BRGMinfoterre.brgm.fr/rapports/RR-38571-FR.pdf · 2007-12-04 · - 1 enregistreur sismique numérique ABEM Terralo c MKIII, 24 traces, - 1 enregistreur sismique numérique BRGM SM24

BRGM L'ENTREPRISE AU SERVICE DE LA TERRE

6o ( ,o^6 ^

x>*°

projet HYCOSI

reconnaissance par méthodes géoélectrique etsismique

réfraction du glissement de terrain des Prés Moureaux

à Salins-les-Bains (Jura)

J.-M. Baltassat P. Charbonneyre

août 1995 R 38571

numéro de référence 9300500502

BRGM DIRECTION G É N É R A L E

Département Géophysique Appliquée B.P. 6009 - 45060 ORLEANS CEDEX 2 - France - Tél. : (33) 38.64.34.34

Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains

Mots clés : géophysique, sismique réfraction, sondage électrique, traîné électrique, glissement de terrain, Salins-les-Bains (Jura).

E n bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

B A L T A S S A T J . M . , C H A R B O N N E Y R E P . (1995) - Projet H Y C O S I . Reconnaissance par méthodes géoélectrique et sismique réfraction du glissement de terrain des Près Moureaux à Salins-les-Bains (Jura). Rapport B R G M R 38571, 17 p., 5 fig., 1 pi., 3 ann.

© B R G M , 1995, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l'autorisation expresse du BRGM.

Rapport BRGM R 38571


RÉSUMÉ

Dans le cadre du projet H Y C O S I , le Département de Géophysique Appliquée du B R G M a réalisé une reconnaissance par sismique réfraction, sondages et traîné électriques sur le site du glissement de terrain des Prés Moureaux à Salins-les-Bains (Jura). L'objectif de la reconnaissance est d'aider à la compréhension de la structure de ce glissement de terrain.

Les principaux résultats sont:

- la mise en évidence d'un substrat attribué a priori au terrain en place, - l'approfondissement du substratum qui semble se développer au centre de la zone d'étude selon

un axe suivant les lignes de pente, - le passage à l'ouest à un substrat plus compact qui pourrait être attribué à des calcaires.

U n e série de forages est proposée pour contrôler ces résultats et fournir des étalonnages pour l'interprétation des sondages électriques.

Rapport BRGM R 38571 3


TABLE DES MATIÈRES

RÉSUMÉ 3

INTRODUCTION 6

1. MÉTHODES ET MOYENS 8

1.1. Méthodes géophysiques 8

1.2. Moyens mis en oeuvre 8

1.2.1. Personnel 8 1.2.2. Matériel 8

1.3. Travaux réalisés 9

1.3.1. Méthode géoélectrique 9

1.3.2. Sismisque réfraction 9

2. RÉSULTATS DE LA PROSPECTION GÉOÉLECTRIQUE 10

3. RÉSULTATS DE LA PROSPECTION PAR SISMIQUE RÉFRACTION 15

4. SYNTHÈSE DES RÉSULTATS 16

CONCLUSION 17



LISTE DES FIGURES

Fig. 1 - Situation de la zone d'étude. Echelle 1/25 000 7 Fig. 2 - Carte de résistivité apparente A B = 6 0 m 11 Fig. 3 - Carte de résistivité apparente A B = 1 2 0 m 12 Fig. 4 - Coupe sismique interprétative des bases E 8 et E 9 et coupe géoélectrique

entre SEI et SE5 13 Fig. 5 - Coupe sismique interprétative des bases E 6 et E 7 et coupe géoélectrique

entre S E 10 et S E 19 14

LISTE DES PLANCHES

Planche 1 - Cartographie des profondeurs du réfracteur principal.

LISTE DES ANNEXES

Annexe 1 - Coupes sismiques interprétatives des bases El à E5 et M l à M 8 Annexe 2 - Sondages électriques SEI à SE20 Annexe 3 - Coupe géologique SS3.


