, à part l'anomalie citée. Le but des travaux géophysiques réalisés en 1981 est de tenter de préciser l'exten¬ sion de cette anomalie chlorurée de façon â pouvoir implanter avec moins de risques d'échec les forages d'eau nécessaires à l'alimentation en eau potable et industrielle de cette région à la limite de la Moselle et du Bas-Rhin (projets actuels de foraaes AEP pour Sarre-Union, Syndicat de Berthelming, Syndicat de Sarralbe). Ces travaux ont été financés conjointement par le Ministère de l'Industrie et l'Aaence de Bassin Rhin-Meuse. 1. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE (rappel succinct). La série gréseuse des G.I. T. présente une énaisseur de 400 à 500 m sur ce secteur du bassin de la Sarre. La structure est constituée par le synclinal de Sarreguemines, bordé au Nord par l'anticlinal Sarro-Lorrain et au Sud par l'anticlinal des Vosges. Cette Structure est affectée par un prolongement général vers l'Ouest (Bassin Parisien) (cf. carte géologique en figure 2) . La nappe est alimentée au droit des affleurements hauts et par drainance à partir du Muschelkalk, en particulier sur les reliefs de questa. Elle est drainée naturellement par quelques points bas des affleurements, en particulier la vallée de la Sarre en aval de Sarre- auemines . Figure 2 CARTE GEOLOGIQUE d'eiu Limite Es» du Keuper i ¡ • Muschelkalk Supérieur U I LJ Wo/en *•* l-ve ' - 2 Cet écoulement naturel général des Vosges vers le Nord a été fortement accentué par les exhaures des mines de charbon (HBL) qui ont provoqué des entonnoirs dans la niézométrie à la périphérie de la plaine de Creutzwald. Néanmoins, ce phénom.ène est très récent (début du siècle) par rapport â l'ancienneté des eaux des G.I. T. (10 OOO à plus de 30 000 ans suivant les secteurs, d'après campagnes ^""C du S.R.A.E.L. et A.F.B.R.M.) : la distribution actuelle de la minéralisation des eaux résulte donc vraisemblablement de l'état "naturel" de la nappe (cf. paragraphe 5) . 2. TRAVAUX REALISES. 78 sondages ont été réalisés au total, dont l'implantation est donnée sur l'annexe 1, ainsi que 10 km de profil. - Dans une première campagne en 1978, 8 sondages arandes lignes (3 000 m) implantés entre Herbitzheim et Langatte, autour de Sarre-Union. - En juillet 1980, une autre campagne autour de Berthelminn, comprenant cinq son¬ dages de 3 000 m, 9 de 1 000 m, 1 de 800 m et 1 de 600 m. ' . - De mai â juillet 1981 ont été effectués 54 autres sondages répartis de la manière suivante : . en affleurement ou sous faible couverture (inférieure à 50 m) : 8 grandes lignes (AB : 3 000 et 2 000 m) 4 moyennes lignes (AB : 1 500 et 1 000 m) . sous ouverture : * dans le secteur DIEMERINGEN - SARRE-UNION 12 grandes lignes 11 moyennes lignes 5 petites lignes (AB : 800, 600 et 400 m) 3 km de profil d'orientation Est-Ouest, * dans le secteur SARREBOURG - BERTHELMING 10 grandes lianes 1 moyenne ligne 3 petites lignes 7 km de profil parallèles à la Sarre L'implantation des S.E. est donnée en annexe 1 ainsi que leurs longueurs de lignes et orientation en annexe 2 . 3 - Les sondages électriques, type Schlianberaer , en arande liane (AB = 3 000 m) posent des problèmes de mise en oeuvre, compte tenu de la géologie, de la topographie et de l'aména¬ gement du territoire : - les affleurements géologiques sont rarement homogènes sur 3 km de long, - la topographie est assez vallonnée, voire encaissée dans les Vosges, - les vallées principales sont encombrées de routes, voies ferrées, canalisations, perturbant les mesures électriques ; les problèmes d'adduction d'eau ont nécessité la pose de conduites entre les villages ; deux oléoducs passent dans la région de Sarre-Union. La méthodologie mise en oeuvre a consisté à réaliser des S.E. en affleurement où l'on connaît assez bien la résistivité de l'eau donc sa minéralisation globale) tout au moins dans la partie supérieure de l'aquifère (sources, nuits peu profonds), pour y élaborer une cor¬ rélation entre la résistivité de l'aquifère (ares saturés d'eau) et la résistivité de l'eau con¬ tenue dans ces grès. Sous couverture, des S.E. ont été réalisés au plus proche des forages captant les G.I. T. où l'on connaît la résistivité de l'eau. Cette campagne à caractère méthodologique a néanmoins été orientée sur deux secteurs particuliers où sont actuellement projetés des forages AEP (Syndicat des eaux de Berthelming et environs, ville de Sarre-Union) et où les foraaes existants présentent des eaux trop miné¬ ralisées. 3. INTERPRETATION . Le résultat de l'ensemble de l'interprétation est donné sur la carte en annexe 4, avec la résistivité des grès, en distinguant, quand cela est possible, la partie inférieure des grès. 3.1. En_af f leurement. a) l}<'-ni_-te_iecteu>i_de_Z'_Eit_de_Sa'in.e2Uniqn, la résistivité des ares varie en fonction de la minéralisation de l'eau : celle-ci est de 100 à 150 ohms-m dans les Vosges, (eau très peu minéralisée) et passe progressivement à 50 puis 20 ohms-m quand les grès n'affleurent plus que dans les vallées, les collines (en plateaux) étant couverts par le Muschelkalk inférieur qui apporte des eaux dures : la baisse de résistivité de l'eau n'est alors liée qu'à une augmenta¬ tion de la dureté. TYPES DE S.E. EFFECTUES Fig. 3 SUR LES GRES EN AFFLEUREMENTS IO": Corrélativement, la résistivité des grès passe de 300 - 350 ohms-m (pays de Bitche) , à 200 ohms-m à la limite occidentale d'affleurements (vallée du Petersbach en amont de Butten, vallée de l'Eichel en amont de Diemeringen) (cf. fig. 3) . Mais on note systématiquement une baisse de résistivité en profondeur, qui se situe dans les formations sous-jacentes aux G.I. T. dans le pays de Bitche (formations argilo-gréseuses du permien ?) et cui intéresse le quart' ou même la moitié inférieure des G.I. T. vers l'Ouest ; cette résistivité passe de 200 à 30 ohms-m en profondeur : on est alors amené à supposer que la base des G.I. T. contient de l'eau minéra¬ lisée, même en bordure d'affleurement, ceci d'autant plus que le foraae de Lorentzen, qui capte des G.I. T. sous 40 m de Muschelkalk dans la vallée de l'Eichel, donne une eau à près de 1 g Cl~/1, alors que le forage de Diemeringen, qui débute dans le toit des G.I. T. (Grès à Voltzia) et situé à peine à 2 km en amont du précédent dans la même vallée de l'Eichel a donné 5 mg Cl~/1 dans la masse des grès (Conglomérat Principal et début des Grès Vosaiens) , et 25 ma Cl /l dans les Couches Intermédiaires . Au droit de ce forage, profond de 250 m, la aéophysique indique un conducteur dans la moitié inférieure des G.I.