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C. R. Geoscience 338 (2006) 1219–1227 http://france.elsevier.com/direct/CRAS2A/

C. R. Geoscience 338 (2006) 1219–1227 http://france.elsevier.com/direct/CRAS2A/ Géosciences de surface (Hydrologie–Hydrogéologie) Prospection géoélectrique pour l’étude de l’aquifère thermal des calcaires récifaux, Hmeïma–Boujabeur (Centre ouest de la Tunisie) Mouez Gouasmia ∗, Mohamed Gasmi, Abdelkader Mhamdi, Salem Bouri, Hamed Ben Dhia Laboratoire 3-E «Eau, énergie & environnement», ENIS, BP « W», 3038 Sfax, Tunisie Reçu le 4 février 2005 ; accepté après révision le 1er septembre 2006 Disponible sur Internet le 30 octobre 2006 Présenté par Ghislain de Marsily Résumé La zone de Hmeïma–Boujabeur est considérée comme l’une des importantes provinces géothermiques de la Tunisie. Les cal- caires récifaux, caractérisés par une intense fracturation et une importante karstiﬁcation, se montrent susceptibles de constituer l’aquifère thermal régional. L’étude géophysique basée sur deux méthodes géoélectriques complémentaires, le sondage électrique (SE) et le sondage magnéto-tellurique (SMT), se révèle très efﬁcace pour fournir une image électrique complète du sous-sol jusqu’à une profondeur de 1 km environ. La confrontation des différents résultats nous a permis de délimiter des zones jugées favorables à l’exploitation de l’eau chaude. Pour citer cet article : M. Gouasmia et al., C. R. Geoscience 338 (2006). © 2006 Académie des sciences. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Abstract Geoelectrical prospecting for studying the thermal aquifer of reef limestone, Hmeïma–Boujabeur (central–western Tunisia). The Hmeïma–Boujabeur zone is considered as an important geothermal province for Tunisia. The reef limestone, characterized by intense fracturation and important karstiﬁcation, confers them the property to be a regional thermal aquifer. A geo- physical study based on two complementary geoelectrical methods, the Electrical Sounding (ES) and Magneto-Telluric Sounding (MTS), turned out to be very efﬁcient to provide a complete electrical image of the underground until about 1-km depth. The synthetic approach integrating all data allowed us to delimit the favourable area for thermal water exploitation. To cite this article: M. Gouasmia et al., C. R. Geoscience 338 (2006). © 2006 Académie des sciences. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots-clés : Prospection géoélectrique ; Aquifère thermal ; Calcaires récifaux ; Tunisie Keywords: Geoelectrical prospecting; Thermal water; Aquifer; Reefal limestones; Tunisia * Auteur correspondant. Adresse e-mail : mouez78@yahoo.fr (M. Gouasmia). Abridged English version The Hmeïma–Boujabeur zone is located in central– western Tunisia, close to the Algero-Tunisian border 1631-0713/$ – see front matter © 2006 Académie des sciences. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.crte.2006.09.017 1220 M. Gouasmia et al. / C. R. Geoscience 338 (2006) 1219–1227 (Fig. 1). It is characterized by the Cretaceous brachyan- ticlines, separated by large Eocene synclines and some Triassic alignments oriented NE–SW [5]. This sector shows a lithological succession from the Triassic to the Quaternary with, however, the absence of the Juras- sic. Lithologically, the main features are generally some marlo-carbonate alternations with the exception of the Middle Albian limestone: the Allam Member (Fahdene Formation), and of the reef limestone of Middle Aptian (Serj Formation). These carbonates characterized by intense fractura- tion and important karstiﬁcation, therefore have the property to be a regional thermal aquifer [1–3,9]. The main target of the present study is the detection of a geothermal aquifer, tectonic zones and faults, by using electrical and magneto-telluric methods. It consisted in performing 65 ES and 10 MTS in order to cover the whole region (Fig. 2). The resistivity map of the super- ﬁcial land slice (Fig. 4) shows that high resistivity val- ues (ρa > 100 m) correspond to Triassic outcrops in the South and reef limestone outcrops (Middle Aptian) of Jebels Hmeïma and Harraba. On the other hand, at depth (map in AB = 2000 m), the resistivity shows an increase, probably linked to the carbonated features that could be the continuity, at depth, of the Aptian reef out- cropping at the anticlines. The electrical identiﬁcation of the Albian limestone (member Allam) and Aptian reef has been possible thanks to calibration (Fig. 5) of the ES 23 with the borehole data (Hmeïma: 6672/3) and the position of some ES (34 and 57) on outcrops (Fig. 6). Geoelectrical and electrostratigraphical cross- sections (Fig. 7) give evidence for distinct vertical and horizontal variations of resistivity and thickness. Reef limestones are represented as resistant levels whose re- sistivities range between 70 to 150 m. The isobath map (Fig. 8) shows an important variation of the reef limestone at depth. This limestone outcrops at the an- ticlines (Harraba, Hmeïma and