2D Electrical Resistivity Tomography (ERT) Survey using the Multi-Electrode Gradient Array at the Bosumtwi Impact Crater, Ghana

The 10.5 km diameter Bosuntwi impact crater in Ghana is occupied by a lake of about 8.5 km in diameter. The multi-electrode gradient array has been used to carry out 2D electrical resistivity tomography (ERT) survey at different locations around the crater. The 2 m take-out cable of the ABEM LUND Resistivity Imaging System was modified to function as a 5 m take-out. 2D electrical resistivity survey was carried out along six (6) radial profiles running from the shore of the lake towards the crater rim. The least-square inversion technique was used to invert the topographically corrected data. The area extending from the lake shore towards the crater rim contains essentially three formations: the low resistivity regions from the shore of the lake towards uphill with resistivities < 64 W.m representing the lake sediments; the moderately high resistivity regions with values between 128 and 200 W.m interpreted as impact related breccias such as dikes, allochthonous or parautochthonous depending on their geometries; lastly, the model clearly differentiates the resistive basement metamorphic rocks of resistivities > 128 W.m from the lake sediments and the breccias due to their geometry and lateral extent. The ERT models allowed us to locate faults and fractures and also the thickness of the post impact lake sediments and the breccias. The results showed that the cables take-outs of the multi-core cable can be modified to suit the requirements of a particular survey thus highlighting the utility of this technique in impact cratering studies and geo-electrical imaging studies in general. Keywords: impact crater, target rock, electrical resistivity tomography (ERT), multi-electrode gradient array, roll-along techniqu

Axysimetrical water infiltration in soil imaged by non-invasive electrical resistivimetry

Axisymetrical infiltration of water in soil has been largely studied since the of tension disc infiltrometers. Procedures have been developed to derive the hydraulic properties of soils from axisymetrical infiltration measurements but rely some simplifying and/or a priori assumptions on the homogeneity of the soil from point of view of its hydraulic properties and its initial water status prior to Such assumptions are difficult to ascertain. We present here an attempt to image in vertical 2D plane the development of the axisymetrical infiltration bulb in soils using Bi-dimensional images of the soil electrical resistivity were obtained at various during the infiltration process by inverting apparent electrical resistivity taken by a 32-electrodes Wenner array with a 10 cm spacing laid across a diameter of the infiltrometer. The inversion was done using the Res2Dinv software. The infiltration experiments used either a CaCl2 or a KBr solution at 40 g/Litre to enhance the soil electrical resistivity contrast, and either 8-cm or 25-cm diameter disks. Most of the infiltration experiments were done at one single water potential (-0.1 kPa) and lasted 3.5 to 5 hours. A multipotential experiment was conducted as classically done to derive hydraulic conductivity values according to Reynolds & ElrickŠs method. At the end of each experiment, the soil was sampled for Cl or Br concentrations on the 2D plane corresponding to the resistivity measurements. Electrical resistivity measurements provided clear images of the infiltration bulb allowed the user to monitor the development of the infiltration bulb through time. The infiltration bulb imaged by resistivimetry at the end of the infiltrations matched well that imaged from the anion concentrations in soil. Some geometrical of the infiltration bulb could be seen both through resistivity and anion measurements and were consistent between both imaging methods. High- geophysical imaging of water infiltration in field soils seems a fruitful approach to development of efficient methods for the hydraulic characterisation of soils

Evaluating Ground-Penetrating Radar use for water infiltration monitoring

International audienceGround-Penetrating Radar (GPR) was tested to monitor water infiltration in sand. Water was injected down an 81 cm long tubed hole, with a piezometer recording the depth of water and a tap valve used to adjust it to 15 cm ± 2 cm above the bottom of the tube. During the 20 minutes of infiltration a GPR system recorded a trace every second with its transmitter and receiver antennae at a fixed offset position on the surface. The signal, enhanced by differential correction, allows for tracing the evolution of top and bottom limits of the water bulb in space and time. Comparison with hydrodynamic model of the infiltration process and simulated radargrams prove that the GPR reflections trace the wetting front and the saturation bulb. A quantified estimation of the evolution of the top border of the wetting zone is provided

A 36 ka environmental record in the southern tropics : Lake Tritrivakely (Madgascar) (Un enregistrement de l'environnement depuis 36 ka en zone tropicale sud : le lac Tritrivakely (Madagascar)).

