Deformation mechanisms and hydraulic properties of fault zones in unconsolidated sediments; the Roer Valley Rift System, The Netherlands

In general, faults cutting through the unconsolidated sediments of the Roer Valley Rift System (RVRS), The Netherlands, form strong barriers to horizontal groundwater flow. The relationships between deformation mechanisms along fault zones and their impact on the hydrogeological structure of the fault zone are analyzed in a shallow (0–5 m below land surface) trench over one of the faults in the study area. Recently developed digital-image-analysis techniques are used to estimate the spatial distribution of hydraulic conductivity at the millimeter-scale and to describe the micromorphologic characteristics of the fault zone. In addition, laboratory measurements of hydraulic conductivity on core-plug samples show the larger-scale distribution of hydraulic conductivity in the damage zone flanking the main fault plane. Particulate flow is the deformation mechanism at shallow depths, which causes the damage zone around the fault, in the sand-rich parts, to have a relatively enhanced hydraulic conductivity. The fault core is characterized by reduced hydraulic conductivity due to clay smearing, grain-scale mixing, and iron-oxide precipitation.

Des failles recoupant des sédiments non consolidés du système du rift de la vallée de la Roer (Pays-Bas) forment en général de fortes barrières vis-à-vis des écoulements souterrains horizontaux. Les relations entre les mécanismes de déformation le long des zones de failles et leur impact sur la structure hydrogéologique de la zone faillée sont analysées dans une tranche peu profonde (0–5 m) au-dessus d'une des failles de la région étudiée. Des techniques d'analyse d'images numériques développées récemment sont utilisées pour estimer la distribution spatiale de la conductivité hydraulique à l'échelle millimétrique et pour décrire les caractéristiques micro-morphologiques de la zone de faille. De plus, des mesures de conductivité hydraulique faites au laboratoire sur des carottes d'échantillons montrent la distribution à large échelle de la conductivité hydraulique dans la zone déformée qui est associée au principal plan de faille. Un écoulement particulier comme le mécanisme de déformation à ces faibles profondeurs provoque des déformations autour de la faille dans les parties riches en sable en sorte que la conductivité hydraulique est relativement augmentée alors que le cœur de la faille est caractérisé par une conductivité hydraulique réduite du fait d'un enduit d'argiles, d'un mélange avec des grains en écaille et de la précipitation d'oxydes de fer.

Las fallas que atraviesan los sedimentos no consolidados del Sistema Roer Valley Rift forman en general notables barreras al flujo horizontal de las aguas subterráneas. Se analiza la relación entre los mecanismos de deformación a lo largo de las zonas de falla y su impacto en la estructura hidrogeológica de éstas en una trinchera somera (0–5 m) situada sobre una de las fallas de la región. Se emplean técnicas de análisis digital de imágenes, recientemente desarrolladas, para estimar la distribución espacial de la conductividad hidráulica a escala milimétrica, y para describir las características micromorfológicas de la zona de fallas. Además, las medidas de conductividad hidráulica realizadas en laboratorio con testigos de sondeos muestran que la conductividad hidráulica presenta una distribución de mayor escala en la zona dañada que flanquea el plano principal de falla. El flujo de partículas actúa como mecanismo de deformación a escalas tan someras y origina la zona dañada en torno a la falla, en zonas ricas en arenas, dando lugar a una conductividad hidráulica más elevada. En cambio, la propia falla se caracteriza por una conductividad hidráulica menor, debido a procesos como el relleno de arcillas, la mezcla de tamaños de grano y la precipitación de óxidos de hierro.