Reconnaissance géophysique d'un glissement de tenain à Salins-les-Bains

INTRODUCTION

Dans le cadre du projet de recherche H Y C O S I , la Direction de la recherche du B R G M a demandé au Département de Géophysique Appliquée de réaliser la reconnaissance par sismique réfraction et par méthodes géoélectrique du site du glissement de terrain des "Prés Moureaux" à Salins-les-Bains (Jura).

Le site d'étude est le versant S d'une petite montagne culminant par une barre calcaire sur laquelle est établit le Fort Belin (fig. 1). Le versant est constitué a priori de marnes et domine l'hôpital de L a Beline. Des investigations géologiques et géotechniques antérieures, réalisées à proximité de l'hôpital, ont montré que, sur une épaisseur de cinq à dix mètres, une couverture de terrains meubles comprenant des marnes altérées, argiles et limons avec ou sans blocs calcaires et des éboulis à matrice argileuse recouvraient un substrat de m a m e compacte avec blocs calcaires.

Les objectifs de la reconaissance sont :

- de déterminer la profondeur du substrat des séries meubles, en place et pouvant correspondre au toit des marnes saines,

- de localiser d'éventuelles zones d'éboulis intercalées dans les séries meubles, - de mettre en évidence toute autre structure importante participant à l'organisation de ce

versant.



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•fei" "^^ÄIÄ^^Ä^^^^ Fig. 1 - Situation de la zone d'étude. Echelle 1/25 000



1. MÉTHODES ET MOYENS

1.1. MÉTHODES GÉOPHYSIQUES

L a reconnaissance par sismique réfraction est destinée, en particulier, à déterminer les profondeurs du substrat compact et les structures qui l'affectent. Ce substrat devrait constituer le réfracteur principal étudié. Les vitesses sismiques mesurées sont une indication de la compacité et de la nature des terrains en présence.

Des niveaux de faible vitesse sous jacents à des couches plus rapides ne peuvent être étudiés, par principe en sismique réfraction. L a mise en évidence d'éboulis peu compactés et/ou aérés intercalés dans des marnes et argiles ne pourra donc être réalisée.

Les sondages électriques permettent de déterminer la distribution verticale des résistivités sous le point de mesure. Ils permettent de mettre en évidence la succession verticale des différents terrains à condition que ceux-ci présentent des résistivités contrastées. Ils sont destinés à localiser d'éventuels niveaux d'éboulis aérés, résistants par rapport à un environnement d'argile ou de marne conducteur mais également, à mettre en évidence un éventuel substrat calcaire, résistant sous une couverture à prépondérance argilo-marneuse, conductrice.

Les mesures électriques le long de profils (traîné électrique) permettent de déterminer la distribution horizontale des résistivités à une profondeur globalement constante pour une longueur de ligne A B donnée. Elles visent à mettre en évidence les éventuelles zones d'éboulis, résistantes dans un environnement argilo-marneux, conducteur. Toutefois, il est probable que la résistivité d'un éboulis lié par une matrice argileuse soit peu supérieure à la résistivité des marnes, argiles ou limons et que sa mise en évidence soit difficile.

1.2. MOYENS MIS EN OEUVRES

1.2.1. Personnel

- 1 géophysicien de D G A pour les mesures de sismique réfraction, - 1 géophysicien de S G N / U P E pour les mesures géoélectriques, - 1 boutefeu de la société Nobel explosif, - 4 manoeuvres,

1.2.2. Matériel

- 1 enregistreur sismique numérique A B E M Terraloc MKIII, 24 traces, - 1 enregistreur sismique numérique B R G M S M 2 4 , 24 traces, - 1 flute sismique, 24 traces, intertrace 5 m , - 30 géophones, - 15 kg de dynamite, - 50 détonateurs,



1.3. TRAVAUX RÉALISÉS

1.3.1. Méthode géoélectrique

Les mesures de résistivité apparente ont été réalisées le long de profils (méthode du traîné électrique) selon deux dispositifs quadripoles de longueur différente :

- A B = 60 m , M N = 1 0 m : environ 260 points, - A B = 1 2 0 m , M N = 2 0 m : environ 90 points.