The upper 13 m of a 40 m-long sedimentary profile core taken in a crater lake on the Malagasy Plateau reveals 36,000 yrs of hydroclimatic evolution. A shallow lake occupies the core site from ≃35 to ≃19 ka BP under climatic conditions cooler than today. The water table is very low and biological productivity extremely reduced during the Last Glacial Maximum. A large warming was initiated at ≃14.5 ka BP. The modern bog establishes about 4 ka ag

The Ponto-Caspian basin as a final trap for southeastern Scandinavian Ice-Sheet meltwater

This paper provides new data on the evolution of the Caspian Sea and Black Sea from the Last Glacial Maximum until ca. 12 cal kyr BP. We present new analyses (clay mineralogy, grain-size, Nd isotopes and pollen) applied to sediments from the river terraces in the lower Volga, from the middle Caspian Sea and from the western part of the Black Sea. The results show that during the last deglaciation, the Ponto-Caspian basin collected meltwater and fine-grained sediment from the southern margin of the Scandinavian Ice Sheet (SIS) via the Dniepr and Volga Rivers. It induced the deposition of characteristic red-brownish/chocolate-coloured illite-rich sediments (Red Layers in the Black Sea and Chocolate Clays in the Caspian Sea) that originated from the Baltic Shield area according to Nd data. This general evolution, common to both seas was nevertheless differentiated over time due to the specificities of their catchment areas and due to the movement of the southern margin of the SIS. Our results indicate that in the eastern part of the East European Plain, the meltwater from the SIS margin supplied the Caspian Sea during the deglaciation until ∼13.8 cal kyr BP, and possibly from the LGM. That led to the Early Khvalynian transgressive stage(s) and Chocolate Clays deposition in the now-emerged northern flat part of the Caspian Sea (river terraces in the modern lower Volga) and in its middle basin. In the western part of the East European Plain, our results confirm the release of meltwater from the SIS margin into the Black Sea that occurred between 17.2 and 15.7 cal kyr BP, as previously proposed. Indeed, recent findings concerning the evolution of the southern margin of the SIS and the Black Sea, show that during the last deglaciation, occurred a westward release of meltwater into the North Atlantic (between ca. 20 and 16.7 cal kyr BP), and a southward one into the Black Sea (between 17.2 and 15.7 cal kyr BP). After the Red Layers/Chocolate Clays deposition in both seas and until 12 cal kyr BP, smectite became the dominant clay mineral. The East European Plain is clearly identified as the source for smectite in the Caspian Sea sediments. In the Black Sea, smectite originated either from the East European Plain or from the Danube River catchment. Previous studies consider smectite as being only of Anatolian origin. However, our results highlight both, the European source for smectite and the impact of this source on the depositional environment of the Black Sea during considered period

Hydrologie et géochimie isotopique du lac Masoko et de lacs volcaniques de la province active du Rungwe (Sud-Ouest Tanzanie)

