Hydrogeological framework and estimation of aquifer hydraulic parameters using geoelectrical data: a case study from West Iran

Abstract

Detailed local geological, geophysical, and hydrogeological investigations were carried out for the alluvial aquifer in the Kangavar basin, West Iran to delineate the architecture of different subsurface geological horizons using lithologs and generated vertical electrical sounding (VES) data. An attempt has also been made to estimate aquifer transmissivity from resistivity data. Forty VESs were recorded with the Schlumberger electrode configuration in the study area; 28 of these were selected for evaluation. The maximum current electrode spacing was 400–500 m. The data obtained were interpreted by computer iterative modeling with curve matching for calibration purposes. In order to ascertain the subsurface geological framework, the general distribution of resistivity responses of the geological formations was obtained and geoelectrical sections along a number of lines were prepared. Probable aquifer horizons from these sections were identified. The transmissivity of the unconfined aquifer was computed by determining the Dar-Zarrouk parameters (longitudinal unit conductance and transverse unit resistance) and were compared with the actual field transmissivity. The results showed a direct relation between aquifer transmissivity and modified transverse resistance.

Résumé

Des investigations locales détaillées, géologiques, géophysiques, hydrogéologiques, ont été réalisées sur l’aquifère alluvial du basin de Kangavar, Ouest de l’Iran, pour décrire la structure de différents horizons de subsurface en utilisant les données de logs lithologiques et de sondages électriques verticaux (SEV). Une campagne de résistivité a aussi été réalisée pour estimer la transmissivité de l’aquifère. Quarante sondages électriques verticaux ont été exécutés dans la zone d’étude avec quadripôle Schlumberger; les données de 28 d’entre-eux ont été retenues pour l’évaluation. L’espacement maximal des électrodes courant était 400–500 m. Les données obtenues ont été traitées sur le mode itératif avec calage sur abaque. Afin de s’assurer du cadre géologique de subsurface, on a relevé la distribution des résistivités et exécuté des profils géoélectriques localisant des horizons aquifères probables. La transmissivité de l’aquifère libre a été calculée à l’aide des paramètres de Dar Zarrouk (conductance longitudinale et résistance transverse) comparés avec la transmissivité réelle. Les résultats montrent une relation directe entre la résistance transverse ajustée et la transmissivité de l’aquifère.

Resumen

Se llevaron a cabo investigaciones locales detalladas hidrogeológicas, geofísicas y geológicas para el acuífero aluvial en la cuenca Kangavar, Oeste de Irán, para delinear la arquitectura de diferentes horizontes geológicos subsuperficiales usando perfilajes litológicos y datos generados de sondeos eléctricos verticales (SEV). Se hizo un intento también para estimar la transmisividad del acuífero a partir de datos de resistividad. Se registraron cuarenta SEVs con la configuración de electrodos de Schlumberger en el área de estudio, se seleccionaron 28 de estos para la evaluación. El máximo espaciamiento de los electrodos de corriente fue de 400–500 m. Los datos obtenidos fueron interpretados por una modelación iterativa computacional con ajustes de curvas para los propósitos de la calibración. Con el objeto de confirmar el marco geológico subsuperficial se obtuvo la distribución general de respuestas de la resistividad de las formaciones geológicas y se prepararon secciones geoeléctricas a lo largo de una serie de líneas. Se identificaron probables horizontes acuíferos a partir de estas secciones. La transmisividad del acuífero no confinado se calculó determinando los parámetros Dar-Zarrouk (conductancia unitaria longitudinal y resistencia unitaria transversal) y fue comparada con la transmisividad real de campo. Los resultados mostraron una relación directa entre la transmisividad del acuífero y la resistencia transversal modificada.

