Fault zones in limestones: impact on karstogenesis and groundwater flow (Lez aquifer, southern France)
Zonas de falla en calizas: impacto en la karstogénesis y el flujo de aguas subterráneas (acuífero de Lez, sur de Francia)
Zones de faille dans les calcaires: impact sur la karstogénèse et les écoulements d’eau souterraine (cas de l’aquifère du Lez, sud de la France)
Zonas de falha em calcários: impacto na carstogênese e no fluxo da água subterrânea (aquífero Lez, sul da França)
石灰岩中断层带对岩溶作用和地下水流的影响(法国南部Lez含水层)
Résumé
The Lez aquifer in southern France comprises low-porosity karstified limestones and provides drinking water for ~400,000 inhabitants. Population growth and climate change have increased the stress on the water resources. In order to provide long-term protection and to optimize the water supply, the hydrogeology of the Lez aquifer must be better characterized. This study focused particularly on the St-Clément major fault zone (12 km long with a 500-m normal throw) which was structurally characterized using accurate geological mapping of the area, outcrops analysis and geophysics tools. The research highlights and explains the close relationship between the fault and the karstic occurrences. Moreover, tracer tests and piezometric head variations in boreholes have shown (1) strong interconnection between the observed karstic formations and (2) the major role of St-Clément fault on mass and pressure transfers in the aquifer. At the reservoir scale, the other major faults of the Lez aquifer, such as Corconne-Matelles or Gourg Noir faults, have shown some common morphologic and dynamic characteristics, and suggest a similar hydrogeological functioning. This study then extends this model to a larger scale. It proposes that, in aquifers of low-porosity carbonates, fault zones control the development of the main karstic network which, in turn, controls the main groundwater flows. Thus, faults should be reconsidered in order to improve the vulnerability studies and the quality of karstic aquifer modelling. Therefore, this report can contribute to protecting the groundwater resource, improving yields and optimizing groundwater supply exploitation in this type of aquifer.
El acuífero de Lez, en el sur de Francia, está formado por calizas karstificadas de baja porosidad y proporciona agua potable a unos 400,000 habitantes. El crecimiento de la población y el cambio climático han aumentado la presión sobre los recursos hídricos. Con el fin de proporcionar una protección a largo plazo y optimizar el suministro de agua, la hidrogeología del acuífero de Lez debe estar mejor caracterizada. Este estudio se centró particularmente en la zona de la falla principal de St-Clément (12 km de largo con un rechazo de 500 m), que se caracterizó estructuralmente utilizando una cartografía geológica precisa de la zona, análisis de los afloramientos y herramientas geofísicas. La investigación pone de relieve y explica la estrecha relación entre la falla y las manifestaciones kársticas. Además, las pruebas de trazabilidad y las variaciones de la carga piezométrica en las perforaciones han demostrado: (1) la fuerte interconexión entre las formaciones kársticas observadas y (2) el importante papel de la falla de St-Clément en las transferencias de masa y presión en el acuífero. A escala del reservorio, las otras fallas importantes del acuífero de Lez, como las fallas de Corconne-Matelles o Gourg Noir, han mostrado algunas características morfológicas y dinámicas comunes, y sugieren un funcionamiento hidrogeológico similar. Este estudio amplía luego este modelo a una escala mayor. Propone que, en los acuíferos de carbonatos de baja porosidad, las zonas de falla controlan el desarrollo de la principal red kárstica que, a su vez, controla los principales flujos de aguas subterráneas. Así pues, las fallas deberían reconsiderarse para mejorar los estudios de vulnerabilidad y la calidad de la modelización de los acuíferos kársticos. Por lo tanto, este documento puede contribuir a proteger el recurso de aguas subterráneas, mejorar los rendimientos y optimizar la explotación del suministro de dichas aguas en este tipo de acuíferos.