Quinze sondages électriques de longueur de ligne A B inférieure ou égale à 200 m ont été mesurés. Les sondages SE8, SE9 , SE11, SE12 et SE13 figurants sur le plan géomètre n'ont pas été réalisés.

1.3.2. Sismique réfraction

Neufs bases sismiques de 100 m de long ont été mesurées en amont de la voie communale n° 63 avec utilisation d'explosifs c o m m e source des ondes sismiques.

E n aval de la voie communale, du fait de la proximité de l'hôpital, d'autres habitations et des voies de circulation l'explosif n'a pu être utilisé. Deux bases de 60 m et six bases de 120 m (1 base de 120 m est l'équivalent de deux bases de 60 m ) ont été mesurées en utilisant un marteau c o m m e source.

L'espacement entre géophone est de 5 m , resserré à 2.5 m à proximité des points de tir. D e trois à cinq tirs ont été réalisés par base suivant les contraintes du terrain.



2. RÉSULTATS DE LA PROSPECTION GÉOÉLECTRIQUE

Les deux cartes de résistivité apparente établies par mesure de traîné électriques en A B = 6 0 et 120 m (fig. 2 et 3) montrent des variations de résistivité relativement faibles. Les valeurs observées sont comprises entre 8 et 45 o h m . m en A B = 6 0 m et entre 12 et 31 o h m . m en A B = 1 2 0 m . Ces valeurs correspondent bien aux résistivités attendues pour des marnes et des argiles.

U n e augmentation générale de la résistivité est toutefois observée dans la partie E de la zone étudiée (plage de valeur supérieures à 25 o h m . m ) . Il y a d'autre part une tendance à la baisse globale de la résistivité avec la profondeur (résistivités plus faibles sur la carte en A B = 1 2 0 m comparativement à la carte en A B = 6 0 m ) et à une homogénéisation avec la profondeur (fourchette de résistivité plus réduite sur la carte A B = 1 2 0 m ) .

L'analyse des sondages électriques permet d'esquisser un modèle global assez cohérent sur la zone couverte par les sondages S E I à S E 1 0 (à l'exception du S E 5 ) et SE19 , SE20 ( figures 4 et 5). C e modèle fait intervenir deux ensembles :

- entre 0 et 12 à 25 m de profondeur une série de couches d'épaisseur et de résistivité (comprise entre 12 et 95 o h m . m ) variables,

- au dessous, une couche de résistivité inférieure et plus constante (de 6 à 15 o h m . m ) .

Par comparaison avec la coupe SS3 (annexe 3), il est raisonnable, au vu de la géométrie (succession et épaisseur des différents niveaux), d'attribuer globalement le premier ensemble aux formations déplacées et la couche conductrice inférieure aux "Marnes saines, compactes avec blocs calcaires" telles que définies sur la coupe SS3 . Toutefois, le sondage S E 7 (cf. annexe 2) qui recoupe SS3 n'est pas cohérent avec ce modèle: les faibles résistivités sont observées sur le sondage électrique dès 5 m de profondeur alors que le toit des marnes saines s'établit à environ 13 m , sur la coupe SS3 .

E n fait, les plages de résistivité caractérisant les deux ensembles se chevauchent et il est probable que le toit de la couche conductrice définie par sondage électrique s'établisse en partie au toit des marnes et en partie à l'intérieur des formations glissées. Autrement dit, il n'y a pas toujours de contraste de résistivité entre les marnes saines et leur couverture et la méthode électrique ne peut donc pas mettre en évidence cet interface dans tous les cas de terrain.

C e schéma est globalement cohérent avec les cartes de résistivité (homogénéisation et diminution de la résistivité en profondeur) et avec les données géologiques disponibles. Néanmoins, il ne s'applique ni à l'extrémité nord du site ni au SE5 où la présence d'une couche conductrice en profondeur n'est pas évidente.

Les variations de résistivité observées sur les cartes peuvent être dues à des variations de lithologie (augmentation de la teneur en bloc faisant augmenter la résistivité) dans les formations déplacées.


