SERVCES INDJSTRIELS DE GENEVE

_

~Q_lli_~~m: :_.J.~_;w_~firn!iO

______ ___ 13. :· _ -- 1--·JJL _

Perte à la calcination Azote ammoniacal Acide carbonique } calculé

agressif Heyer

-1

· 1

· i

"----'

...

ci-dessus. En revanche, la dureté permanente étant assez basse, environ 10 mg/1, les sulfates sont peu abondants. Quant au Magnésium présent, il provient des dolomies (Ca,Mg)(co3 )² affleurant dans la région. Les faibles valeurs de l'azote ammoniacal et nitreux ^sugg~­

rent un impact humain très léger dans le bassin-versant.

Les montagnes sus-jacentes sont en effet recouvertes rle maigres prairies (voir panorama photo)où paissent de rares troupeaux de chèvres, et on n'observe dans les dolines et les vallées sèches, que quelques champs (arachides, maïs, etc.). L'azote nitrique, témoignant de la présence d'engrais éventuels, est situé dans des valeurs normales (pas de contamination).

Le Strontium est un peu plus abondant que les valeurs observées dans les eaux des lacs de nos régions calcaires de moyenne altitude, et le Potassium également. Ils

accompagnent généralement le Sodium qui, lui aussi, pré-sente une valeur assez élevée.

sans doute associé au Chlore.

Ce dernier élément est Or, le chlorure de sodium (le sel de cuisine) dans les eaux souterraines peut être dft à des évaporites (halite, NaCl) dans le bassin-versant:

c'est ce qui semble être le cas ici, car il y a du gypse, du sulfate de sodium et de l'halite dans les couches rou-ges mésozoïques du Yunnan. Quant aux autres causes, ce peut être le salage des routes (tout à fait improbable ici) ou la présence de bétail à qui l'on fournit des meules de sel (cela ne concorde pas avec l'élevage extensif pratiqué ici).

En résumé, l'eau, bien minéralisée, est assez semblable aux eaux des petits lacs de montagne et des sources que l'on trouve chez nous.

57

-1

aux valeurs trnuv~es par l'exp~rtition franco-chinoise sur des eaux souterraines ~es provinces voisines:

n° St.11ion Type Oéblt l Localka1ion pr&;;sc Vs

.Hy~htmkal c~Ol'f'èten ~f:Kio/i:, s_'fl'l,Pln'("'!'!l!~,ù~,B,1t11'~'tP,tôkJ;ltif.Oratpry.tif1~!gf~~~:.:j Barbary e t

Les analyses ayant ^{~ t ~} effectu6es ^~ leur r e tour e n France,

Il

!·-1

1

· 1

les conditions de traitement après prélèvement (stockage, transport) ont été semblables aux nôtres.

57' '

Il faut cependant noter que la comparaison doit Atre faite avec ce qui peut l'être: notre prélèvement est issu d'une source en paroi à faible débit \0,5 l/s). On doit donc

éliminer . de leurs mesures les grosses rivières partiellement souterraines (comme la n8tre), des suintements de concrétions, des sources dans des r~gions minières ou des sources de sur-face. Dans le tableau donné ci-dessus, il nous semble que la comparaison peut ~tre faite seulement avec les num8ros cer-clés. C'est donc surtout la dernière partie qui est considé-rée.

Notre eau se rapproche un peu plus de la neutralité que ce

qu'ils ont mesuré. Les nitrates

(1,17

mg/l) sont plus faibles, car il n'y avait aucune agriculture sur le plateau sus-jacent

~ notre système, alors qu'elle était pr~sente dans leur terrain de mesures. Nos chlorures sont similaires, voire un peu plus forts: on l'a expliqué plus haut. Nos sulfates, déduits par calcul, sont du même ordre de grandeur, de mAme que le sodium et le potassium,

En ce qui concerne le calcium et le magnésium, nos valeurs plus élevées semblent découler d'une (relative) acidit~ lég~rement

plus forte de notre ~chantillon. Il est cependant délicat de poser un diagnostic péremptoire sur un seul échantillon qui, de plus, a pu Atre altér~ par 20 jours de confinement entre prélèvement et analyse (et même plus pour les Français).

