Integrating geophysical and hydrochemical borehole-log measurements to characterize the Chalk aquifer, Berkshire, United Kingdom

Abstract.

Geophysical and hydrochemical borehole-logging techniques were integrated to characterize hydraulic and hydrogeochemical properties of the Chalk aquifer at boreholes in Berkshire, UK. The down-hole measurements were made to locate fissures in the chalk, their spatial extent between boreholes, and to determine the groundwater chemical quality of the water-bearing layers. The geophysical borehole logging methods used were caliper, focused resistivity, induction resistivity, gamma ray, fluid temperature, fluid electrical conductivity, impeller and heat-pulse flowmeter, together with borehole wall optical-imaging. A multiparameter data transmitter was used to measure groundwater temperature, electrical conductivity, dissolved oxygen, pH, and redox potential of the borehole fluid down-hole. High permeability developed at the Chalk Rock by groundwater circulation provides the major flow horizon at the Banterwick Barn study site and represents a conduit system that serves as an effective local hydraulic connection between the boreholes. The Chalk Rock includes several lithified solution-ridden layers, hardgrounds, which imply a gap in sedimentation possibly representing an unconformity. Lower groundwater temperature, high dissolved-oxygen content, and flowmeter evidence of preferential groundwater flow in the Chalk Rock indicated rapid groundwater circulation along this horizon. By repeating the logging at different times of the year under changing hydraulic conditions, other water-inflow horizons within the Chalk aquifer were recognized.

Résumé.

Des techniques géophysiques et hydrochimiques de diagraphies en forage ont été mises en oeuvre pour caractériser les propriétés hydrauliques et hydrogéochimiques de l'aquifère de la craie dans des forages du Berkshire (Grande-Bretagne). Les mesures en descente ont été faites pour localiser les fissures dans la craie et leur développement spatial entre forages, et pour déterminer la qualité de l'eau souterraine des niveaux aquifères. Les méthodes géophysiques utilisées pour les diagraphies en forage étaient le calibrage, la résistivité concentrée, la résistivité par induction, le rayonnement gamma, la température du fluide, la conductivité électrique du fluide, un courantomètre à impulsions et à flux de chaleur, avec une sonde vidéo pour l'examen des parois du forage. Une sonde multiparamètre a été utilisée pour mesurer la température, la conductivité électrique, l'oxygène dissous, le pH et le potentiel redox dans le fluide du forage à la descente. Une forte perméabilité développée dans la craie par les écoulements souterrains forme le principal niveau d'écoulement du site d'étude de Banterwick Barn ; elle est constituée d'un système de conduits qui crée une connexion hydraulique locale efficace entre les forages. Cet horizon est formé de plusieurs niveaux de haut-fonds lithifiés, qui impliquent l'existence d'une lacune de sédimentation susceptible pouvant correspondre à une discordance. Une plus faible température de l'eau souterraine, une plus forte concentration en oxygène dissous, les indications du courantomètre sur un écoulement préférentiel dans la craie indiquent une circulation rapide de l'eau souterraine le long de cet horizon. En répétant les diagraphies à des moments différents de l'année sous des conditions hydrauliques variées, d'autres horizons d'écoulements d'eau dans l'aquifère de la craie ont été reconnus.

Resumen.

Se ha integrado técnicas geofísicas e hidroquímicas de registro de sondeos para caracterizar las propiedades hidráulicas e hidrogeoquímicas del acuífero de la Creta en perforaciones de Berkshire (Reino Unido). Las medidas en los sondeos tenían como objetivo localizar fisuras en las cretas, así como determinar su extensión espacial entre sondeos y calidad química de las aguas subterráneas. Entre los métodos de testificación geofísica utilizados, se halla el calibre, la resistividad focalizada e inducida, los rayos gamma, la temperatura y la conductividad eléctrica del fluido, impulsores y medidores de flujo en sondeos por pulsos de calor, junto con el televisor óptico en las paredes de los sondeos. Se ha empleado un transmisor multiparamétrico para medir la temperatura, la conductividad eléctrica, el oxígeno disuelto, el pH y el potencial redox de las aguas subterráneas en el sondeo. El horizonte más productivo está asociado a las superficies litificadas ('hardgrounds') de la Creta que han desarrollado una permeabilidad elevada debido a la circulación de las aguas subterráneas; identificado en el emplazamiento de Banterwick Barn, representa un sistema de conductos que actúa como conexión hidráulica local efectiva entre los sondeos. La Creta incluye una serie de 'hardgrounds' compactada por migración de fluidos, produciendo un hiato sedimentario que posiblemente representa una inconformidad. La menor temperatura de las aguas subterráneas, junto con un alto contenido de oxígeno disuelto y la evidencia aportada por el medidor de flujo en sondeos respecto a un flujo preferente en la Creta, indican que la circulación de las aguas es rápida en dicho horizonte. Repitiendo la testificación en épocas distintas del año y bajo condiciones hidráulicas diferentes, se ha podido identificar otros niveles productivos en el acuífero de la Creta.