Фізична характеристика та чисельний підхід ролі водоносів у водоносних системах

Олів'є КАБАРЕТ
BRGM Aquitaine - 24, Avenue Léonard de Vinci - 33600 PESSAC
o.кабаре brgm.fr

Дослідницька робота, проведена в рамках проекту OPURES (Оптимізація використання підземних водних ресурсів) в Інституті EGID-BORDEAUX 3.

Партнери:
SUEZ-Lyonnaise des Eaux
СМЕГРЕГ
Агентство водних ресурсів Адур-Гаронна
Регіон Аквітанії

Короткий зміст статті:

Вступ

Осадові басейни є місцем розташування багатошарових водоносних систем, всередині яких акваріуми - це гірські масиви з низькою проникністю, загалом складені з глинистих матеріалів, де збирання значної кількості води неможливе, але через яке може відбуватися значний перенос води з або до суміжних водоносних горизонтів (Castany and Margat, 1977). Відомі як "напівпроникні шари", ці акваріуми відіграють важливу роль у загальній гідродинаміці, контролюючи як кількість, так і якість частини води, що циркулює у водоносних шарах. Складність організації цих водних формувань, будь то структурна, геологічна чи гідродинамічна, але також відсутність інформації, що стосується їх, як правило, призводить до невизначеності щодо кількісної оцінки їх впливу на перенесення між водоносними шарами. Збережена одна методологія полягає в геологічній та гідродинамічній характеристиці акваріумів з метою розробки 3D-цифрової моделі для розуміння ролі напівпроникних формацій у гідродинамічному функціонуванні складного багатошарового шару.

Приклад тут є басейн Північної Аквітанії, оскільки позначені взаємозв'язки між різними водоносними пластами, особливо водоносними пластами, через водоносні горизонти. Регіон Бордо (Фігура 1), який підлягає значним вилученням, особливо для постачання питної води, таким чином служить основою дослідження. Вертикальне розташування шарів водойми схематично представлено в його основі багатошаровим еоцену, в якому основним є колектор середнього еоцену. Він перевершений потужним олігоцен-еоценовим акваріатом, на якому відпочивають олігоцен, міоцен та пліо-четвертинний водоносний шар, які можуть бути розділені тонкими напівпроникними шарами.

підхід

Рисунок 1: А) Розташування досліджуваного району (Довідка: витяг з геологічної карти Франції на 1: 1 000 000 (Platel et al, 2004)); Б) Схематичне зображення вертикального розташування шарів водойми в районі Бордо

Геологічна характеристика з лісозаготівельного інструменту

Вертикальне розташування шарів у районі Бордо, по суті, визначається виключно на основі спостережень та датування вирубок, відтворених під час буріння. Потім ми пропонуємо використовувати інструмент лісозаготівлі для заміни сукцесії різних водосховищ та виявлення напівпроникних горизонтів з точки зору геології та геометрії.

Лісозаготівля - це метод розпізнавання свердловини, який визначає набір безперервних записів фізичних та/або хімічних параметрів як функцію глибини (Ellis et al., 2007). Ці параметри, тісно пов'язані з геологією, становлять, таким чином, цінну допомогу для літологічного опису пластів, перетнутих бурінням.
Для перегляду вертикальної структури третинних відкладів та якомога точнішого опису природи та геометрії водойм були використані різні колоди (Малюнок 2):

  • Журнали гамма-випромінювань вимірюють загальну природну радіоактивність гірських порід, яка в основному складається з трьох ізотопів 40K, 238U і 232Th, які в осадових басейнах переважно зосереджені в дрібних відкладах, багатих глинистими елементами, що відповідають акваріумам (Keys and MacCary, 1971 );
  • журнали малого нормального та тривалого нормального опору відображають здатність середовища пропускати електричний струм. Осадові гірські породи демонструють контрастність опору в залежності від мінералів, що їх складають, пористості, зв’язаності пір або солоності рідин, що заповнюють пористий простір (Жданов та Келлер, 1994). Як правило, глини мають низький питомий опір порівняно з вапняковими та піщаниковими породами (Marescot, 2006);
  • виробничі журнали відносяться до вимірювання витрати або витрати всередині захоплюючої колони діючої конструкції. Вони дають змогу ідентифікувати походження припливів води та оцінити обмін у свердловині.