Slata), deepens at the synclines (Mellègue and Guern El Halfaya) and at the collapsed zones (graben of Boughanem). The assess- ment of the reef limestone thickness was difﬁcult in spite of the length of the current lines (AB = 3000 m). For this reason, we used the magnetotelluric method that allows a more important investigation depth. Although quantitative interpretation of the MT data is not easy, we tried to value the true resistivities and thickness. In spite of the relatively complex geology of the region, a 1-D [10] interpretation appears satisfac- tory as the two directions nearly show the same pace. Therefore, the interpretation interested an average of re- sistivity of these two directions: (ρxy(N–S) and ρyx(E–W)). The cross-section (Fig. 9) presents the succession of three contrasted geoelectrical levels. The ﬁrst one is a superﬁcial conductor level (4–30 m), whose thick- ness is about 110 m. It is represented by a marly to marlo-chalky facies that could be attributable to the Up- per Aptian, except in the syncline. The second highly resistant level (> 200 m) may correspond to the Mid- dle Aptian reef limestone outcropping to the east (Jebel Slata) and to the west. The third level, which consti- tutes a conductor substratum, may correspond to marls. From a structural point of view, we note the presence of two faults on both sides of the MTS2 promoting the reef limestone downfall. An isopach map has been es- tablished (Fig. 10) for the MTS that touched the reef limestone base (1, 3, 4, 6 and 10). For the other sound- ings, it has been appraised by interpolation. It ranges between 200 m, at the level of MTS 6, and 300 m, in Jebel Slata. This variation could be explained by the reef nature of the sedimentation complex. From a structural point of view, this survey allowed us to follow faults that play an important role in the hydrodynamic behav- iour of the geothermal aquifer. As a ﬁrst stage, we identiﬁed two potentially favour- able zones for the exploitation of the thermal water (Fig. 11). 1. Introduction De par sa position de transition entre le craton afri- cain et la plaque européenne, la Tunisie possède une géologie complexe, qui est loin d’avoir livré ses secrets et ses potentialités en ressources naturelles. La zone des diapirs, qui fait partie de la Tunisie septentrionale est caractérisée par plusieurs indices géothermaux, témoi- gnant de l’existence d’un potentiel hydrothermal impor- tant dont l’évaluation reste embryonnaire. Le présent travail a été entrepris dans le but de ca- ractériser géométriquement les calcaires récifaux en se basant sur des méthodes géoélectriques complémen- taires [12], à savoir le sondage électrique (SE) et le son- dage audio-magnétotellurique (SAMT), très efﬁcaces pour fournir une image électrique complète du sous-sol. 2. Cadre géologique et hydrogéologique La recherche des énergies renouvelables se substi- tuant à l’énergie épuisable s’est accrue ces dernières années en Tunisie. Parmi ces énergies renouvelables, l’énergie géothermale a attiré l’attention, en particu- lier parce que la Tunisie compte plusieurs anomalies géothermiques importantes, comme celle de la zone de Hmeïma. L’utilisation de l’eau chaude a montré sa M. Gouasmia et al. / C. R. Geoscience 338 (2006) 1219–1227 1221 Fig. 1. Carte géologique de la zone d’étude (d’après [11], modiﬁée et complétée). Fig. 1. Location and geologic map of the survey area (from [11], modiﬁed and completed). grande réussite dans les domaines de la thérapeutique et de l’agriculture sous serre. Les recherches d’énergie à haute enthalpie sont en cours pour la génération d’élec- tricité et pour le chauffage urbain. Le présent travail constitue l’un des volets de ces re- cherches et a pour objectif l’évaluation des potentialités géothermiques de Hmeïma. La zone d’étude est localisée au Centre ouest de la Tunisie, au voisinage de la frontière algéro-tunisienne [5]. Elle couvre l’aire limitée géographiquement par les longitudes 6G.60′ et 6G.85′ et les latitudes 39G.70′ et 40G.03′ (Fig. 1). Dans sa partie sud-ouest, cette zone est caractérisée par la présence des brachyanticlinaux crétacés, séparés par de vastes synclinaux éocènes et quelques alignements triasiques orientés NE–SW [6]. Dans ce secteur, les terrains qui afﬂeurent s’étendent du Trias au Quaternaire avec, cependant, absence du Ju- rassique. Lithologiquement, les faciès rencontrés sont généralement des alternances marno-calcaires à l’ex- ception des calcaires du membre Allam, d’âge Albien 1222 M. Gouasmia et al. / C. R. Geoscience 338 (2006) 1219–1227 moyen (formation Fahdene), et des calcaires récifaux, d’âge Aptien moyen (formation Serj). L’analyse de la carte structurale nous permet de dé- gager un ensemble de structures anticlinales et syncli- nales de direction atlasique, constituant les monts de Mellègue [6]. Parmi ces structures, on peut citer : les anticlinaux de Harraba, Hmeïma, Slata et Boujabeur et les synclinaux de uploads/Geographie/ 1-s2-0-s1631071306002719-main.pdf