چکیده

تحقیقات زمین شناسی، ژئوفیزیکی و هیدروژئولوژی در دشت کنگاور واقع در غرب ایران به جهتبررسی های لایه های زیرسطحی و اشکال هندسی آن با استفاده از لیتولوگ های موجود زمین شناسی وداده های ژئوالکتریکی انجام گردید. همچنین تلاش در جهت برآورد و تخمین قابلیت انتقال از داده های ژئوالکتریکی انجام شد. دراین تحقیق 48 سونداژ الکتریکی با آرایه شلومبرگر و حداکثر فاصله الکترودهای جریان بین 500–400 متر انجام و سپس 28 سونداژ الکتریکی با توجه به موقعیتشان برای تعیین ضرایب هیدرولیکی انتخاب گردید. داده های صحرایی بدست آمده با روش منحنی تطابقی و مدل سازی کامپیوتری به منظور کالیبرسیون انجام گردید. چارچوب زمین شناسی زیرسطحی و توزیع کلی مقاومت الکتریکی در طول و عرض با ترسیم پروفیل های متفاوت و لایه های آبدار احتمالی مشخص گردید. قابلیت انتقاللایه های آبدار از پارامترهای " دارزروک " محاسبه و سپس با داده های موجود صحرایی مقایسه شد. نتایج نشان داد که رابطه مستقیم بین قابلیت انتقال لایه آبدار آبخوان و مقاومت عرضی اصلاح شده وجود دارد.

واژه های کلیدی : روش ژئوالکتریک، حواص الکتریکی، مقاومت الکتریکی، قابلیت انتقال، ایران

摘要

在伊朗西部Kangavar流域的冲积含水层进行了详尽的地质、地球物理及水文地质调查工作。利用岩性和电测深数据 (VES) 刻画了地下不同地质层位的结构特征。同时, 根据电阻率计算了含水层的水力传导系数。按照斯伦贝谢 (Schlumberger) 电极排列方式在研究区内测得了40组测深曲线 (VESs) 。本文选出其中28组用于计算评价。最大的供电电极间距是400–500 m。对得到的结果用计算机进行迭代计算, 采用配线法进行模型标定。为了查明地质结构, 测量了电阻率分布, 用以反映地层特征, 并沿线设立了若干地电剖面。根据这些剖面, 查明了含水层的大致分布范围。基于Dar-Zarrouk参数 (纵向单位电导和横向单位电阻) 计算了非承压含水层的传导系数, 并将之与实测水力传导系数进行了比较。结果表明含水层导水系数和修正过的横向电阻之间的关系非常显著。

Περίληψη

Λεπτομερής γεωλογική και υδρογεωλογική έρευνα πραγματοποιήθηκε στη λεκάνη Kangavar του Δυτικού Ιράν για να καθορισθεί η αρχιτεκτονική των διαφορετικών γεωλογικών οριζόντων με τη χρήση γεωλογικών τομών και δεδομένων από κατακόρυφες ηλεκτρικές διασκοπήσεις (VES). Έγινε προσπάθεια υπολογισμού της μεταβιβαστικότητας (Τ) του υδροφορέα από δεδομένα ηλεκτρικής αντίστασης. Για το σκοπό αυτόν πραγματοποιήθηκαν σαράντα (40) ηλεκτρικές διασκοπήσεις με τη μέθοδο Schlumberger, εκ των οποίων 28 επελέγησαν για αξιολόγηση. Το μέγιστο διάστημα της απόστασης των ηλεκτροδίων ήταν 400–500 m και τα δεδομένα ερμηνεύθηκαν με ειδικό λογισμικό. Για την εξακρίβωση του γεωλογικού καθεστώτος του υπεδάφους, εξετάστηκε η γενική κατανομή της ηλεκτρικής αντίστασης και οι γεωηλεκτρικές τομές κατά μήκος ενός αριθμού διαδρομών. Πιθανά υδροφόρα στρώματα εντοπίσθηκαν από αυτές τις τομές. Η μεταβιβαστικότητα του ελεύθερου υδροφορέα υπολογίσθηκε με τον καθορισμό των παραμέτρων Dar-Zarrouk (επιμήκης μοναδιαία αγωγιμότητα και εγκάρσια μοναδιαία αντίσταση) και στη συνέχεια συγκρίθηκε με τα πραγματικά δεδομένα πεδίου. Τα αποτελέσματα έδειξαν μια άμεση συσχέτιση μεταξύ της μεταβιβαστικότητας του υδροφορέα και της τροποποιημένης εγκάρσιας αντίστασης.

Riassunto

Dettagliati studi geologici, geofisici e idrogeologici sono stati realizzati per l’acquifero alluvionale del bacino Kangavar, posto nella porzione occidentale dell’Iran, con lo scopo di determinare i caratteri geometrici di diversi orizzonti geologici sotterranei. Diversi dati stratigrafici e sondaggi elettrici verticali (SEV) sono stati utilizzati. La trasmissività dell’acquifero è stata stimata dai dati di resistività. Quaranta SEV sono stati realizzati con la configurazione schematica di Schlumberger; tra questi sono stati selezionati 28 SEV per le successive elaborazioni. La massima distanza tra gli elettrodi è stata fissata a 400–500 m. I dati ottenuti sono stati interpretati mediante software di modellazione, basato su procedure iterative per l’ottimizzazione delle curve finali di calibrazione. Al fine di riconoscere i lineamenti stratigrafici del sottosuolo, la distribuzione della resistività delle formazioni geologiche è stata ottenuta unitamente alla redazione di numerose sezioni geoelettriche. Probabili livelli acquiferi sono stati riconosciuti su tali basi. La trasmissività dell’acquifero freatico è stata calcolata determinando i parametri di Dar-Zarrouk per poi confrontarli con quelli reali, determinati in sito. I risultati mostrano una relazione diretta tra trasmissività e resistenza trasversale modificata.

ملخص

التحقيقات المحلية الجيولوجية، الجيوفيزيائية والهيدروجيولوجية والمفصلة والتي نفدت خارج الفرشة المائية الجوفية الرسوبية داخل حوض كنجفار غرب إيران سعت إلى تحديد بنية مختلف الطبقات الجيولوجية تحت السطحية ودلك باستعمال ليتولوج وأيضا باستخدام الكهربائية السبر العمودي (الفيس بيانات). هده المحاولة خلصت أيضا إلى تقدير ترانسمیسیویتی من خلال البيانات المقاومية. داخل مجال دراسة، أربعين فيس سجلت مع شلمبرجير قطب التكوين ؛ 28 منها اختيرت من أجل التقييم. في الوقت الحاضر أقصى الكترود تباعد هو ما بين 400 إلى 500 متر. البيانات التي تم الحصول عليها تم تفسيرها بواسطة الكمبيوتر النمذجة التكرارية مع منحنى مطابقة لأغراض المعايرة. بغية التأكد من الدراسة الجيولوجية تحت سطح الأرض، التوزيع العام لردود المقاومية النوعية للتكوينات الجيولوجية تم الحصول عليها والمقاطع الجيوكهربائية على طول عدد من الخطوط قد أعدت ترانسمیسیویتی. الطبقات المحتملة للفرشة المائية الجوفية من خلال هده المقاطع تم تحديدها. لطبقة المياه الجوفية غير المحصورة تم حسابها من خلال تحديد معالم دار زروق (الوحدة الطولية الموصلية والوحدة العرضية المقاومية) ، وتمت مقارنتها مع ترانسمیسیویتی ترانسمیسیویتی الميدانية الفعلية. النتائج أظهرت وجود علاقة مباشرة بين الفرشة المائية الجوفية والتغيرات المقاومية العرضية.

المصطلحات

طريقة الجيوالكترود، البيانات الهيدروليكية، المقاومية السبر، ترانسمیسیویتی، إيران.

Resumo

Foram realizadas investigações locais detalhadas da geologia, geofísica e hidrogeologia para o aquífero aluvial da bacia de Kangavar, oeste do Irão, a fim de delinear a arquitectura de diferentes horizontes geológicos subsuperficiais, usando dados de perfis geológicos e de sondagens eléctricas verticais (VES). Foi também feita uma tentativa para estimar a transmissividade do aquífero a partir de dados de resistividades. Na área estudada foram gravados quarenta VESs com a configuração de eléctrodos Schlumberger; 28 deles foram seleccionados para avaliação. O espaçamento máximo dos eléctrodos de corrente foi de 400–500 m. Os dados obtidos foram interpretados com computador por modelação iterativa com curva de ajuste para fins de calibração. Para verificar a estrutura geológica do subsolo, foi obtida a distribuição geral das respostas de resistividade às formações geológicas e foram preparadas secções geoeléctricas ao longo de um conjunto de linhas. A partir destas secções foram identificados horizontes aquíferos prováveis. A transmissividade do aquífero livre foi calculada através da determinação dos parâmetros de Dar-Zarrouk (unidade de condutância longitudinal e resistência transversal) e foi comparada com os dados actuais de transmissividade de campo. Os resultados mostraram uma relação directa entre a transmissividade do aquífero e a resistência transversal modificada.