Groundwater flow in fractured aquifers in the Sevier Thrust Belt, Wasatch Mountains, Utah, USA

• Autorzy: Matyjasik M. , Yonkee W. , Barnett D.

Warianty tytułu

PL

Przepływ wód w szczelinowych poziomach wodonośnych w strefie nasunięcia sevier, góry Wasatch, Utah, USA

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fractured bedrock aquifers are becoming increasingly utilized in rapidly developing parts of the western USA, including the Emigration Canyon near Salt Lake City, Utah. The emigration Canyon area is located physiographically in the Wasatch Mountains (western province of the Rocky Mountains), and structurally within the Idaho–Utah–Wyoming thrust belt. The study area is characterized by a series of thrust faults and associated folds that transported a thick section of sedimentary rocks eastward to southeastward during the Cretaceous to Early Tertiary Sevier Orogeny. Locally developed cleavage, minor folds, and minor fault and fracture networks produce additional internal deformation. Stratigraphically, sedimentary rocks in the study area include steeply dipping Pennsylvanian to Early Cretaceous limestone, dolostone, sandstone, mudstone and shale, locally capped with gently dipping Late Cretaceous conglomerate. Shale and mudstone intervals are characterized by smaller-scale, bed-parallel partings, while thicker-bedded limestone, dolostone and sandstone units typically have larger-scale fractures of variable orientation. Sandstones and carbonate intervals have generally higher hydraulic conductivity, whereas shale and mudstones are primary confining layers. The water flow system is also strongly affected by local topography. Two major fractured aquifers are the Lower Jurassic Nugget aquifer and the Middle Jurassic Twin Creek aquifer. The Nugget aquifer consists of thick-bedded sandstone with prominent primary porosity and secondary fracture porosity. The Twin Creek aquifer consists mostly of thin-bedded limestone and shaley limestone, with mostly secondary fracture porosity. The aquifers are separated by a shale interval. Based on results of long-term pumping tests, long-term monitoring of water table elevation and variability of spring discharges, the aquifers react independently and differently to fluid stresses, indicating variable effects of primary grain porosity and secondary fracture porosity. The Twin Creek aquifer is characterized by significantly greater seasonal variations of hydraulic head, stronger effects of impermeable boundaries and anisotropy, and lower storage. Typical values of transmissivity are 10–100 m[sup]2[/sup]/day, for the Twin Creek and Nugget aquifers, but vary with changes in lithology and fracture characteristics.

PL

Szczelinowe poziomy wodonośne są coraz częściej eksploatowane w intensywnie rozwijających się zachodnich regionach USA, w tym Emigration Canyon w okolicach Salt Lake City w stanie Utah. Pod względem fizjograficznym obszar badań zlokalizowany jest w górach Wasatch (zachodnia część Gór Skalistych), pod względem strukturalnym – w obrębie pasa płaszczowinowego Idaho–Utah–Wyoming. Obszar badań charakteryzuje się serią uskoków i fałdów płaszczowinowych zbudowanych z miąższych serii skał osadowych, które zostały przesunięte na wschód lub południowy wschód podczas kredowych i wczesnotrzeciorzędowych ruchów górotwórczych. Utwory płaszczowinowe uległy dodatkowym deformacjom tektonicznym w postaci lokalnych spękań, drugorzędnych fałdów i uskoków. Typowe serie osadowe to wapienie, dolomity, piaskowce, mułowce i iłowce deponowane od karbonu do kredy. Lokalnie przykryte są zlepieńcami późnokredowymi. Skały te charakteryzują się stromym upadem. W iłowcach i mułowcach występują lokalne, równoległe do kierunku warstwowania spękania, w skałach gruboławicowych (wapienie, dolomity, piaskowce) występują szczeliny o zmiennej orientacji.Piaskowce i skały węglanowe stanowią warstwę wodonośną, charakteryzują się wysokimi wartościami współczynnika filtracji, natomiast iłowce i mułowce to utwory słabo przepuszczalne i stanowią zazwyczaj warstwy napinające zwierciadło wody. Pompowania badawcze wykazały, że utwory słabo przepuszczalne mogą przewodzić wodę, aczkolwiek proces ten jest nieporównywalnie wolny w stosunku do przepływu w warstwach wodonośnych. System przepływu wód podziemnych jest również silnie uzależniony od morfologii terenu.Na badanym obszarze występują dwa poziomy wodonośne o charakterze szczelinowym: dolnojurajska formacja Nugget oraz środkowojurajska formacja Twin Creek, rozdzielone serią słabo przepuszczalnych iłowców. Formacja Nugget składa się głównie z gruboławicowych piaskowców charakteryzujących się wyraźną porowatością szczelinową i porową, formacja Twin Creek – z cienkoławicowych wapieni i wapieni marglistych charakteryzujących się porowatością szczelinową. Oba poziomy wodonośne wykazują cechy syngenetycznej porowatości międzziarnowej i postgenetycznej porowatości szczelinowej, co ujawnia się w odmiennych wynikach próbnych pompowań, wahaniach zwierciadła wód podziemnych i wydajności źródeł. Formacja Twin Creek charakteryzuje się wyraźnie większymi wahaniami sezonowymi zwierciadła wód podziemnych, silniejszymi wpływami granic nieprzepuszczalnych, anizotropowością i mniejszą pojemnością warstwy wodonośnej. Wartości przewodnictwa wodnego zawierają się w przedziale 10–100 m[sup]2[/sup]/dobę i są zazwyczaj niższe w formacji Twin Creek; zależą od litologii i charakterystyki szczelin.

Słowa kluczowe

EN

fracture aquifers; double porosity; thrust belt; Wasatch Mountains

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2002
• Tom: nr 404
• Strony: 85--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Matyjasik M.

• Weber State University, Ogden 84408, Utah, USA

autor

Yonkee W.

• Barnett Intermountain Water Consulting 106 W. 500 S. #101 Bountiful, Utah 84010, USA

autor

Barnett D.

• Barnett Intermountain Water Consulting 106 W. 500 S. #101 Bountiful, Utah 84010, USA