On peut neanmoins affirmer que notre échantillon s'inscrit ^,

.

bien dans ce qui a été fait ailleurs en Chine. De plus, il est dans la ^lign~e de ce que nous avons ^mesur~ personnellement dans les eaux de surface et souterraines en Haute-Savoie

( Sesiano, 1992).

·1

-·1

·1

- '

:.:.___ ~

~-~

u

b) Détermination des roches

Deux échantillons de roche ont été prélevés à l'entrée de la grotte de Xian, et un dans celle de Yan zi amont, au-delà de la partie aménagée pour le

tourisme. Un autre échantillon a été prélevé à l'aplomb de la sortie de la grotte de Xian, dans un affleurement fossilifère à l'oeil nu. Des lames minces ont été faites au Département de Minéralogie de l'Université de Genève.

Il s'est avéré après examen au microscope que deux des lames sont inutilisables, le calcaire étant beaucoup trop cristallisé; le prélèvement a sans doute été effec-tué trop près d'un plan de fracture. Les deux autres lames donnent des résultats concordants et indubitables:

venant de l'entrée de la grotte de Xian, une lame montre des Pycnoporidium eomesozoicum (algue i.s. en spaghetti) datant probablement du Trias; quant à la dernière lame, elle provient de la grotte de Yan zi, au début de la partie non aménagée.On y voit des Duostominidae qui ne se trouvent que dans le Trias moyen et supérieur.

Cela permet donc de caler stratigraphiquement nos terrains dans le Trias. Ce résultat est totalement inattendu,

puisque les géologues chinois m'avaient affirmé être dans le Carbonifère ou le Permien, ce que montrait aussi la

58 }

carte géologique. Je remercie ici le Professeur Louisette Zaninetti et Rossana Martini, spécialistes en Micropaléonto-logie, pour la détermination de ces Foraminifères.

Si l'on revient sur cette erreur de cartographie, on peut relever que ce genre d'accident se produit ^mA~A dans des pays européens, dont les services géologiques nationaux ont parcouru le terrain un peu trop rapidement. Cela pose cependant une énigme intéressante, puisqu'à quelques cen-taines de mètres de l'entrée de Xian Dong, en hauteur, sur le versant gauche de la vallée, on trouve des filons de basalte, dans cette région toujours associés au Permien

l l

-1

· 1

-1

~J

-~

'-.-Ï

~i

...

...;

supérieur. La stratigraphie étant relativement peu perturbée, l'axe de la vallée coîncide-t-il avec un

accident majeur? A première vue, cela ne semble pas ^~tre le cas. Il faudrait donc faire des examens de terrain plus poussés.

<

Exemples de Duostominidae, du Guangxi.

"Krikoumbilica pileiformis He", 60X (He et al., 1989).

'·

59

--i

1

~

__ .,J

c) Analyse des dépôts prélevés dans les grottes

- (i)

les s a bles

Deux échantillons de sable ont été récoltés, l'un dans la grotte de Xian, et l'autre dans celle de Yan zi amont, au-delà de la partie aménagée pour le tourisme.

Les sables sont en fait assez similaires. Ils présentent une granulométrie assez homogène, et les grains, arrondis et mats, sont caractéristiques d'un transport torrentiel.

Sous le binoculaire, en grossissement 12X, on observe une grande abondance de quartz en grains, environ 90% du vo-lume, des morceaux de calcite, des cristaux allongés de pyroxène, des grains d'oxyde de fer et quelques rares mi-cas noirs. Il y a peut-être des feldspaths.

Le quartz provient sans doute de l'érosion de niveaux gréseux du Permien supérieur et du Trias, mais aussi de la destruction de roches métamorphiques, présentes proba-blement dans le bassin-versant; les pyroxènes et les micas noirs sont également issus de ces dernières. Dans un des échantillons, il y a ^m~me un fragment de micaschiste, ce qui confirme notre hypothèse. Quant aux grains de calcite, il s'agit de concrétions (stalactites, etc,) brisées, puis réduites en menus fragments par l'érosion torrentielle.