Les lacs sont des réservoirs naturels potentiels d'eau douce. Réceptacles d'eaux météoriques ils ne sont plus systématiquement considérés aujourd'hui comme de simple pluviomètre. Véritables lieux de régulation et d'échanges, ils peuvent former des lieux de concentration, accumulateur et véhiculeur de pollutions ou à l'opposé, des milieux de décantation et de dilution favorables à la préservation de la ressource en eau. Cette thèse se focalise sur les aspects quantitatifs et qualitatifs de la réserve en eau douce potentielle du lac Masoko et d'autres lacs volcaniques du Sud Ouest tanzanien pour la plupart peu ou jamais étudiés. Ces travaux ont mis en évidence que, les niveaux et bilans de ces systèmes fermés, sont notamment régis par des échanges avec l'atmosphère positifs dont résultent d'importants flux souterrains et que ces lacs endoréiques, constituent des lieux de dilution. Ces hydro-systèmes présentent également divers degrés et types de minéralisation qui semblent en premier lieu, contrôlés par la contribution d'apports hydrothermaux aux lacs et secondairement par les temps de résidence des eaux lacustres. L'étude des fonctionnements hydrologique et géochimique des lacs du Sud-Ouest tanzanien, sous les conditions hydroclimatiques régionales actuelles (P-E >0), a permis de montrer que le degré de minéralisation des systèmes présentés pourrait s'accroître sous l'influence d'une augmentation de la pluviométrie. Des augmentations de la minéralisation lacustre seraient dans cette région, reliées à des conditions climatiques humides au YD et au LGM, alors qu'elles donnent préférentiellement lieu à des interprétations contraires.Lakes constitute potential and natural freshwater reservoir which are today not systematically considered anymore as simple pluviometer. Exchange and regulation places, lakes can be places of concentration where polluants accumulate or opposite places of dilution, which are favourable to the preservation of water ressources. This thesis focus on quantitative and qualitative aspects of the potential freswater reserve of Lake Masoko and others volcanic lakes of South West tanzanian few or never studied. This work gives evidence that the lake-levels and the balances of these systems are controlled by positive exchanges with atmosphere from which, result important groundwater fluxes. It was also shown that these mostly closed lakes constitute dilution places. These hydro-systems show also mineralisation degree and type, which appear control by first, the contribution of hydrothermal inflows to the lakes and secondly, by the lake water residence times. This hydrological and geochemical study of South West tanzanian lakes, under actual regional hydroclimatic conditions, allows to show that the mineralization degree of studied systems could rise under increase of precipitation rates or, decrease of evaporation rates; both in favour of the contribution of inflows to the lakes. Lake mineralization increases would be, in this region, linked to wet climatic conditions at YD and LGM whereas opposite interpretations are usually considered.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

La caractérisation des aquifères par une méthode non invasive (les sondages par résonance magnétique protonique)

Disposer d'eau de qualité en quantité suffisante est un besoin vital qui n'est pas encore satisfait pour un grand nombre d'individus. Qu'il s'agisse de la recherche de nouveaux gisements ou de la gestion rationnelle d'aquifères en exploitation, différents outils sont utilisés pour améliorer la connaissance de systèmes parfois complexes. La géophysique est un de ces outils, et la méthode des sondages par Résonance Magnétique Protonique (RMP) est une méthode unique car elle mesure un signal émis par des noyaux de la molécule d'eau. Cette thèse a pour objectif de préciser les informations hydrogéologiques qui peuvent être obtenues au travers des sondages RMP. Les résultats de sondages sont d'abord comparés aux données issues de forages et de pompages d'essai, puis la capacité des sondages RMP à caractériser les aquifères est mesurée au travers de l'utilisation conjointe de différentes méthodes géophysiques. Trois contextes hydrogéologiques sont retenus: les milieux poreux continus, les aquifères de socles et les roches carbonatées. Ce travail montre que la méthode des sondages RMP est opérationnelle pour décrire en une dimension la géométrie des réservoirs, et estimer l'emmagasinement et la transmissivité des aquifères. Cette estimation est quantitative lorsque les sondages sont étalonnés sur des valeurs de références généralement définies par des pompages d'essai. La caractérisation des aquifères est améliorée lorsque les sondages RMP sont mis en œuvre conjointement avec des méthodes traditionnelles. L'interprétation de paramètres complémentaires permet alors de décrire les structures géologiques, les paramètres hydrauliques et la conductivité électrique de l'eau. Les taux de succès de forages implantés sur la base de cette étude ont été améliorés, et une modélisation hydrodynamique réalisée à l'échelle d'un bassin versant en s'appuyant sur la géométrie et les paramètres hydrauliques estimés par la géophysique a été validée par les observations.Provide sufficient quantity of water is an important task, not yet satisfied for a grand number of individuals. Complex tools are often required both for prospecting of new resources and for rational use of exploited aquifers. Geophysics is one of these tools, Magnetic Resonance Sounding (MRS) method has an particular value as it uses a signal provided directly by water molecules. This thesis aims to determine hydrogeological information, which can be obtained by MRS. The sounding results are first compared with direct data from wells and test pumping and then the validity of MRS results for estimation of reservoir parameters is verified by different geophysical methods. Three geological settings were used for this study: continuous porous medium, basement aquifers and calcareous rocks. It is shown that MRS method is valid for one dimension measurement of reservoir geometry and for estimating of stockage capacity and transmisivity of aquifers. These estimations are quantitative if soundings are calibrated on the reference values usually defined by test pumping. The characterisation of aquifers is improved by the joint use of MRS and traditional geophysical methods. Additional parameters thug obtained allow the description of geological structure, hydraulic parameters and electric conductivity of water. Rate of success in water drilling was improved by using methods developed in this study and the hydrodynamic model of catchment area based on hydraulic geometry estimated by geophysics was verified by observation.AVIGNON-Bibl. de géologie (840072202) / SudocORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Magnetic properties of sediments in a Polish lake: Evidence of a relation between rock-magnetic properties and environmetal changes in Late Pleistocene and Holocene sediments

