Bosumtwi impact crater : use of electrical resistivity tomography (ERT) to map the geometry of the inner wall of the crater and the impact related structures

par Akwasi acheampong Aning

Thèse de doctorat en Sciences de la terre

Sous la direction de Piotr Tucholka et de Sylvester Danuor.

Soutenue le 25-07-2012

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne) , en partenariat avec Géosciences Paris Sud (Orsay, Essonne) (laboratoire) et de Interactions et dynamique des environnements de surface (laboratoire) .

Le président du jury était Bernard Bonin.

Le jury était composé de Piotr Tucholka, Sylvester Danuor, Bernard Bonin, David Williamson, Alain Tabbagh, Anatoli Legtchenko, Aboyage Menyeh.

Les rapporteurs étaient David Williamson, Alain Tabbagh.


  • Résumé

    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 (< 64 .m) représentent les sédiments de lac. Les zones de resistivités moyennes (entre 128 et 200 .m) sont interprétées comme des brèches liées à l’impact, en dikes, allochtones ou parautochtones. Les régions de hautes 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.

  • Titre traduit

    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


  • Résumé

    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 (< 64 .m) represent the lake sediments. The moderately high resistivity regions with values between 128 and 200 .m were interpreted as impact related breccias (dikes, allochthonous or parautochthonous) depending on their geometries. Lastly, the model clearly differentiate the resistive basement metamorphic rocks (> 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.


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