The hydrogeology and hydrogeochemistry of the Barwon Downs Graben aquifer, southwestern Victoria, Australia

Abstract

The Barwon Downs Graben lies on the northern flanks of the Otway Ranges and is situated approximately 70 km southwest of Geelong, Victoria, Australia. The major lower Tertiary Barwon Downs Graben aquifer comprises highly permeable sands and gravels interbedded with clays and silts of the hydraulically interconnected Pebble Point, Dilwyn and Mepunga Formations. Groundwater flows east into the Barwon Downs Graben from the Barongarook High, and yields ¹⁴C ages up to ∼20 ka implying that recharge rates are low and, consequently, that the resource could be impacted by overabstraction. The presence of three different lithological units has led to the development of localized flow systems that has resulted in a lack of regular spatial variations in groundwater chemistry. Stable isotopic data suggests that groundwater was recharged under similar climatic conditions as of today. The major ion chemistry of the freshest groundwater is dominated by Na and HCO₃ while higher TDS groundwater, from the confining Narrawaturk Marl, is dominated by Na and Cl. Cl/Br ratios are close to rainfall suggesting that halite dissolution is not the principle source of salts. An excess of Na relative to Cl in fresher groundwater suggests that feldspar dissolution has occurred, however, water–rock interaction is limited. The concentrations of Ca, Mg, and SO₄ are controlled by silicate dissolution and ion-exchange reactions with clays.

Résumé

Le graben de Barown Downs est situé sur le flanque nord de Otway Ranges, 70 km sud ouest de Geelong, Victoria, Australie. L’aquifère majeur inférieur d’age tertiaire de Barown Downs se compose de sables et de gravières, de grande perméabilité interconnectés avec des horizons d’argile et de limon qui sont en liaison hydraulique avec les formations de Peble Point, de Dilwyn et de Mepunga. La principale direction de l’écoulement des eaux souterraines est vers l’est tendis que le ¹⁴C indique une age d’approximativement de 20 ka ce qu’implique une faible recharge. En conséquence la ressource peut être affectée par une surexploitation. Les trois unités différenciées par la lithologie ont conduit aux systèmes d’écoulement locaux avec une variation importante de la composition chimique de l’eau. Les isotopes stables suggèrent que l’aquifère a été alimenté dans des conditions climatiques comparables avec les conditions actuelles. Les ions prédominants dans l’eau sont le Na et HCO₃ tendis que l’eau avec des hautes valeurs en résidu sec provenant de marnes de Narrawaturk présente surtout des ions de Na et Cl. Le rapport Cl/Br dans les eaux souterraines et dans les précipitations présente des valeurs comparable en suggérant que la dissolution de l’halite n’est pas la principale source du sel. Un excès de Na par rapport au Cl suggère une dissolution des feldspaths mais que l’interaction avec la marice rocheuse est assez limitée. Les concentrations en Ca, Mg et SO₄ sont conditionnées par la dissolution des silicates ainsi que par les échanges ioniques avec les minéraux argileux.

Resumen

El Graben de Barwon Downs yace en los flancos norte de las Montañas Otway y se sitúa aproximadamente 70 km suroeste de Geelong, Victoria, Australia. El mayor acuífero del Terciario Inferior, dentro del Graben Barwon Downs, comprende arenas y gravas muy permeables, interestratificadas con arcillas y limos que están interconectados hidráulicamente con las Formaciones Pebble Point, Dilwyn y Mepunga. El agua subterránea fluye hacia el este dentro del Graben Barwon Downs, proviene del Barongarook High y por ¹⁴C dió edades hasta de 20 mil años, que implican que las proporciones de la recarga son bajas y por consiguiente, que el recurso pudiera afectarse por sobre-explotación. La presencia de tres unidades litológicas diferentes ha llevado al desarrollo de sistemas de flujo locales, que han resultado en la carencia de las variaciones espaciales típicas en la química del agua subterránea. Los datos de isotópos estables hacen pensar en que el agua subterránea se recargó bajo condiciones climáticas similares a las de hoy. La química de los iones mayores del agua subterránea más dulce está dominada por el Na y HCO₃, mientras que el agua subterránea con los SDT más altos, de la Marga Narrawaturk de tipo confinado, está dominada por Na y Cl. La relación de Cl/Br está cerca de los valores para la lluvia, lo que hace pensar que la disolución de la halita no es la fuente principal de las sales. Un exceso de Na con relación al Cl, en las aguas subterráneas más dulces, sugiere que ha ocurrido la disolución del feldespato, sin embargo, la interacción entre agua-roca es limitada. Las concentraciones de Ca, Mg y SO₄ son controladas por la disolución del silicato y por reacciones del intercambio iónico con las arcillas.