Bibliografia

• [1] ASHLAND F.X., BISHOP C.E., LOWE M„ MAYES ВН., 1996 — The geology of the Snyderville Basin and its relation to ground water conditions: Utah Geological Survey Open File Report 337: 124 p.
• [2] BARENBLATT G.I., ZHELTOV Iu.P., KOCINA I.N., 1963 — Basic concepts in the theory of seepage of homogeneous liquids in fissured rocks (strata). J. Appl. Math. Mech., 24: 1260-1303 [Eng. transl.].
• [3] BROWN S.A., 1987 — Fluid flow through joints: the effects of surface roughness. J. Geoph. Res., 92: 1337-1347.
• [4] BRYANT В., 1990 — Geologic map of the Salt Lake City 30' x 60' quadrangle, north-central Utah, and Uinta County, Wyoming: U.S. Geological Survey Map 1-1944, scale 1:100,000.
• [5] CACAS M.C., LEDOUX E., DEMARSILY G., TILLIE В., 1990 — Modelling fracture flow with a stochastic discrete fracture network, calibration and validation. 1. The flow model. Water Resour. Res., 26: 479-489.
• [6] EVANS J.P., FORSTER C.B., GODDARD J.V., 1997 — Permeability of fault-related rocks, and implications for hydrau¬lic structure of fault zones: J. Struct. Geol., 19: 1393-1404.
• [7] HOLMES W.F., THOMPSON R.K., ENRIGHT M., 1996 — Water resources of the Park City area, Utah, with emphasis on ground water. Utah Dep. of Natural Resources Technical Publication No. 85: 81 p.
• [8] IMLAY R.W., 1967 — Twin Creek Limestone (Jurassic) in the western interior of the United States. US Geol. Surv. Prof. Pap. 540: 105 p.
• [9] JONES M.A., PRINGLE A.B., FULTON I.M., O'NEILL S„ 1999 — Discrete fracture network modeling applied to groundwater resource exploitation in southwest Ireland. In: K.J. W. McCaffrey, L. Lonegran, J.J. Wilkinson (eds.), Fractures, fluid flow, and mineralization. Geol. Soc. London Sp. Publ., 155: 83-103.
• [10] KAZEMI H., 1969 — Pressure transient analysis of naturally fractured reservoirs with uniform fracture distribution. Trans. Soc. Pet. Eng. AIME, 246: 451-462.
• [11] KEIGHLEY K.E., YONKEE W.A., ASHLAND F.X., EVANS J.P., 1997 — Bedrock geology of the Snyderville Basin: structural geology techniques applied to understanding the hydrogeology of a rapidly developing region, Summit County, Utah. Brigham Young University Geologic Studies, 42, part 2: 325-343.
• [12] UNDQUIST S.J., 1988 — Practical characterization of eolian reservoirs for development, Nugget Sandstone, Utah-Wyo¬ming thrust belt. Serf. Geol., 56: 315-339.
• [13] LONG J.C.S., WITHERSPOON P.A., 1985 — The relationship of the degree of interconnection to permeability in fracture networks: J. Geoph. Res., 90: 3087-3098.
• [14] MITRA G., YONKEE W.A., 1985 — Spaced cleavage and its relationship to major structures in the Idaho-Utah-Wyoming thrust belt of the Rocky Mountain Cordilleras. J. Struct. Geol., 7: 361-373.
• [15] MOENCH A.F., 1984 — Double-porosity models for a fissured groundwater reservoir with fracture skin. Wat. Resour. Res., 20, 7: 831-846.
• [16] ODA M., 1985 — Permeability tensor for discontinuous rock masses. Geotechnique, 35: 483 495.
• [17] ODA M., HATSUYAMA Y., 1987 — Numerical experiments on permeability tensor and its application to jointed granite at Stripa Mine, Sweden. J. Geoph. Res., 92: 8037-8048.
• [18] PETERSON J. A., 1957 — Marine Jurassic of northern Rocky Mountains and Williston Basin. AAPG Bull., 41:399 440.
• [19] PICARD M.D., 1975 — Facies, petrography and petroleum potential of Nugget Sandstone (Jurassic), southwestern Wyoming and northeastern Utah. In: D.W. Boylard (ed.), Deep drilling frontiers of the central Rocky Mountains: 109-127. Rocky Mountain Association of Geologists Guidebook.
• [20] STRELTSOVA T.D., 1983 — Hydrodynamics of groundwater flow in a fractured formation. Wat. Resour. Res., 12, 3: 405^114.
• [21] THEIS C.V., 1935 — The lowering of the piezometric surface and rate of discharge of a well using ground-water storage. Trans. Am. Geoph. Union, 16: 519-524.
• [22] WARREN I.E., ROOT P.J., 1963 — The behavior of naturally fractured reservoirs. Trans. Soc. Pet. Eng. AIME, 228, 3(3): 245-255.
• [23] WITHERSPOON P.A., WANG J.S.Y., IWAI K., GALE J.E., 1980 — Validity of the cubic law for fluid flow in a deformable rock fracture. Water Resour. Res., 16, 6: 1016-1024.
• [24] YONKEE W.A., BARNETT D., 2000 — Geologic and hydrogeologie setting of the upper Emigration Canyon area. Unpublished technical memorandum for Emigration Improvement District: 52 p.
• [25] YONKEE W.A., DECELLES P.G., COOGAN J., 1997 — Kinematics and synorogenic sedimentation of the eastern frontal part of the Sevier orogenic wedge. Brigham Young University Geologic Studies, 42, Part 1: 355-380.