Estimation of aquifer hydraulic parameters from surface geophysical measurements: a case study of the Upper Cretaceous aquifer, central Sinai, Egypt

Abstract

The integration of geophysical data with direct hydrogeological measurements can provide a minimally invasive approach to characterize the subsurface at a variety of resolutions and over many spatial scales. The field of hydrogeophysics has attracted much attention during the last two decades. In this domain, the geophysical data inverted to geophysical models are interpreted in terms of the hydrogeology to serve as a basis for the definition of hydraulic models in the areas of interest. The hydraulic conductivity (K) value measured in a reference borehole has been combined with the electrical conductivity obtained from nearby geo-electromagnetic sounding data in the Cenomanian (Upper Cretaceous) aquifer, central Sinai, Egypt. The resulting relation was interpreted with Dar Zarrouk parameters to infer the transmissivity variations at other vertical electrical sounding locations, where K values are unknown. Coincident transient electromagnetic data have been adopted to increase accuracy while interpreting the aquifer geoelectrical properties. The results indicate that the transmissivity values in the aquifer of interest vary from 2,446 to 9,694 m²/day, and K varies from 12.9 to 57.0 m/day throughout the studied area.

Résumé

L’incorporation de données géophysiques aux mesures hydrogéologiques directes peut fournir une approche influencée de façon marginale pour caractériser l’eau de sub-surface avec une variété de résolutions et à de nombreuses échelles spatiales. Le champ de l’hydrogéophysique a suscité beaucoup d’intérêt durant les deux dernières décades. Dans ce domaine, les données géophysiques adaptées aux modèles géophysiques sont interprétées en termes d’hydrogéologie afin de servir de base à la définition de modèles hydrauliques dans les zones concernées. La valeur de la conductivité hydraulique (K) mesurée dans un forage de référence a été associée à la conductivité électrique obtenue de données de carottages géo-électromagnétiques voisins dans l’aquifère Cénomanien (Crétacé Supérieur), Sinai central, Egypte. La relation qui en résulte a été interprétée avec les paramètres Dar Zarrouk afin d’en déduire les variations de transmissivité à d’autres emplacements de carottages électriques verticaux, où les valeurs de K ne sont pas connues. Des données électromagnétiques transitoires qui coïncident ont été adoptées afin d’accroître la précision lors de l’interprétation des propriétés géoélectriques de l’aquifère. Les résultats montrent que les valeurs de transmissivité dans l’aquifère concerné varient de 2,446 à 9,694 m²/jour, et que K varie de 12.9 à 57.0 m/jour dans toute la région étudiée.

Resumen

La integración de datos geofísicos con medidas hidrogeológicas directas puede proveer un método mínimamente invasivo para caracterizar el subsuelo en un amplio rango de resoluciones y en muchas escalas espaciales. El campo de la hidrogeofísica ha atraído mucho la atención durante las dos últimas décadas. En este dominio, los datos geofísicos introducidos a modelos geofísicos se interpretan en términos de la hidrogeología para servir como una base para la definición de modelos hidráulicos en las áreas de interés. El valor de la conductividad hidráulica (K) medida en una perforación de referencia ha sido combinada con la conductividad eléctrica obtenida a partir de datos de sondeos geo-electromagnéticos próximos en el acuífero Cenomaniano (Cretácico superior), en el Sinai central, Egipto. La relación resultante fue interpretada con los parámetros de Dar Zarrouk para deducir las variaciones de transmisividad de sondeos eléctricos verticales en otros sitios, donde los valores de K son desconocidos. Los datos electromagnéticos transitorios coincidentes han sido adoptados para incrementar la precisión al mismo tiempo que se interpretan las propiedades geoeléctricas del acuífero. Los resultados indican que los valores de transmisividad en el acuífero de interés varían de 2,446 a 9,694 m²/día, y K varía desde 12.9 a 57.0 m/día a través del área estudiada.

为例

摘要:地球物理数据和直接水文地质测量联用是一种能在多种分辨率和空间尺度上描述地下特征的微创方法。在过去二十年间,水文地球物理技术受到了广泛关注。该技术将地球物理数据转化为地球物理模型并且给出水文地质解释,作为建立研究区水动力模型的基础。将参考钻孔中测得的渗透系数(K)值与附近埃及西奈中部Cenomanian(上白垩系)含水层地球电磁测深所获的电导率结合,用Dar Zarrouk参数来解译所得到的关系,从而推测K值未知时,其它垂向电测深点的导水系数变化。在解释含水层的地电性质时,用重叠瞬变电磁数据来提高准确度。结果表明,对于整个研究区,含水层的导水系数为2,446 ∼ 9,694 m²/d,K值的变化范围是12.9 ∼ 57.0 m/d。

Resumo

A integração dos dados geofísicos com medições hidrogeológicas directas pode proporcionar uma abordagem minimamente invasiva para a caracterização do subsolo numa variedade de resoluções e sobre inúmeras escalas espaciais. O campo da Hidrogeofísica tem atraído muita atenção durante as últimas duas décadas. Neste domínio, os dados geofísicos invertidos para modelos geofísicos são interpretados em termos da hidrogeologia para servir como base para a definição de modelos hidráulicos nas áreas de interesse. O valor da condutividade hidráulica (K) medido num poço de referência foi associado com a condutividade eléctrica obtida a partir de dados obtidos em sondagens geo-electromagnéticas próximas no aquífero Cenomaniano (Cretácico Superior), Sinai central, Egipto. A relação resultante foi interpretada com os parâmetros Dar Zarrouk para inferir as variações da transmissividade noutros locais dispondo de sondagens eléctricas verticais, onde os valores de K são desconhecidos. Os dados electromagnéticos transitórios coincidentes foram adoptados para aumentar a precisão ao interpretar as propriedades geoeléctricas do aquífero. Os resultados indicam que os valores de transmissividade do aquífero interessado variam de 2,446 a 9,694 m²/dia e K varia de 12.9 a 57.0 m/dia em toda a área estudada.