International audienc

L'impact du cratère du lac Bosumtwi (l'utilisation de la tomographie de la résistivité électrique (TRE) pour tracer la carte géométrique de la paroi internet du cr&tère et de l'impact associé à la structure)

Des mesures de résistivité électrique et des campagnes d observations géologiques ont été menées pour cartographier le contact sédiment/roche basale ainsi que les structures d impact associées au cratère d impact Bosumtwi datant de 1,07 millions d années. Le cratère de 10,5 km de diamètre s est formé dans des roches métamorphiques du Précambrien (2,1 à 2,2 milliard d années), d origine sédimentaire et volcanique. Il est actuellement rempli par le lac Bosumtwi de 8,5 km de diamètre. Ce cratère est la source des tektites et microtektites dispersées jusqu en Côte d Ivoire et au large des côtes ouest africaine. La campagne de mesures éophysiques consiste en 16 tomographies de résistivité électrique effectuées radialement des rives du lac vers les bords du cratère d impact. Chaque profil utilise un système d acquisition multi électrodes avec une distance minimum entre les électrodes de 5 m. Les données ont été corrigées des effets topographiques et inversées en utilisant le programme commercial d inversion Res2DInv, avec la norme L1 considérée plus robuste. La zone comprise entre les rives du lac et le bord externe du cratère de divise en trois formations géologiques principales. Les régions de faibles résistivités ( 128 .m) représentent les roches métamorphiques sous-jacentes, d origine volcanique ou sédimentaire. Les profils de résistivités permettent de retrouver la géométrie et l extension latérale de ces trois types de roches. Une correspondance directe entre la lithologie observée en surface et les structures mises en évidence par les mesures de résistivité électrique dans le sous-sol est observée à Dwamam au Sud-Est dulac. À Dwamam, les sédiments sont environ à 200 m de la rive du lac et s étendent environ sur 400 m vers les les bords du cratère, à la différence des autres zones où ont pu être cartographiés les sédiments. La topographie du contact sédiment/roche basale présente une direction particulière NE-SO avec un pendage variant entre 16 degrés au NE et 36 degrés au SO. Une majorité de fractures ont été remarquées dans le SO, remplies par des clasts et des brèches d impacts. Les failles sont surtout présentent à l Ouest du lac. En moyenne elles présentent un pendage variant entre 60o à l Est et 80 degrés à l Ouest du cratère. Des analyses statistiques ont été effectuées sur les directions et les pendages des failles selon les loi de von Mises et Fisher. Elles démontrent que les failles s alignent préférentiellement le long de deux directions principales. L analyse cumulée de la surface de contact sédiment/roche, des failles et de la localisation du champ de dispersion des tektites indique que le bolide d environ 0,8 à 1 km de diamètre responsable du cratère est arrivé du NE. Les résultats démontrent que les panneaux de résistivité électrique fournissent des informations utiles pour l étude des cratères d impact.Electrical resistivity tomography (ERT) and geological field surveys have been used to map the sediment/bedrock contact and impact related structures of the 1.07 Myr old Bosumtwi impact crater. The 10.5 km complex crater excavated in 2.1 2.2 Gyr Precambrian metasedimentary and metavolcanic rocks is filled by the 8.5 km Lake Bosumtwi. It is the source crater of the tektites and microtektites of the Ivory Coast strewn field. Electrical resistivity survey was carried out sixteen (16) profiles running from the shore of the lake towards the rim of the crater. The multi-electrode gradient array method with minimum electrode separation of 5 m was used. The data were corrected for topography and inverted using the L1 norm (robust inversion) techniqueof the Res2DInv software. The area extending from the lake shore towards the crater rim contains essentially three formations. The low resistivity regions ( 128 .m) fromthe lake sediments and the breccias due to their geometry and lateral extent. Also observed was a direct correspondence between the lithology on the surface and the subsurface resistivity structures at Dwamam in the southeast section of the lake. At Dwamam, the sediments were about 200 m away from the shore and stretch about 400 m towards the crater rim unlike in other areas where the sediments were mapped from the shore. The gradient of the sediments/bedrock contact showsa symmetry in the NE SW direction and dips between the lowest of 16 degrees in the NE to the highest 36 degrees in the SW. Majority of the fractures marked were in the southwest and were filled with clasts or impact breccia matrix. The faults were mostly delineated in the west. Averagely, the dips of the faults are about 60 degrees and 80 degrees for the east and west sections of the crater respectively. The dips of the faults were statistically treated using the von Mises and Fisher statistics, it was found that the faults have a preferred direction and it is possible to determine at least two different orientations. Theanalysis of the results of the sediments/bedrock surface and the faults combined with the location of the tektite strewn field indicate that the about 0.8 1 km bolide that created the complex crater came from the NE. The findings have shown that the ERT is efficient and a useful tool in impact cratering science research.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Enregistrement sédimentaire des changements environnementaux récents dans la zone Nord-Ouest de la Mer Noire

