Geophysical detection of underground cavities

Lynda Driad-Lebeau (1) , Bogdan Piwakowski (2) , Peter Styles (3) , Bernard Bourgeois (4) , Isabelle Contrucci (1)

1 INERIS - Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques
2 IEMN - Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520
3 School of Physical and Geographical Sciences / Applied & Environmental Geophysics Research Group
4 BRGM - Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM)

In this paper, we present a synthesis of the geophysical investigations conducted on experimental sites selected in the Lorraine salt basin and Haute-Normandie marlpits. These investigations were carried out in the frame of a partnership (scientific and industrial) research program on cavities detection and characterization using techniques of high resolution seismic, microgravity and electric resistivity. The objective of the research is three folds: (1) to develop and optimize P and S seismic vibratory sources with an enhanced procedure of generation and optimization of sweeps (2) for each technique, to define the privileged application field and limitations regarding the general context of the considered site (3) to progress in the joint interpretations of the geophysical data. Despite the good quality of the data, the results evidence the complexity in the interpretation of the geophysical response in cavities environment due mainly to the compromise between the resolution and the ratio depth/dimension of the cavities, and the nature of the filling (brine, water, air). In the case of the marlpit mines, the corresponding geophysical anomalies could be correlated to the exact position of the marlpit known according to the archive records. Drilling campaign has confirmed a local collapse of the marlpit identified on the only High Resolution Seismic data

Ce papier présente une synthèse des investigations géophysiques menées sur des sites expérimentaux du bassin salifère lorrain et les marnières de Haute-Normandie. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'un programme de recherche partenarial axé sur la détection et la caractérisation des cavités à partir des techniques de Sismique Haute résolution (SHR), de la microgravimétrie et de la résistivité électrique. L'objectif du programme est triple : (1) développer et optimiser des sources vibratoires en ondes P et S avec une Procédure de Génération et d'Optimisation de Sweep adapté ; (2) définir pour chaque technique le champ d'application privilégié et les limitations en fonction du contexte général des sites considérés ; (3) progresser dans les interprétations conjointes des données géophysiques. Malgré la bonne qualité des mesures, des difficultés ont été rencontrées lors des interprétations de la réponse géophysique de l'environnement des cavités avec, pour raison essentielle le compromis entre la résolution de l'imagerie et le rapport profondeur/dimension de la cavité ainsi que la nature du remplissage (saumure, air, eau). Dans le cas des marnières, les anomalies géophysiques ont été carrelées à la position exacte de marnière pilote bien documentée dans les archives. Une campagne de forage a permis de confirmer un éboulement local de la marnière observée sur les données de sismique haute résolution

Mots clés: CAVITES; DETECTION; SHR; MICROGRAVIMETRIE; RESISTIVITE; RESOLUTION<br />---<br />CAVITIES; HRS; MICROGRAVITY; RESISTIVITY; RESOLUTION; CAVITY; SEISMIC

Domaines: Sciences de la Terre; Sciences de l'environnement

Lynda Driad-Lebeau, Bogdan Piwakowski, Peter Styles, Bernard Bourgeois, Isabelle Contrucci. Geophysical detection of underground cavities. Symposium Post-Mining 2008, Feb 2008, Nancy, France. pp.NC. ⟨ineris-00973287⟩