L’aquifère du Lez (sud de la France) est situé dans des calcaires karstifiés peu-poreux et alimente en eau potable environ 400,000 habitants. Cependant, la croissance démographique et le changement climatique entrainent une augmentation des tensions sur les ressources en eau. Afin de garantir une optimisation de l’exploitation et une protection de la ressource en eau à long terme, les caractéristiques hydrogéologiques de l’aquifère du Lez doivent être mieux connues. Cette étude s’est en particulier focalisée sur la faille majeure de St-Clément, longue de 12 km, avec un rejet normal de 500 m. Cette faille a été caractérisée structuralement via une cartographie géologique précise de la zone, des analyses d’affleurements ainsi que par l’utilisation d’outils géophysiques. Cette étude a permis de mettre en évidence et d’expliquer la relation forte entre la faille et la présence de karst. Par ailleurs, des tests de traçage et un suivi des variations piézométriques en forages ont montré (1) la forte interconnexion entre les formations karstiques observées et (2), le rôle prépondérant de la faille de St-Clément dans le transfert de matière et de pression au sein de l’aquifère. A l’échelle du réservoir, les autres failles majeures qui recoupent l’aquifère du Lez (telles que les failles de Corconne-Matelles et du Gourg Noir) ont montré des caractéristiques morphologiques et hydrodynamiques similaires, suggérant un fonctionnement hydrogéologique semblable. Cette étude permet donc d’étendre le modèle proposé à plus grande échelle. Elle propose ainsi que, dans les aquifères situés dans les carbonates de faible porosité, les zones de faille contrôlent le développement du réseau karstique principal, qui contrôle à son tour les principaux flux d’eau souterraine. De fait, les failles devraient être reconsidérées pour permettre d’améliorer les études de vulnérabilité ainsi que la qualité des modélisations d’aquifères karstiques. Par conséquent, ces travaux pourraient contribuer à la protection de la ressource en eau souterraine en améliorant les rendements d’exploitation de ce type d’aquifère.
O aquífero Lez, no sul da França, compreende calcários carstificados de baixa porosidade e que fornecem água potável para ~400,000 habitantes. O crescimento populacional e as mudanças climáticas aumentaram o estresse sobre os recursos hídricos. Para fornecer proteção a longo prazo e otimizar o suprimento de água, a hidrogeologia do aquífero Lez deve ser melhor caracterizada. Este estudo focou-se particularmente na zona de falha principal de St-Clément (12 km de comprimento com rejeito normal de 500 m), na qual foi caracterizada estruturalmente via mapeamento geológico preciso da área, análise de afloramentos e ferramentas geofísicas. A pesquisa destaca e explica a estreita relação entre a falha e as ocorrências cársticas. Ademais, testes com traçadores e variações de cargas piezométricas nos poços mostraram (1) forte interconexão entre as formações cársticas observadas e (2) o papel principal da falha de St-Clément nas transferências de massa e pressão no aquífero. Na escala do reservatório, as outras falhas principais do aquífero Lez, como as falhas Corconne-Matelles ou Gourg Noir, mostraram algumas características morfológicas e dinâmicas comuns e sugerem um funcionamento hidrogeológico semelhante. Este estudo estende esse modelo para uma escala maior. Ele propõe que, em aquíferos de carbonatos de baixa porosidade, as zonas de falhas controlam o desenvolvimento da principal rede cárstica que, por sua vez, controlam os principais fluxos de água subterrânea. Assim, as falhas devem ser reconsideradas a fim de melhorar os estudos de vulnerabilidade e a qualidade da modelagem do aquífero cárstico. Portanto, este artigo pode contribuir para a proteção dos recursos hídricos subterrâneos, melhorando a produtividade e otimizando a exploração do abastecimento de água subterrânea nesse tipo de aquífero.
法国南部的Lez含水层由低孔隙度的岩溶化的石灰岩组成,为约40万居民提供了饮用水。人口增长和气候变化增加了对水资源的压力。为了提供长期保护和优化供水,必须更好地表征Lez含水层的水文地质状况。本研究主要关注St-Clément主要断层带(长12 km,法向偏移500 m),该结构是基于该区域准确的地质填图,露头分析和地球物理工具来表征的。该研究突出并解释了断层与岩溶起源之间的密切关系。此外,示踪剂测试和井中的测压水头变化表明,(1)所观察到的岩溶层之间有很强的相互联系,(2)St-Clément断层对含水层中质量和压力传递的主要作用。在储层尺度,Lez含水层的其他主要断层,例如Corconne-Matelles断层或Gourg Noir断层,表现出一些共同的形态和动力学特征,并表明了类似的水文地质特征。然后,这项研究将这个模型扩展到更大的规模。研究得出,在低孔隙度碳酸盐岩的含水层中,断层带控制着主要岩溶网络的发展,而岩溶网络又控制着主要的地下水流。因此,应该重新考虑断层作用,以提高脆弱性研究和岩溶含水层建模的质量。因此,本文可为保护此类含水层中的地下水资源、提高开采量和优化地下水开发利用提供参考。