Memoire Online - Prospection par la méthode hélio magnétotellurique le long d'un profil dans le bassin sédimentaire de Mamfe

Le but de l'interprétation et de l'exploitation de ces données est de déterminer le modèle géologique correspondant au sous-sol étudié. Pour y parvenir plusieurs représentations graphiques de ces données sont nécessaires.

III-1- INTERPRETATION DES DONNEES HMT Elle consiste à tracer les différentes courbes suivantes.

La courbe de sondage caractérise les variations des résistivités apparentes à la verticale d'une station de mesure. Son interprétation permet de déterminer le nombre de couches, la résistivité de chacune d'elles et ainsi que les épaisseurs correspondantes. La courbe de sondage est à la base des interprétations en MT, on l'obtient à l'aide des logiciels d'inversion 1-D. Nous aurons suivant le logiciel utilisé en abscisse les fréquences ou les racines carrées des périodes tandis que en ordonnées seront placées les résistivités apparentes correspondantes.

Le profil de résistivité représente les mesures effectuées à une même fréquence le long d'un profil et caractérise la variation latérale de la résistivité à la fréquence étudiée. On l'obtient en plaçant en abscisse les projections des stations et en ordonnée les valeurs moyennes des résistivités apparentes obtenues après le traitement manuel des mesures brutes.

Le profil de résistivité permet d'observer les zones de discontinuité et les accidents tectoniques.

Elle est réalisée à partir de la courbe de sondage et montre la disposition des différentes couches suivant le profil étudié. Lorsque le rapprochement est fait avec la géologie au point d'assimiler chaque terrain à une couche géologique, on obtient alors la section géologique suivant le profil étudié.

III-2- EXPLOITATION DES DONNEES HMT

Elle consiste à analyser les différentes courbes obtenues à l'interprétation et à déduire ensuite le modèle géologique correspondant. Avant d'y arriver, présentons d'abord notre profil d'étude.

Le profil (fig. III-1) suivant lequel ont été éffectués les sondages HMT a une longueur de 37 Km et est constitué de 5 stations : Ndwap (A1), Esagem2 (A2), Kesham (A3), Baku (A4) et Eshobi (A5). Il est orienté sensiblement suivant la direction N120°E et se trouve d'après la carte géologique de la région sur des formations sédimentaires.

Les mesures HMT ont été effectuées le long de ce profil suivant deux directions orthogonales N-S et E-W, mais seules les mesures prises suivant la direction N-S seront interprétées dans le cadre de ce travail parce que les mesures dans la direction E-W sont dispersées (Nouayou, 2005). La dispersion des mesures trouve souvent son

origine dans la mesure des composantes horizontales du champ électrique (Jones, 1998) ; en effet, la différence de potentiel (d.d.p) mesurée entre les électrodes ne représente pas la valeur exacte de la composante du champ électrique mesuré à cause de la présence des charges au voisinage de la surface de la terre ou à cause de l'inhomogénéité latérale des couches. Ces charges qui sont sans conséquence sur la phase de l'onde EM, ont néanmoins des conséquences plus élevées dans le mode transverse magnétique (TM) que dans le mode transverse électrique (TE) (Jones, 1988). Par contre, la contamination des roches par des matières d'origine organique a une influence sur la phase de l'onde EM aux basses fréquences (Olhoeft, 1985).

Sites	Ndwap	Esagem2	Kesham	Baku	Eshobi
Latitudes (°N)	5,935	5,876	5,85	5,800	5,785
Longitudes (°E)	9,063	9,197	9,291	9,306	9,359
Altitudes (m)	100	50	80	89	124
Distances inter- stations (Km)	0	16,2	26,2	31	37

Les courbes de sondage ont été tracées à l'aide du logiciel d'inversion 1-D AMTINV version 1.4 créé en 2006 par le finlandais Markku Pirttijärvi, du Département de Géoscience de l'Université de Oulu (Finlande). Ce logiciel prend en entrée trois types de fichiers.

- Le premier fichier est un fichier d'extension *.DAT ; c'est un fichier qui contient le nom de la station et ainsi que les données à interpréter (fréquences, résistivités et phases correspondantes). Il peut prendre jusqu'à trente fréquences.

- Le deuxième fichier est un fichier d'extension *.INP et contient le modèle proposé pour l'interprétation de la courbe de sondage. Le modèle proposé doit avoir un maximum de six couches.

- Le troisième fichier est un fichier d'extension * .DIS ; il permet de paramétrer l'affichage de la courbe à l'écran. Afin d'avoir une bonne forme de la courbe, les valeurs introduites dans ce fichier doivent tenir compte d'une part, de la gamme des valeurs des résistivités et de la gamme des fréquences utilisées d'autre part.

- Les courbes de sondage obtenues peuvent selon les utilisations ultérieures, être directement sauvegardées sous cinq formes de fichier : les fichiers de type PS, EPS, PDF, WMF et GIF. Dans le cadre de ce travail nous avons choisi de sauvegarder nos courbes en fichier GIF.

A la fin de l'interprétation, le modèle retenu est sauvegardé dans un fichier d'extension *.INP tandis que les données peuvent être sauvegardées dans un fichier d'extension *.OUT.

Ce logiciel comporte une option d'optimisation qui permet d'améliorer la superposition de la courbe théorique à la courbe expérimentale et affiche de ce fait l'erreur correspondant à cette superposition. Il donne aussi en la station étudiée une représentation verticale de la variation de la résistivité avec la profondeur.

Il faut noter ici que, malgré le fait qu'il est important d'avoir la plus petite erreur de superposition possible, ce paramètre n'est guère suffisant pour retenir le modèle affiché à l'écran. Il faut par exemple vérifier que l'allure de la courbe obtenue en utilisant les résultats affichés à l'écran est la même que celle obtenue après le traitement manuel.

Ndwap (fig. III-3), située à l'extrémité Nord-Ouest du profil présente un `LHLH' avec un terrain à 5 couches et une deuxième couche très résistante (274 Lm) et d'une épaisseur de 434 m.

La troisième couche est la plus conductrice (19 Lm) et a une épaisseur d'environ 337 m ; cette couche pourrait de part sa faible résistivité, regorger des ressources naturelles telle que l'eau. La fin de la courbe de sondage est marquée par une légère remontée des valeurs de la résistivité et laisse ainsi croire que l'on avoisine le socle. La profondeur explorée est d'environ 2383 m.

La station Esagem 2 (Fig. III-4) présente un terrain à 5 couches. Elle est caractérisée par un sous-sol assez conducteur (résistivités inférieures à 45 Lm) avec une particularité pour la première couche d'être la moins épaisse et la plus conductrice. On observe entre la quatrième et la cinquième couche, un contraste de résistivité d'environ 25 Lm. Ce contraste de résistivité peut paraître insignifiant, mais en remarquant que cette station se trouve sur des formations sédimentaires et

proche en plus de la Cross River, on croire que nous avoisinons déjà les formations plus résistantes.

Kesham (Fig. III-5) présente des sédiments d'une épaisseur de l'ordre de 1710 m, pour une profondeur d'investigation d'environ 2580 mètres. La quatrième couche est la plus conductrice (171 Lm) avec une épaisseur de 892 m.

On observe au voisinage de la surface et à environ 800 mètres, la présence d'un matériau très résistant (1456 Lm). On peut dès lors déjà penser à une remontée vers la surface des matériaux venant des profondeurs de la terre.

Le fort contraste de résistivité d'environ 1600 m observé entre la quatrième et la cinquième couche, montre que les effets du socle granito-gneissique se font ressentir. On peut penser que le socle a été atteint en cette station.

La station Baku (Fig. III-6), a sa troisième couche plus conductrice (31 Lm) et moins épaisse que les autres ; la représentation verticale de la structure du sol proposée par le logiciel pour cette station nous permet de bien observer cela. Cette troisième couche pourrait elle aussi regorger des ressources naturelles.

La représentation verticale de la structure nous permet aussi de constater que la deuxième et la dernière couches ont des résistivités très voisines et seraient alors constituées du même matériau. On peut ainsi penser à une remontée vers la surface du matériau venant de la dernière couche.

La profondeur d'investigation est d'environ 2812m. Le fort contraste de résistivité observé entre les deux dernières couches nous fait penser que nous avoisinons le socle.

La courbe de sondage de cette station est un `HLH'. Les résistivités des différentes couches ont des valeurs supérieures ou égales à 100 m et montrent ainsi que la station Eshobi est située sur un sol résistant.

La fin de la courbe, marquée par une pente avoisinant les 40% montre que le socle a été atteint. La profondeur d'investigation est d'environ 6000 m.

Afin de mieux apprécier les variations latérales des résistivités suivant notre profil, nous avons subdivisé les fréquences en trois gammes:

- Les hautes fréquences, comprises entre 45 Hz et 183 Hz (fig. III-8) et correspondant aux couches superficielles.

- Les moyennes fréquences, comprises entre 10 Hz et 34 Hz (fig. III-9) et correspondant aux couches moyennement profondes.

- Les petites fréquences, comprises entre 1 Hz et 8 Hz (fig. III-10) et correspondant aux couches profondes.

Pour cette première gamme, nous remarquons entre les stations A1 et A2, une chute progressive des valeurs de la résistivité ; ces valeurs passent de 145 m à pratiquement 5 m. Cette chute progressive est suivie d'une remontée brusque lorsqu'on passe de A2 à A3 (où les résistivités atteignent 700 Lm) puis, d'une deuxième chute brusque entre A3 et A4. Ces observations présagent des discontinuités entre chacune de ces stations.

Entre les stations A4 et A5, les résistivités sont constantes sauf pour la fréquence de 182 Hz où l'on observe une légère augmentation qui se manifeste par le fait que la courbe de profilage correspondant à la fréquence de 182 Hz coupe les autres. On peut penser à une faille entre ces deux stations. Cette représentation ne peut pas pour l'instant nous permettre de conclure avec exactitude sur le type d'anomalie existant entre ces stations.

Tout comme pour la gamme des hautes fréquences, nous remarquons une décroissance des valeurs de la résistivité entre les stations A1 et A2. Cette décroissance est suivie d'une remontée brusque entre A2 et A3 avec des résistivités qui avoisinent les 550 m. Une chute des résistivités est également observée entre les stations A3 et A4 où les résistivités passent de 550 m à environ 140 m. La différence avec la gamme des hautes fréquences se situe entre les stations A4 et A5 où la variation latérale de type faille est plus visible.

Une observation analogue des variations latérales de résistivité est faite pour cette gamme de fréquence lorsqu'on passe de A1 à A2 puis de A2 et A3.

Entre A3 et A4, la chute des valeurs de la résistivité est accompagnée d'un brassage des différentes courbes de profilage au voisinage de la station A4. La remontée des courbes de profilage entre les stations A4 et A5 est plus significative que pour toutes les autres gammes de fréquences. Elle est accompagnée du croisement des courbes de profilage que l'on peut observer au voisinage de la station A4. Cette observation vient corroborer les prévisions faites pour les autres gammes de fréquences.

Prospection par la méthode hélio magnétotellurique le long d'un profil dans le bassin sédimentaire de Mamfe

CHAPITRE III

III-2- EXPLOITATION DES DONNEES HMT