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SALINS-LES-BAINS

(Jura)

"Les Prés Moureaux"

CARTE DE RESISTIVITE APPARENTE

AB = 120 m Résistivités supérieures

à 25 o h m . m

Courbe d'isorésistivité

en o h m . m

20 40 m

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COUPE SISMIQUE INTERPRETATIVE DES BASES E8 ET E9

ET COUPE GEOELECTRIQUE ENTRE SE 1 ET SE 5

ECHELLE HORIZONTALE 1/1000

W

BASE E9

400

2750

COUPE SISMIQUE INTERPRETATIVE

2300

BASE E8

1300

2300

— 420

410

400

— 390

Réfracteur observé

— Réfracteur supposé

W

C O U P E GEOELECTRIQUE

2300 Vitesse sismique en m/s

—420

— 400

— 380

— 360

Interface majeur

1 5 Résistivité en ohm.m Fig. 4 - Coupe sismique interprétative des bases E 8 1 E 9 et coupe géoélectrique entre SEI et SE5



COUPE SISMIQUE INTERPRETATIVE DES BASES E6 ET E7 ET COUPE GEOELECTRIQUE ENTRE SE 19 ET SE 10

ECHELLE HORIZONTALE 1/1000

W

BASE E7

~8~5T3—

1200

3000 2300

H0 0 .

BASE E6

1300

:300

3SE

430

- 4 2 0

410

400

COUPE SISMIQUE INTERPRETATIVE Réfracteur observé

Réfracteur supposé

W

2300 Vitesse sismique en m/s

SE 10 r 80

34

10

45

SE 19 • i

32

70

20

- 420

400

380

— 360

COUPE GEOELECTRIQUE Fig. 5 - Coupe sismique interprétative des bases E 6 et E 7 et coupe géoélectrique entre SE10 et SE19. Interface ma jeu r

Rapport BRGM R 38571 2 0 Résistivité e n o h m . m

14


3. RÉSULTATS DE LA PROSPECTION PAR SISMIQUE RÉFRACTION

L'analyse des enregistrements sismiques conduit à définir sur l'ensemble de la zone étudiée trois terrains caractérisés par leur vitesse sismique, v, soit, de la surface vers la profondeur :

- un terrain superficiel caractérisé par des vitesses comprises entre 200 et 850 m / s , - un terrain intermédiaire caractérisé par des vitesses comprises entre 800 et 1400 m / s , - le réfracteur principal caractérisé par des vitesses comprises entre 2000 et 3000 m / s .

Les vitesses comprises entre 200 et 1400 m / s correpondent à des terrains très meubles et décompactés (v<400 m / s ) à moyennement compactés (v >1000 m/s ) et pourraient correspondre à des terrains déplacés, plus ou moins compacts suivant la désorganisation qu'ils ont subis. Toutefois, les valeurs supérieures à 1000 m / s pourraient également correspondre à des marnes altérées, en place.

Les vitesses supérieures à 2000 m / s indiquent des terrains indurés et peuvent a priori n'être attribuées qu' à des terrains en place. Les valeurs comprises entre 2000 et 2500 m / s que l'on observe sur l'ensemble des bases correspondent bien aux valeurs attendues pour des marnes moyennement indurées, saines ou peu altérées. Les valeurs de 2750 et 3000 m / s observées sur les parties W des bases E 7 et E 9 ( figures 4 et 5) indiquent une plus grande induration ou une moindre altération. Des calcaires altérés peuvent présenter des vitesses de cet ordre de grandeur.

Le réfracteur principal est défini sans ambiguité sur l'ensemble des bases réalisées au m o y e n de la source explosive et les variations de sa profondeur par rapport au terrain naturel est cartographiée dans la zone située en amont de la voie communale (planche 1).

O n observe un approfondissement du réfracteur principal au centre de la zone d'étude. Bien que l'emprise de la reconnaissance soit insuffisante pour clairement définir ses limites, il semble que cet approfondissement se développe selon un axe N S , suivant les lignes de pente, pour trouver son m a x i m u m (12 m ) en aval, à proximité de la voie communale. Deux seuils apparaissent, au croisement des dispositifs El et E 3 et à l'extrémité S du dispositif E 4 .

Dans la zone étudiée au moyen de la source marteau, soit en aval de la voie communale le réfracteur est défini de manière moins sûre c o m m e le montre les coupes interprétatives des dispositifs M l et M 6 (cf. annexe 1). Toutefois sa profondeur et sa vitesse ont été déterminées sur la totalité des bases avec une cohérence certaine. Les profondeurs sont inférieures à celles observées dans la zone amont et très constantes (5 m plus ou moins 2 m ) . Les zones où le réfracteur est situé à moins de 3.5 et plus 5.5 m sont figurées sur la planche 1. Elles ne montrent pas d'organisation particulière et aucune structure n'est mise en évidence.



4. SYNTHÈSE DES RÉSULTATS

Les contours isobathes du toit du réfracteur principal (planche 1) montrent quelques similitudes avec les contours des zones de résistivité élevée des cartes des figures 2 et 3, à l'ouest principalement. L'anomalie résistante globalement axée sur les sondages S E 5 et S E 10 recoupe en partie la zone d'approffondissement maximale du réfracteur principal dessinée par l'isobathe 9 m .

O n peut envisager que la zone d'approfondissement est une façon de chenal constitué d'une plus forte proportion de matériaux grossiers. Ces derniers de composition calcaire, électriquement résistants provoqueraient une augmentation de la résistivité des terrains. Toutefois la corrélation est faible et cette hypothèse nécessite un contrôle par forage.

Le réfracteur principal s'établit à moins de 12 m de profondeur en amont de la voie communale et à moins de 7 m en aval alors que le toit du marqueur électrique conducteur est déterminé entre 12 et 25 m (fig. 4 et 5). Ces deux interfaces majeurs sont donc a priori différents. Considérant les vitesses qui le caractérisent, le réfracteur principal correspondrait au terrain en place mais l'attribution géologique d'un niveau conducteur situé à une dizaine de mètre plus profond est alors problématique.

L'interprétation de sondages électriques sans étalonnage peut conduire aisément à des erreur de détermination en profondeur de l'ordre de 100 %. Aussi, il est inutile de pousser plus avant l'interprétation des observations géophysiques.

Des forages sont proposés qui permettront de contrôler la nature des structures mises en évidence et d'étalonner les mesures géophysiques :

- au niveau des sondages S E 2 ou S E 3 afin de déterminer la nature du terrain responsable de l'augmentation de la vitesse du réfracteur, de contrôler la remontée du réfracteur, de fournir un étalonnage pour l'interprétation des sondages électriques ;

- au niveau du sondage S E 5 afin de contrôler l'approfondissement, déterminer la nature du remplissage et fournir un étalonnage ;

- au niveau de S E 17 et du croisement des dispositifs El et E 3 afin de vérifier la présence du seuil et fournir un étalonnage ;

- entre S E 2 et S E 15 afin de contrôler la remontée du réfracteur à Î W ; - au niveau des bases M 2 ou M 3 afin de contrôler la profondeur et la nature du réfracteur.

Tous les forages devront présenter une profondeur 1.5 fois supérieure à la profondeur de l'objectif visé.



CONCLUSION

L a reconnaissance par sismique réfraction sur le site des "Prés Moureaux" a permis de mettre en évidence sur l'ensemble de la zone d'étude un réfracteur situé entre 3 et 12 m de profondeur et attribué a priori au substrat de marnes saines, en place.

L a reconnaissance par sondage électrique révèle, sur une partie du site seulement et plus profondément (entre 12 et 25 m de profondeur) un niveau conducteur dont l'interprétation est problématique.

Les cartes de résistivité ne mettent en évidence aucune anomalie résistante marquée qui pourrait être attribuée avec assurance à une zone d'éboulis. Les faibles anomalies résistantes observées sont toutefois corrêlées en partie avec la zone principale d'approfondissement du réfracteur principal.

Les principales structures observées sont cet approfondissement qui semble se développer au centre de la zone d'étude selon un axe suivant les lignes de pente et le passage à l'ouest à un substrat plus compact qui pourrait être attribué à des calcaires.

U n e série de forages est proposée pour contrôler ces résultats et fournir des étalonnages pour l'interprétation des sondages électriques.