Рисунок 2: Приклади відповідей, отриманих в результаті вимірювань лісозаготівлі, зелені стрілки вказують на приплив води

Виявлення лісозаготівельних характеристик пластів та врахування особливостей під час інтерпретації геофізичних вимірювань призвело до оновлення вертикального розташування осадових утворень в районі Бордо та визначило нову гідрогеологічну діаграму, основними моментами якої є (Малюнок 3):

  • наявність глинистого рівня біля основи пліо-четвертинного покриву,
  • прогалини в відкладах чаттіанської стіни призводять до гідравлічної безперервності водоносних горизонтів міоцену та олігоцену,
  • наявність більш вапнякового та піщаного рівня в олігоцен-еоценовій стіні невеликої товщини (≈10 м) та обмеженого розширення (обмежене до північно-західної частини досліджуваної території),
  • розрізнення в трьох субодиницях еоценського водосховища.

Рисунок 3: Нова Бордоська осадова схема

Внесок експериментального буріння в характеристику гідродинамічних властивостей акваріумів

Гідродинамічні властивості акваріатів були апроксимовані шляхом проведення експериментальної свердловини під назвою OPURES_1, присвяченої вивченню олігоцен-еоценового акваріуму на північ від району дослідження. Це буріння (Малюнок 4), проведений безпосередньо в глинистих формаціях, що знаходяться на глибині від 29 м до 85 м, проводився обертальним методом та коронкоутворенням. Після вимірювань лісозаготівель він був приладоване у вигляді багаторівневої свердловини, де кожна з п’яти контрольних камер складалася з двох гранат із нержавіючої сталі, екранованих на один метр, у крупний гравій. Один для постійного контролю тиску, інший для відбору проб. Кожна камера засипана шаром дрібного гравію, а потім ізолюється цементацією під тиском.

Малюнок 4: Свердловина OPURES_1. Геологічний розділ, каротажні вимірювання та технічний розділ

Спостереження за вирубками та стрижнями, а також вимірювання лісозаготівель показують певну неоднорідність цього акваріума, що виражається в глинистому масиві, встановленому сильто-піщаними та вапняковими рівнями, як правило, низької товщини та з більш-менш помітною індурацією. Вимірювання питомого опору визначає мулисто-піщаний прохід, що відповідає напівпроникному шару, раніше спостеріганому в масштабі галузі.

На відновлених ядрах характеристику пористої мережі глин проводили методом ртутної порозиметрії (Pittman, 1992; Daïan, 2007). Це полягає у підданні зразку ненасиченої породи ін’єкції ртуті. Під впливом збільшення тиску на цю ртуть на послідовних стадіях повітря, що міститься у зразку, поступово замінюється ртуттю. Оскільки ця ртуть є не змочуваною рідиною, її впорскують у матеріал, надаючи на нього тиск, чим менше пори (Малюнок 5). Тоді співвідношення Washburn (1921) дає можливість зв'язати середній радіус з'єднання пор з капілярним тиском, щоб відновити криву розподілу діаметрів пор DC, на яких макропористість A і B (DC ≥ 0,1 мкм) та мезопористість (DC ≤ 0,1 мкм) можна визначити.

Рисунок 5: Крива впорскування ртуті у зразок та розподіл відповідних діаметрів доступу пор

З цих петрофізичних вимірювань була проведена оцінка гідравлічної провідності сердечників із використанням двох різних підходів. Перший - Даллієна (1992), асимілює розподіл пористої мережі в капілярних трубках. Метод Каца-Томпсона (1986) базується на характерній довжині зразка, отриманої з кривої впорскування ртуті, і пов'язаний з проникністю завдяки вимірюванню питомого опору середовища.

Дві моделі узгоджують середнє значення гідравлічної провідності порядку 1,10 9 мс с -1 (Малюнок 6), але з більшими амплітудами для моделі Каца-Томпсона, від 10 -12 до 10 -7 м.с -1. Мулисто-піщані рівні з більшою часткою макропор мають гідравлічну провідність, яка приблизно на порядок вище.

