The Pliocene Yafo Formation in Israel: Hydrogeologically inert or active?

Abstract

For several decades the “Saqiye beds” (later renamed Yafo Formation) underlying the Coastal Plain aquifer (Kurkar Group) aquifer of Israel, were regarded as an extremely thick, tectonically undisturbed, and absolutely impervious aquiclude. Following intensive groundwater exploitation from the overlying Kurkar Group aquifer, brackish and saline waters were locally encountered in the lower parts of this aquifer and always at the contact with the underlying Yafo Formation aquiclude. The present study revealed that this aquiclude is not a uniform and impervious rock unit, but rather an alternation of pervious and impervious strata within the Yafo Formation containing highly pressured fluids of different — mostly high — salinities. The permeable beds are at an angular unconformity and in direct contact with the overlying Kurkar Group aquifer. The Yafo Formation and the underlying and overlying rock units are dislocated by numerous fault systems, which facilitate accessibility of brines into the Kurkar Group aquifer. The mobilization of the saline fluids and their injection into the Kurkar Group aquifer could be due either to diffusion of saline fluids occurring in the permeable horizons of the Petah Tiqva Member through the clays of the Yafo Formation or to their upconing following intensive pumping in the Coastal Plain aquifer. It could have also been caused by up-dip movement of saline water as the result of overpressure generated by major accumulation of gas in the permeable horizons. Another possible mechanism could be hydraulic contact with pressurized brines up-flowing along fault zones from deep-seated Jurassic or Cretaceous reservoirs. The squeezing of saline interstitial water from the clays of the Yafo Formation into the overlying Kurkar Group aquifer, is of secondary importance for groundwater salinization (its input is comparable with salt input from rain).

Résumé

Depuis longtemps, les «couches de Saqiye», nommées maintenant formation de Yafo, constituant le mur de l’aquifère côtier (série de Kurkar) d’Israël, ont été considérées comme un ensemble extrêmement épais, sans déformation tectonique et totalement imperméable. À la suite de l’exploitation intensive de l’eau souterraine de l’aquifère sus-jacent de la série de Kurkar, des eaux salées et des saumures sont rencontrées occasionnellement dans les parties les plus profondes de cet aquifère et toujours au contact de l’imperméable sous-jacent de la formation de Yafo. Cette étude a révélé que cet imperméable n’est pas une unité géologique uniforme et imperméable, mais qu’il s’agit plutôt d’une alternance de couches perméables et imperméables dans la formation de Yafo contenant des fluides sous des pressions fortes avec des salinités différentes (?) et en général élevées (?). Les niveaux perméables sont en discordance angulaire et en contact direct avec l’aquifère sus-jacent de la série de Kurkar. La formation de Yafo et les unités géologiques situées dessous et dessus sont disloquées par de nombreuses systèmes de failles, qui facilitent le passage des saumures dans l’aquifère de la série de Kurkar. La mobilisation des fluides salins et leur injection dans l’aquifère de Kurkar pourraient être dues soit à la diffusion des fluides salins dans les horizons perméables du Petah Tiqva au travers des argiles de la formation de Yafo, soit leur remontée par upconing sous l’effet de pompages intensifs dans l’aquifère de la plaine côtière. Il peut aussi être causé par la remontée des eaux salines selon le pendage sous l’effet d’une surpression provoquée par une accumulation considérable de gaz dans les horizons imperméables. Un autre mécanisme possible pourrait être un contact hydraulique avec des saumures sous pression, remontant le long des zones de faille depuis des réservoirs profonds jurassiques ou crétacés. L’expulsion d’eau saline interstitielle des argiles de la formation de Yafo dans l’aquifère de Kurkar est d’importance secondaire pour la salinisation de l’eau souterraine ; cet apport est comparable à celui de sels par les pluies.

Resumen

Durante décadas, las “Saqiyebeds” (rebautizadas como Formación Yafo) que se sitúan bajo el acuífero Costero (Grupo Kurkar) de Israel fueron consideradas como un acuicludo extremadamente potente, tectónicamente inalterado y totalmente impermeable. Como resultado de la explotación intensiva del Grupo Kurkar, se produjo la mezcla de aguas salobres y salinas en la zona inferior de dicho acuífero y siempre en el contacto con el acuicludo subyaciente de la Formación Yafo. Este estudio reveló que el acuicludo no es una unidad rocosa uniforme e impermeable, sino que consiste en una alternancia de estratos permeables e impermeables dentro de la Formación Yafo, que contiene fluidos a alta presión de salinidades diferentes pero generalmente elevadas. Las capas permeables se hallan en inconformidad angular y en contacto directo con el acuífero superior del Grupo Kurkar. La Formación Yafo y las unidades rocosas infra- y suprayacentes están dislocadas por numerosos sistemas de fallas, lo que facilita el acceso de las salmueras al acuífero del Grupo Kurkar. Los fluidos de los horizontes permeables del Miembro Petah Tiqva a través de las arcillas de la Formación Yafo o hacia el ascenso de los domos salinos en respuesta a la extracción intensiva en el acuífero del Llano Costero. Podría también haber sido causado por el movimiento a favor del buzamiento de las aguas salinas como resultado de la sobrepresión generada por una acumulación mayor de gas en los horizontes permeables. Otro posible mecanismo podría basarse en el contacto hidráulico con salmueras presurizadas, que fluyen hacia arriba a favor de zonas de falla desde los reservorios profundos del Jurásico o del Cretácico. La extracción de agua salina intersticial desde las arcillas de la Formación Yafo hacia el acuífero superior del Grupo Kurkar es de importancia secundaria para la salinización de las aguas subterráneas, ya que su aportación es comparable a la procedente del agua de lluvia.