ANNEXES



ANNEXE I

Coupes sismiques interprétatives des bases E1 à E5 et M1 à M 8


LEGENDE DES

COUPES SISMIQUES INTERPRÉTATIVES

Réfracteur observé

Réfracteur supposé

Vitesse sismique en m / s

Echelle

10 m

10m

s N

LU Q 3

480 —

470 -

4 6 0 -

-

450 -

—

430-

420-

260

E3 E2 1 i

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BASE E1

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4 3 0 -

420 —

410

BASE E2

w E

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460

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1200

2300

BASE E3

s N

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BASE E4

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400

390 -A

BASE E5

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390

380-

370-

360

350-

340-

330-

BASE M1

w

400 —

340 -

BASE M2

w E

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380

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360-

350-

340-

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H

BASE M3

w E

LU O Z)

380

370

360

350

340

330

320

Y UU

1350

_ 500 1375

M8 I

475 900

2250

"525 1300

^ 800.

1375

BASE M4

w E

380 —

370 —

360

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340

330-

320-

BASE M5

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3 7 0 -

3 6 0 -

M 8

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1100

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2000 2100 2200

330-

320-

3 1 0 -

BASE M6

w

380

370

360—

LU Q Z> 1-t= 350

3 4 0 -

3 3 0 -

320

BASE M7

w E

380

370 -

360 -

LLI Û Z) b 350

340 -

330

320 -

BASE M8


ANNEXE 2

Sondages électriques SE1 à SE20


SALINS

N

e ri

Q

Resistí vi te (ohm.m) oo

34

90

&

000

000

000

Profondeur (m)

0.000

10.000

12.000

30.000 90.000

SEI

O B / 2

* BRGM/GPH * GRIVEL * S c h 1 umberger

SALI

N e

Resistí vi te (ohm.m)

42

90

9

0 00

000

0 00

Profondeur (m)

0.00 0

13 .000

16.000

75.000 40.000

SE2

0

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* BRGM/GPH * GRIVEL * Schlumbe rge r

SALINS

N e

o

e

Resist i vi te (ohm. m) oo

50.000

15.000

Profondeur (m)

0.000

3 .000

15 .000

SE3

ABX2

* BRGM/GPH * GRIVEL * Schi umberger

SALINS LES BAINS 39

(M

e

e Tí

Re si sti vi te (ohm.m) oo

36

18

24

52

000

000

000

000

14.000

Profondeur (m)

0.000

1 .400

1 .800

6.000

16.000

SE 4

> i i i i i

A B / 2

* BRGM/GPH * GRIVEL * Schiumbe rger

S A L I N S L E S B A I N S 39

SES

0

ABy-2

* B R G M / G P H * G R I V E L * Se h 1 uffibe rgsr

SALINS LES BAINS 39

G

© 3


36

12

20

40

000

.000

.000

000

9 .000

Profondeur (m)

0.000

0.900

4.300

15.000

29 .000

SES

«6X2

* BRGM/GPH * GRIVEL # Se niumbe rqer

SALINS LES BAINS 39

SE 7

(S

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I I 1 I i

1

I I t I I 1 1 I < I I

10

I I I I J

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10

ftB/2

* BRGM/GPH * GRIVEL * Se hlumbe rqer

e


24.000

80.000

32 . 000

10.000

45.000

Profondeur (m)

0.000

2.600

9.000

26.000

55.000

SE 10

ABX2

* BRGM/GPH * GRIVEL * Schlumberger

SALINS-LES-BAINS 39

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SALINS LES BAINS 39

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SALINS LES BAINS 39

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Reconnaissance géophysique d'un glissement de tenrain à Salins-les-Bains

ANNEXE 3

Coupe géologique SS3


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COUPE GEOLOGIQUE DU SITE DE LA BELINE SS 5

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Documents

BRGMinfoterre.brgm.fr/rapports/RR-38571-FR.pdf · 2007-12-04 · - 1 enregistreur sismique numérique ABEM Terralo c MKIII, 24 traces, - 1 enregistreur sismique numérique BRGM SM24