Рисунок 6: Результати гідравлічної провідності, отримані методом Каца-Томпсона та Даллієна

Крім того, для оцінки дифузійності аквітанту використовувався запис тиску в акваріаді. Спочатку для визначення питомого коефіцієнта зберігання пласта приблизно на 10-6 м -1 використовували реакцію акваріума на атмосферний тиск. Потім циклічні коливання, що спостерігаються на записах тиску, дали змогу оцінити вертикальну дифузійність акваріума. Отримана гідравлічна провідність становить від 1,10 -11 м.с -1 до 7,10 -12 м.с.
Кількісний підхід до ролі акваріума

На основі нового вертикального розташування родовищ, отриманих в результаті повторної інтерпретації зрубів, та гідродинамічних властивостей акваріалів, отриманих в результаті лабораторних та in situ вимірювань, була створена 3D-гідрогеологічна модель для кількісного наближення ролі аквалідарів у гідродинамічному функціонуванні водоносного шару. система .

Модельований домен враховує більшу частину домену експлуатації питної води міської громади Бордо і займає площу 827 км 2, що дозволяє сконцентрувати найбільш повні дані щодо зразків та точки спостереження. Складається з квадратної сітки з кроком 200 м. Період 1999-2008 моделюється з місячним кроком у часі.
Вертикальна дискретизація горизонтів, що спостерігається в досліджуваній області, відтворюється у вигляді 13 розрахункових шарів, представлених 6 водоносними шарами та 6 водоносними шарами, до яких додається напівпроникний горизонт, виявлений в олігоцен-еоценовій стіні (Малюнок 7).

Рисунок 7: Чисельне транспонування геології регіону Бордо в моделі

Стабільний стан, а потім перехідний режим дозволив правильно відновити стан третинних багатошарових водних масивів у досліджуваній зоні. Таким чином, загальна ефективність системи відображає важливість дренажних потоків через водоносні формації для поповнення певних водоносних горизонтів. Модель також дозволила відновити поведінку функцій зберігання/пошуку різних акваріумів (Малюнок 8).

Рисунок 8: Еволюція потоку зберігання трьох акваріумів за період 1999-2008 років

Залежно від положення водойм у багатошаровому шарі, можуть спостерігатися поведінкові відмінності. Таким чином, ті, що знаходяться поблизу поверхні, наприклад, між плио-четвертинними та міоценовими водоносними горизонтами, зменшуються протягом більшої частини року, поки зберігання відбувається лише на короткі періоди під час поповнення опадами січня до березня.
Більш глибоко динаміка потоків схожа, але демонструє меншу регулярність зниження запасів. Амплітуди потоків зберігання олігоцен-еоценового акваріума також значно вищі. Нарешті, еоценові водні гори демонструють суттєво іншу структуру від попередніх. Гідродинамічні обмеження, яким піддаються ці акваріуми внаслідок робочої накачки, ймовірно, є джерелом цієї динаміки.

Крім того, з'ясовано вплив напівпроникного горизонту, виявленого в межах олігоцен-еоценового акваріуму, на загальну гідродинаміку. Таким чином була виготовлена ​​друга модель. Він усіляко відновлює характеристики попередньої моделі і відрізняється лише значеннями гідравлічної провідності цього напівпроникного горизонту, на які вплинули показники олігоцен-еоценового акваріуму.
Результати показали, що інтеграція напівпроникного шару, відносно невеликого протягу та товщини (≈10 м), в межах основного акваріуму досліджуваної території не спричинила істотного впливу на коливання навантажень, розрахованих у межах водоносних горизонтів. Однак загальний баланс показує, що наявність цього шару впливає на потоки потоків та час перенесення.

Зрештою, якщо використання еквівалентних гідравлічних параметрів залишається правильним рішенням для регіональної гідродинамічної моделі, врахування неоднорідностей всередині акваріумів для моделі з більш високою роздільною здатністю залишається важливим. Таким чином, ця робота сприяла вдосконаленню знань про напівпроникні формації, пропонуючи методологію, яка адаптується до діючих обмежень та доступна для зацікавлених сторін управління водними ресурсами. Розширення методології, розробленої в ході цього дослідження, на регіональний масштаб означало б значне поліпшення просторового визначення водоносних горизонтів та водоносних горизонтів багатошарової території Північної Аквітанії, що є важливим для глобального управління ресурсом підземних вод.

Список літератури: