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BRGM L'ENTREPRISE AU SERVICE DE LA TERRE
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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
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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
Rapport BRGM R 38571 4
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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.
Rapport BRGM R 38571 5
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.
Rapport BRGM R 38571 6
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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Rapport BRGM R 38571 7
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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,
Rapport BRGM R 38571 8
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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.
Rapport BRGM R 38571 9
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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.
Rapport BRGM R 38571 10
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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
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Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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
Rapport BRGM R 38571 13
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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
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Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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.
Rapport BRGM R 38571 15
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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.
Rapport BRGM R 38571 16
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
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.
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Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
ANNEXES
Rapport BRGM R 38571
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
ANNEXE I
Coupes sismiques interprétatives des bases E1 à E5 et M1 à M 8
Rapport BRGM R 38571
LEGENDE DES
COUPES SISMIQUES INTERPRÉTATIVES
Réfracteur observé
Réfracteur supposé
Vitesse sismique en m / s
Echelle
10 m
10m
s N
LU Q 3
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340-
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400 —
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350-
340-
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2000 2100 2200
330-
320-
3 1 0 -
BASE M6
w
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LU Q Z> 1-t= 350
3 4 0 -
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320
BASE M7
w E
380
370 -
360 -
LLI Û Z) b 350
340 -
330
320 -
BASE M8
Reconnaissance géophysique d'un glissement de terrain à Salins-les-Bains
ANNEXE 2
Sondages électriques SE1 à SE20
Rapport BRGM R 38571
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
e
_äü * * M -• * w
X * M
I I I I j
1
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10 i i l i i i t i j
Î O 2 [ 1 I I ( I [
ÎO
fiB/2
* 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
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16.000
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* BRGM/GPH * GRIVEL * Schiumbe rger
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SALINS LES BAINS 39
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SALINS LES BAINS 39
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* BRGM/GPH * GRIVEL * Schlumberger
SALINS-LES-BAINS 39
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A B / 2
* BRGM/GPH * GRIVEL * Sc hlumbe rger
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Profondeur (m)
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* BRGM/GPH * GRIVEL * Schi umberger
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0.000
1 .000
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AB/2
* BRGM/GPH * GRIVEL * Se hl umbe r ge r
SALINS LES BAINS 39
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Resistí vi te (ohm.m)
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* BRGM/GPH * GRIVEL * Sc hlumberger
SALINS LES BAINS 39
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A B / 2
* BRGM/GPH * GRIVEL * Se h 1 urnber ger
Reconnaissance géophysique d'un glissement de tenrain à Salins-les-Bains
ANNEXE 3
Coupe géologique SS3
Rapport BRGM R 38571
33 O)
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COUPE GEOLOGIQUE DU SITE DE LA BELINE SS 5
370
73 CD
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