Les grains rouges d'oxyde de fer proviennent de dépôts de surface (terra rossa) des massifs environnants. Ces rési-dus sont typiques de la dissolution en climat chaud et

humide, principalement durant le Néogène et le Quaternaire, d'un karst tropical. Et ce n'est pas un hasard si de nom-breux cours d'eau de la région ont pour nom "fleuve Rouge",

"rivière Houge". En effet, après chaque pluie, les cours d'eau roulent des eaux rouges, chargées d'oxyde de fer.

- ( ii) les concrétions

Quelques morceaux de concrétions, stalactites et plancher stalagmitique, ont été prélevés dans la grotte de Xian. Leur analyse chimique est donnée dans la Table

J.

60

l

⁶¹

Table

l

M727 H728 _~

Si02 0,94 o,46 1,99

Al

2

^{_~J 0,20}

-

^0,11

Ti02 o, ^oz~ 0,01 0,02

FeO + Fe 0 2 J 0,04

CaO 5J,J2 54,68 52' 1-J.6

MgO 0,08 0,09 0,2J

Na2 0

- -

^0,06

K2 0 0,02

-

^0,01

NnO

P205 0,01

-

O,OJ

H2

o

⁺

co

₂ 4J,04 l~ J' 77 43,27

somme 97,69 99,01 98,18 unité: ^ç1 /.J

Remarques: Ces échantillons proviennent de concrétions pr4levées dans la grotte de Xian. M727 est un fragment de plancher stalagmi -tique à structure saccaroide (petits cristaux de calcite); M728 est un morceau de stalactite très claire (0 15 mm), à. structure concentrique très fine; quant à H729, il s'agit aussi d'un morcea1 de stalactite (012 mm) de même type, mais dont la partie externe a été formée lors ct'un second stade de concrétionnement (les deux stades sont séparés par un dépôt argileux).

De toute évidence, on a affaire à des carbonates de calcium très purs, de 95 à 98% de calcite, pratiquement blancs à cause de la quasi-absence d'oxydes de fer et <le manganèse. Sodi.um et potassium sont nGgligeables; avec l'alumine, ils se trouvent dans les silicates, rlont seul l'échantillon M729 montre une présence d'ailleurs ^tr~s faible: il est un peu plus .LOnce ^{J:' ,} à cause de ce dépôt argilP.ux intermédiaire évoqué ci-dessus.

Une expédition franco-chinoise ayarit fait des analyses assez similaires aux nôtres, mais dans des autres provinces parfois à plus de 1000 km de distance au NE et dans des niveaux stratigraphiques identiques (Trias) et diff~rents (Permien et Cambrien), il était quand même intéressant de les comparer.

Leurs résultats sont donnés à la page suivante:

l

~Î

-1

1 Site de Echantillons Insolubles(%) CaC03 Eléments métalliques en %

Prélèvement argiles, silices roi eao MgO K20 Na.p Feiü_i ^{MnO Cuo} 1 PbO 1 ^ZnO

l=ong

89WS07-I 0,1 43,72 54,48 0,69 0,011 0,308 0,012 0,0012 0,0003 0,0145 0,005 89WS07-2 0,18 43,86 54,12 0,78 0,012 0,302 0,015 0,0012 ·0,0003 0,0165 0,001 89WS08-2 0,14 43,97 54,6 0,65 0,017 0,31 0,012 0,0007 0,0005 0,0165 0,0062 89WS08-I 0,09 43,99 54,66 0,65 0,012 0,306 0,013 0,0007 0,0003 0,0145 0,0015

1 ^{89WS09 0,12} 43,88 54,36 0,78 0,02 0,368 0,017 0,0012 0,0005 0,01 0,005

lwuxi

^{89WSI0-2 0,38} 43,92 54,96 0,09 0,014 0,286 0,022 0,0007 0,00031 0,01 Gr.aménagée 89WSIO-I 0,1 43,92 55,14 0,09 0,01 0,282 0,019 0,0007 0,0003 0,0165 WUFENG 89USl1-2 0,32 43,7 53,45 1,38 0,021 0,296 0,039 0,0017 0,0005 0,0145 0,0022 Dadong 89USll-1 0,22 43,81 53,45 1,3 0,022 0,339 0,024 0,0017 0,0005 0,0145 0,0022 89USl2-2 0,1 43,81 53,64 1,25 0,012 0,302 0,019 0,0012 0,0005 0,0145 0,0087 89US12-l 0,15 43,n 53,57 1,21 0,015 0,3 0,019 0,0017 0,0005 0,0145 0,005 WUFENG