L objectif de ce travail est l étude des processus et des changements environnementaux récents (pendant les derniers 30000 ans) à travers leurs enregistrement sédimentaire dans la zone Nord-Ouest de la Mer Noire. Nous avons privilégié des méthodes permettant d obtenir des informations sur le milieu de dépôt et la chronologie des évènements telles que : analyses des argiles, sédimentologie, magnétisme environnemental, caractéristiques isotopiques de la matière organique totale, 14C AMS. La comparaison des datations obtenues sur les coquilles fossiles et la matière organique provenant d un même niveau sédimentaire nous a montré que l application des corrections sur les données 14C reste difficile du fait que le bassin a contenu tantôt de l eau douce oxygénée, tantôt de l eau stratifiée. C est en associant les résultats de l étude des taux des carbonates le long des carottes aux données 14C que nous avons établi l échelle chronologique proposée. L étude des minéraux argileux des sédiments nous a permis de conclure que pour le nord-ouest du bassin, l origine des sédiments à smectite doit être recherchée au nord, et non au sud du bassin versant de la Mer Noire, comme il est admis dans la littérature. Les données de magnétisme environnemental nous ont permis de mettre en évidence des variations significatives dans les conditions d oxygénation (aérobie/anaérobie) au sommet du sédiment ou dans la colonne d eau. Ces données magnétiques, ainsi que celles de matière organique montrent aussi des modifications des conditions de salinité dans le bassin. En conclusion nous proposons une reconstitution des conditions d environnement au cours des derniers 30000 ans.The purpose of this study is to investigate the processes and the recent environmental changes stored in the sediments from the North-Western part of the Black Sea in the last 30,000 years. We used sedimentary cores extracted from water depths ranging from 55 to 2100 m. In order to obtain information about the depositional environment and the chronology of the events, we used different methods: clay mineralogy analysis, sedimentology, environmental magnetism, organic matter characteristics and AMS radiocarbon chronology. Radiocarbon dating of the organic matter and fossil shells was used to obtain a precise chronology of the past events. It was difficult to correct the 14C data, because of the differences between the ages of organic matter and shells that varied significantly from one sample to another. This difficulty comes from the fact that the Black Sea basin contained in some periods oxygenated fresh water and in some periods stratified salty water. The correlation between the 14C data and the carbonate content allowed us to set up a chronology of the sediments. The clay mineralogy pointed out that the sediments containing smectite were carried into the basin mainly from the North and not from the South of the drainage basin, as previous studies indicated. The environmental magnetism study helped us to determine the significant variations in the oxygenation of the sediment and of the water column (i.e., changes between oxygenated and anoxic conditions). The magnetism study together with the organic matter characteristics also indicates changes in the salinity of the water. Our study reveals the environmental changes that have occurred during the last 30,000 years.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF