Aquitard Distribution In A Northern Reach Of The Miami Valley Aquifer, Ohio, USA: Part 2. Interpretation Of Facies And Geostatistical Results

ABSTRACT:

For a reach of the Miami Valley aquifer system centered on Dayton, Ohio, USA, lithologic information was compiled from outcrops, from the logs of 624 wells, and from a continuous core 15 cm in diameter. These data were analyzed using geostatistical and stratigraphic methodologies.

The aquifer system is composed of two contrasting facies, sand and gravel (aquifer) and diamicton (aquitard). The sand-and-gravel facies was deposited by glacial meltwater streams on valley-wide outwash plains, and the diamicton was deposited as till. Detailed analysis suggests that the till may represent several glacial advances and was initially heterogeneous, being locally interbedded with sand and gravel deposited by subglacial meltwater. Some combination of increased deposition and decreased erosion of till created an elevation interval with a high proportion of diamicton facies. As estimated from lithologic indicators, the diamicton facies accounts for less than half the volume of this interval, suggesting that erosion was a dominant process. Therefore, previous conceptual models of upper and lower aquifers separated by an aquitard are inappropriate.

Erosion is attributed to meltwater streams that dissected previous deposits more completely in the valley center. These streams flowed to the southwest, controlled by the orientation of the bedrock valley and the local topography of ice-contact deposits. Variogram ranges in the maximum and minimum principal directions give estimates of the typical distances over which facies are correlated, which are related to the preserved extent of individual channel segments and undissected, interchannel till. Combining the geostatistical results with an understanding of depositional processes and a conceptual model of facies distributions creates a quantitative hydrofacies model for this portion of the aquifer system. Such quantitative hydrofacies models are useful for modeling other portions of the aquifer system and other aquifer systems created by similar depositional processes.

RÉSUMÉ:

Pour une portion du système aquifère de la vallée de Miami centrée sur Dayton (Ohio, Etats-Uni), l'information lithologique a été constituée à partir des affleurements, des logs de 624 puits et d'un carottage continu de 15 cm de diamètre. Ces données ont été analysées par des méthodes géostatistiques et stratigraphiques.

Le système aquifère est formé de deux faciès différents, sables et graviers (aquifère) et diamicton (imperméable). Le facies à sables et graviers a été déposé par des torrents glaciaires dans des plaines d'intonation de larges vallées, et le faciès à diamicton correspond à une argile morainique. L'analyse fine fait apparaître que la moraine peut correspondre à plusieurs avancées glaciaires et était à l'origine hétérogène, car localement interstratifiée avec des sables et des graviers déposés par des eaux de fonte. La combinaison de dépôts en augmentation et d'érosion en diminution d'argile morainique a créé, à une certaine cote, un niveau riche en faciès à diamicton. Selon l'estimation des indicateurs lithologiques, le faciès à diamicton compte pour moins que la moitié du volume de cet intervalle, ce qui laisse penser que l'érosion a été le processus dominant. Par conséquent, les modèles conceptuels précédents qui séparaient des aquifères inférieur et supérieur par un imperméable étaient inexactes.

L'érosion est attribuée aux écoulements de fonte qui incisaient les dépôts précédents plus profondément au centre de la vallée. Ces chenaux coulaient vers le sud-ouest, contrôlés par l'orientation du substratum de la vallée et par la topographie locale des dépôts au contact de la glace. Les gammes des variogrammes dans les directions du minimum et du maximum principal donnent une estimation des distances sur lesquelles les faciès sont corrélés, et qui sont liées à l'étendue préservée des segments de chenaux individuels et de moraine non incisés entre les chenaux. La combinaison des résultats de la géostatistique avec une bonne connaissance des processus de dépôt et un modèle conceptuel de la distribution des faciès a permis de créer un modèle quantitatif des hydrofaciès pour cette partie du système aquifère. De tels modèles d'hydrofaciès sont utiles pour modéliser d'autres parties du système aquifère et d'autres systèmes aquifères résultant de processus de sédimentation semblables.

RESUMEN:

En un tramo del acuífero de Miami Valley, alrededor de Dayton, Ohio, Estados Unidos, se recopiló información procedente tanto de afloramientos, como de la perforación de 624 pozos y de testigos continuos de 15 cm de diámetro. Estos datos se analizaron mediante métodos geoestadísticos y estratigráficos.

El sistema acuífero se compone de dos facies diferenciadas, arenas y gravas (acuíferos) y materiales pobremente clasificados (acuitardo). La facies de arenas y gravas fue depositada por arroyos procedentes del deshielo de glaciares en las planicies de los valles, mientras que la fase menos permeable fue depositada como morrenas. Un análisis más detallado sugiere que la morrena puede representar varios avances de glaciaciones, y era inicialmente heterogénea, con algunas zonas localizadas de arenas y gravas depositadas por agua de deshielo subglacial. Alguna combinación de aumento de deposición y decremento de erosión en la morrena dieron lugar a una alta proporción de facies pobremente clasificada a una determinada elevación. Esta facies, según se ha estimado a partir de indicadores litológicos, presenta un volumen inferior a la mitad del volumen total correspondiente al intervalo, lo que sugiere que la erosión era un proceso dominante. Por tanto, modelos conceptuales previos, en los que se consideraba la existencia de un acuífero superior y otro inferior separados por un acuitardo, son inapropiados.

La erosión se atribuye a torrentes de deshielo que seccionaron depositos previos en la zona central del valle. Estos arroyos fluyeron hacia el sudoeste, controlados por la orientación del lecho de rocas y por la topografía local de los depósitos de hielo. El alcance de los variogramas en las direcciones principales mayor y menor proporcionan estimaciones de las distancias típicas sobre la que las facies están correlacionadas, lo que está relacionado con la extensión de los segmentos individuales de canales y de los depósitos morrénicos intercalados no seccionados. La combinación de los resultados geoestadísticos, con el entendimiento del proceso de deposición y el modelo conceptual de distribución de las facies, permite crear un modelo de facies cuantitativo para esta parte del sistema acuífero. Este tipo de modelos cunatitativos son útiles para modelar otras zonas del acuífero, así como otros acuíferos creados por procesos de deposición semejantes.