J

^{89USK3-2 0,08} 43,41 55,02 0,3 0,017 0,332 0,008 0,0012 0,0005 0,0145 0,0162 Changshendon 89USK3-I 0,06 43,81 55,3 0,09 0,015 0,336 0,004 0,0012 0,0005 0,0185 0,0195

89USM4-3 0,1 43,99 55,02 0,26 0,023 0,41 0,008 0,0007 0,0005 0,0185 89USM4-2 0,12 43,81 54,96 0,11 0,017 0,362 0,009 0,0007 0,0015 0,0185 0,022 89USM4-l 0,12 43,64 55,08 0,04 0,014 0,325 0,015 0,0005 0,0005 0,02 0,0292 MOYENNES 1 ^0,148 1 43,813 ( 54,49 10,604 1 0,016 0,3227 0,0159 0,00106 0,0005 0,01541 0,00952

(Barbary et al., 1991).

Plusieurs éléments analysés ne sont pas les m~mes, m~is on constate que nos valeurs sont un peu plus faibles pour le calcium (composition des calcaires un peu plus argileux chez nous) et pour le magnésium (nos calcaires sont un petit peu moins dolomitiques), les autres valeurs ^~tant du même ordre de grandeur.

61

l

l l

Composition chimique des roches carbonatées

Coœposi!1oo cb rodJ<s m W.

l l

-1

...J

- J

-'

.J 1

...

~ l

62' '

Leurs valeurs, incompl~tes pour les ~l~ments majeurs,

sont ^tr~s similaires aux nôtres, bien que sur une aussi grande distance, lesI'aciès eussent pu être différents. Un échantillon est franchement dolomitique (86Z04), et d'autres sont assez riches en oxyde de fer. qu'ils soient d'âges triasique ou permien. La recherche d'oxydes de cuivre, de plomb et de zinc était dictée par des intérêts économiques •

l

)

~ J

~

e) Relations entre l'orientation des galeries et la tectonique

63

On sait que dans une région ^karstiqu~ le cheminement des eaux souterraines est toujours influencé par la tecto-nique, que cela soit par un écoulement en gouttière syncli-nale ou selon un plan de faille, zone affaiblie de la roche.

Dans notre étude, nous allons essayer de corréler l'orien-tation préférentielle des galeries avec la tectonique cassante locale, donnée par la direction des fractures principales relevée sur les cartes g4ologiques, structu-rales et les photos-satellites.

Le premier document est la carte géologique locale (photo) (carte IV). Sur 129 fractures, failles ou décrochements, 5J ont des directions comprises entre 60 et 120°, soit 41%;

, • L o ( o ) 0 o

J2 se repartissent entre ^J~O , le nord 0 et 2 , c'est-à-dire une direction sensiblement m4ridienne, s0it 25%, alors que le reste montre des directions variées.

Un second document est une carte structurale concernant des dépôts de fer, et qui recouvre une bien plus vaste région que celle qui nous concerne. Sur J9 fractures considérées, 16 se trouvent entre 60 et 120°, soit 41%, et 15% ont une direction approximativement méridienne.(Voir fig. 8).

Enfin, sur la photo-satellite représentant le Yunnan central, mais s ¹arr~tant quelques dizaines de kilomètres au nord de la zone qui nous intéresse,

48%

des structures tectoniques bien visibles ont une orientation méridienne et 40% sont dirigées selon un axe à peu près est-ouest.

Comparons maintenant ces valeurs. On se rend compte qu' environ 40% des fractures de la région du sud-Yunnan sont orientées selon une direction est-ouest et 20% sont dirigées plus ou moins vers le nord. Si l'on confronte ces valeurs avec celles mesurées pour établir le plan des galeries, on trouve que sur 66 directions relevées avec la boussole,

45%

ont une direction est-ouest et

15%

une orientation

l l l

-

,

l

~ 1

~J

_j

~

~

Li

....

64

plus ou moins nord-sud. On a donc hien confirmation que la direction des galeries suivies par la rivière souterraine est identique à celle des grandes dislocations du sud-Yunnan.

Quant aux tirages sommaires des photos-satellites de la région étudiée, nous n'avons pratiquement pas pu les uti-liser; seules les grandes lignes du paysage peuvent être reconnues, comme les lacs ou les grandes vallées, mais ceci est nettement insuffisant pour établir une corrélation avec notre étude. C'est dommage qu'une question de prix

(12.000 FF !) nous prive du document définitif, dont la qualité doit ^~tre très bonne, à l'instar de la photo-satellite prise plus au nord.

l -i

-i ^f)

Essai de synthèse sur l'évolution cte la région du sud-Yunnan

Durant le Paléozoïque, des dépôts de plateforme se produisent dans la région qui nous concerne, ainsi que dans les zones voisines; on se trouve en effet sur les hords de la Téthys. A la fin du Permien, sous l'effet du brassage convectif de l'asthénosphère, la Pangée voit le début de sa fracturation. Celle-ci débu-te par une disdébu-tension cdébu-te la lithosphère, suivie d'une subsidence. Dans les failles ainsi engendrées s'injec-tent des magma à dominante basaltique. C'est ainsi que l'on explique classiquement les filons de basalte tra-versant le Carbonifère et le Permien. Au gré des mou-vements isostatiques et eustatiques, dus à l'intense activité des dorsales, des dépôts calcaires, marneux ou gréseux vont se produire durant le .Mésozoïque, alors que la fin du Crétacé voit l'émergence progressive de la région. Celle-ci bénéficie d'un climat assez sembla-ble à l'actuel, sa latitude n'ayant pas trop varié. Mais le trajet alors différent des courants marins a pu le modifier. C'est en effet à cette époque ou à l'aube du Tertiaire que débute la rencontre entre les plaques indienne et eurasienne. Cette formidable collision engendre la chaîne de l'Himalaya avec tout son cortège

65

de déformations à l'échelle continentale: orogène, soulè-vements à grands rayons de courbure, failles et décroche-ments. A peine émergés, la dissolution chimique s'empare des calcaires, laissant d'épais résidus argileux de disso-lution sous forme d'altérites, la "terra rossa". La karsti-fication attaque les zones affaiblies de la roche par la tectonique (failles, diaclases) ou par sa constitution (joints de strates), et un cryptokarst peut prendre nais-sance. La surrection de la région s'accentuant, les alté-rites sont enlevées des points hauts et s'accumulent dans

l

znne étudiée. Des formations détritiques plus grossières apparaissent 6galement, des poudingues par exemple; on en observe le long de la route menant de Jianshui à Yan zi Dong. L'ancienne surface d'altération, avec son crypto-karst, a été portée dans la ré g ion de notre étude à 2000 voire JOOO rn d'altitude, comme le montrent les sommets entourant Jianshui (altitude du bassin: 1200 m env.).

Parallèlement au soulèvement, l'enfoncement des réseaux souterrains se poursuit, ainsi que la dissection d e la surface originelle en reliefs résiduels, sorte de buttes-témoins. La surrection ayant progressé, voire s'étant accentuée durant le Quaternaire, cela s'est traduit par un abaissement saccadé des r é seaux avec abandon de vallées

(qui deviendront sèches) et formation de grottes-tunnels là où les cours d'eau, issus des bassins imperméabilisés par les altérites, rencontraient des obstacles (buttes-témoins) sur leur chemin. Un bon exemple en est le systè-me Yan Dong et Xian Dong, au niveau intermédiaire, alors qu'au niveau supérieur, on a encore un autre ensemble de vallées sèches, plus ancien. Il est clair que la

forma-tion de ces canaux souterrains avait été préparée de longue date par la cryptokarstification. Les croquis suivants illustrent cette évolution:

CD

Epais manteau d'altérites

~~~m~~~~~~~~~~~~~~~~G~ro;t~t~e~-~t~un~n~e~l~~~~~

(d'après Maire, 1990)

Zone noyée Formation rouge

r és iduelie

-1

~,

-i

1

~~

A l'intérieur des réseaux 8tudiés, le profil d'équilibre n'est souvent pas encore atteint, car l'on observe fré-quemment des rapides. Des tron9ons de F,aleries ont été délaissés (p. ex. galerie de la "source", grotte de Yan zi amont; galeries sèches de Yan zi Dong amont), <les méandres abandonnés (p. ex. Yan zi Dong amont; Yan Dong, peu après l'entrée). Des éboulements se produisent parfois, lorsque sous l'effet d'un creusement latéral ou de la dissolution verticale, la résistance et l'équilibre mécaniques de l'en-semble sont dépassés. Cela peut engendrer des lacs tempo-raires et des rapides. On observe ceci ^~ la sortie de Yan zi Dong amont, et dans l'énorme puits d'effondrement sépa-rant les secteurs amont et aval de Yan zi Dong. Pour ce dernier, le croquis suivant indique son développement:

Explications dans le texte. (d'après Maire,1990) Durant toute la période d'ouverture des cavités,

l'infiltration accompagnée de la dissolution du calcaire par les eaux de surface ayant percolé, plus ou moins

agressives selon la densité du manteau végétal et la tem-pérature, donc selon le climat, s'est poursuivie, avec des ralentissements marqués durant les périodes froides du

Quaternaire. Cela explique l'abondance du concrétionnement visible actuellement; mais la déposition présente semble très réduite, du moins dans les grottes décrites. De toute fapon, comme le soulèvement du Yunnan se poursuit, rapide-ment sernble-t-il selon les terrasses fluviatiles étudiées en divers endroits de cette province, l'enfoncement des réseaux souterrains continue; c'est pourquoi les galeries

67

l

l l l

--1

l l

-1

._J

.._J

~

_j

...J

....

1

les plus jeunes sont totalement dépourvues de spéléothèmes (p. ex. galerie de jonction Yan zi Dong amont - grotte tou-ristique).

En résumé, le système étudié est le fruit d'une très longue évolution karstique ayant débuté il y a environ 70 millions d'années. Mais les formes visitées durant notre travail ne datent vraisemblablement "que" du Quaternaire, soit de un à deux millions d'années.

68

l

__ ^:;·

6) Conclusions

Avec de faibles moyens à disposition, nous avons essayé de tirer le plus possible d'informations.

La relation entre les directions mesurées des galeries des grottes et l'orientation des fractures du sud-Yunnan a été démontrée. Il aurait été intéressant de faire une étude plus fine, mais le peu de documents à échelle plus détaillée, ou leur prix trop élevé, ne l'ont ^p~s permis.

Grâce à des pr P. lèvements de roches, nous avons pu montrer que les karsts de ce secteur ne se développent pas dans le paléozoïque supérieur, mais dans le mésozoïque

(Trias). C'est probablement le résultat le plus surpre-nant. Les analyses chimiques des roches, disponibles prochainement, confirmeront sans doute ceci.

C~uant à l'analyse des sables, elle nous a donné des

informations sur la nature du bassin-versant, auquel nous n'avions pas ac ces. '

L'analyse de l'eau prélevée dans une des galeries a montré un environnement physico-chimique semblable à ce que l'on

trouve dans les eaux souterraines et celles des lacs des régions calcaires des Alpes, ^m~me si la température moyenne et la répartition des précipitations dans le sud-Yunnan sont très différentes des n8tres.

Finalement, on peut dire que cette brève étude n'a fait qu'effleurer la région du sud-Yunnan, et qu'il reste encore un énorme travail à faire dans ces immenses zones karstiques, aux étendues sans commune mesure avec ce que nous avons dans les Alpes.

69

-1

--1

l

l

-^~

·--Ji

.,;o._.J

"'--'

7) Applications à mon ensei~nement

Dans le cadre de mes cours de Sciences de la Terre au Collège Rousseau, à des élèves qui ont choisi cette disci-pline pour l'approfondir (option forte), je vais d'abord les faire bénéficier des documents photo~raphiques que j'ai rapportés: ils pourront ainsi voir, poussés à l'extrême,

70

des ph~nomènes karstiques que nous ne pouvons voir nulle part ailleurs à ce stade, et surtout pas dans la région alpine, tectoniquement si instable.

D'autre part, ils pourront s'apercevoir que les formes de

D'autre part, ils pourront s'apercevoir que les formes de

Dans le document Étude d&#039;une zone karstique de la Province du Yunnan, République populaire de Chine (avril-mai 1991) (Page 46-67)