Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The coastal intrusion of brine threatens populations. This is particularly prejudicial in carbonate environments. We have studied the Miocene coral reef of S-E Majorca for better understanding the relation between geological structure and intrusion. For that purpose, we have used multi-scalar and multi-disciplinary methods. The measurements in 25 boreholes over the whole coral platform have allowed defining the stratigraphic structure and some elements of the regional tectonic. The reef progrades in the NE-SW direction, starting from the Aquitanian to terminates at the Messinian. The Messinian Salinity Crisis involves a disappearance of the Mediterranean corals and results in a Terminal Carbonate Complex which overlays a great part of the previously living corals of Majorca. At the experimental site scale, the study of the mineral composition, the texture, and the diagenesis have allowed characterization of the carbonate sequence heterogeneity. Layers of mineralization accompanied by dolomitization and low porosity correspond to postdepositional eustatic levels. The causes for the existence and the orientation of fractures are studied. The permeability to porosity relation is approached. The porosity structure is studied by comparison between primary and secondary porosity. This study contributes to the knowledge of the world best documented site for the evolution of carbonate reef reservoirs, with applications for brine intrusion and for hydrocarbon extraction.
Les intrusions d'eau salée en zone côtière constituent une menace pour la population. Celles-ci sont particulièrement dommageables en contexte carbonaté. Nous avons étudié le récif corallien Miocène du sud-est de Majorque afin de comprendre la relation entre structure géologique et intrusion. Pour cela nous avons utilisé des méthodes multi-scalaires et multi-disciplinaires. Les mesures dans 25 forages sur l'ensemble de la plateforme corallienne ont permis de préciser la structure stratigraphique et certains éléments de la tectonique régionale. Le récif prograde dans la direction NE-SO, en partant de l'Aquitanien pour aboutir au Messinien. La Crise de Salinité Messinienne entraîne une disparition des coraux méditerranéens et se traduit par un Complexe Carbonaté Terminal qui s'étend sur une grande partie des coraux autrefois vivants de Majorque. A l'échelle du site expérimental, l'étude de la composition minérale, de la texture et de la diagenèse ont permis de caractériser l'hétérogénéité de la séquence carbonatée. Des couches de minéralisation accompagnées de dolomitisation et de faible porosité correspondent à différents niveaux eustatiques post-dépositionnels. Les causes de l'existence et de l'orientation des fractures sont étudiées. La relation de perméabilité à porosité est précisée. La structure de porosité est étudiée par comparaison entre la porosité primaire et la porosité secondaire. Cette étude contribue à la connaissance du site le mieux documenté au monde pour l'évolution des réservoirs carbonatés récifaux, avec applications pour les intrusions d'eau salée et l'extraction des hydrocarbures.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The heterogeneous nature and sometimes karstified carbonate environments has a direct impact on many environmental issues, such as coastal aquifers affected by saltwater intrusion. At the south of the island of Mallorca (Spain), the Llucmajor carbonate platform offers a privileged site for the study of such intrusions including the experimental site of Campos who meets the intrusion at shallow depth. The characterization of heterogeneous properties passes through a preliminary description of the properties of carbonate reservoirs, including those of the porosity. According to the wide range of sizes of heterogeneities from micrometer to hundreds of meters, the use of multiscale methods is required. This thesis focused on the determination of multiscale porosities from the microporosity to karstic porosity, and of relationships between observation scale changes of these properties. At the micron scale, high-resolution X-ray microtomography allows to extract the microporosity and the microporous network connectivity. At lower resolution (mm), X-ray tomography is also used to study the micro- and macro-porous network at the core scale which is already allocated to number of observations and measurements, including petrophysical. At the borehole scale, the wall images are used to identify the dissolved zones from centimeter macropores to plurimetric karstic cavities. At the larger scale, surface geophysics study the lateral extension of the karsts and heterogeneities. Finally, the porous structure of the studied site is integrated with its wide range of scales into the regional geology of the Llucmajor platform. Thus, the hydrogeophysical observatory set up on the site of Campos to monitor the spreading of salt water in the aquifer is integrated in its geological and petrophysical context, in order to refine the interpretation of its variations of salinity measurements during the time.
La nature hétérogène et parfois karstifiée des milieux carbonatés a un impact direct sur nombre de problématiques environnementales, comme celle des aquifères côtiers affectés par une intrusion d'eau salée. Au sud de l'ile de Majorque (Baléares, Espagne), la plate-forme carbonatée de Llucmajor offre un site privilégié pour l'étude de telles intrusions notamment avec le site expérimental de Campos, qui rencontre l'intrusion à faible profondeur. La caractérisation des propriétés hétérogènes du réservoir passe par une description préalable des propriétés des réservoirs carbonatés et notamment celle de la porosité. Au regard de la large gamme d'échelles d'hétérogénéités allant du micromètre à la centaine de mètre, l'utilisation de méthodes multi-échelles est nécessaire. Ce travail de thèse a porté sur la caractérisation multi-échelle de la porosité, allant de la microporosité à la porosité karstique, et l'établissement de relations entre les changements d'échelles d'observation de ces propriétés. A très petite échelle, la microtomographie haute-résolution à rayons X extrait à l'échelle du micron la microporosité et la connectivité des réseaux microporeux. A plus basse fréquence (celle du mm), la tomographie est également utilisée afin d'étudier le réseau micro- et macroporeux à l'échelle des carottes, à laquelle sont réalisées nombre d'observations et de mesures, notamment pétrophysiques. A l'échelle du puits, les images de paroi permettent d'identifier les zones de dissolution allant des macropores centimétriques aux cavités karstiques plurimétriques. A plus grande échelle, la géophysique de surface permet d'étudier l'extension latérale de ces karsts et hétérogénéités. Enfin, la structure poreuse du site étudié sur cette vaste gamme d'échelles est intégrée à la géologie régionale de la plate-forme de Llucmajor. Ainsi, l'observatoire installé sur le site pour surveiller la propagation de l'eau salée dans l'aquifère a pu être replacé dans son contexte géologique et pétrophysique, afin d'affiner l'interprétation de ses mesures de variations de salinité au cours du temps.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : In coastal carbonate aquifers submitted to a saline intrusion, water - rock interactions processes at the interface between freshwater and saltwater are a cause for heterogeneities development within the porous media. The dissolutions and precipitations induced by the mixing zone play a major role in the transport properties of the reservoir and so in the long term evolution of the saltwater intrusion. The characterization and the in situ observation of a current saline intrusion in the Llucmajor carbonate platform at the experimental site of Ses Sitjoles (South-Easth of Mallorca Island, Spain), allowed to study the temporal evolution of the saltwater intrusion and the biogeochemical processes active in the mixing zone. The influence of microstructure, characterized using X-Ray microtomography, on the petrophysical and flow properties was investigated in laboratory and flow-through experiments were also conducted to study the modifications of the microstructures when submitted to water - rock interactions processes. The mixing zone at the Ses Sitjoles site appears as quite thick and not very sensitive to climate and anthropic stress and is proved to be the locus of active microbiological activity. Laboratory studies highlight a strong control of the microporosity on transport processes and of pCO2 on water - rock interactions. The percolation experiments of slightly reactive waters reveal calcite dissolution together with a decrease in permeability due to a rearrangement of micro-grains within the microporous network.
Les processus d'interactions fluide-roche à l'interface eau douce-eau salée, dans les aquifères carbonatés côtiers soumis à une intrusion saline, sont une des causes du développement d'hétérogénéités dans la structure du milieu poreux. Les dissolutions et/ou précipitations engendrées par la présence de cette zone de mélange jouent un rôle déterminant pour les propriétés de transport du réservoir et donc l'évolution à long terme de l'intrusion d'eau salée. En prenant l'exemple de la plateforme carbonatée de Llucmajor au niveau du site expérimental de Ses Sitjoles (Sud-Est de Majorque, Espagne), un travail de caractérisation et d'observation in situ à moyen terme de l'intrusion saline actuelle de ce réservoir permet de décrire son évolution temporelle et les processus biogéochimiques actifs dans la zone de mélange. L'influence de la microstructure du milieu poreux, caractérisée par microtomographie RX, sur les propriétés pétrophysiques et hydrodynamiques est étudiée en laboratoire et des expériences de percolations d'eaux réactives (mélanges eau douce - eau salée et eau pure chargée en CO2) sont réalisées afin d'étudier les modifications de ces microstructures lorsqu'elles sont soumises à des interactions eau - roche. La zone de mélange eau douce - eau salée rencontrée au niveau du site de Ses Sitjoles est large et peu sensible aux contraintes extérieures (climatologiques et anthropiques) et constitue un lieu d'activité microbiologique particulièrement actif. En laboratoire, on observe un fort contrôle des phénomènes de transport par la microporosité et des processus d'interactions eau - roche par la pCO2. Dans le cas d'une percolation de fluides moyennement réactifs, les expériences mettent en évidence une dissolution de calcite accompagnée par une diminution de la perméabilité, liée à un réarrangement des micro-grains à l'intérieur du réseau microporeux.
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Éditeur(s) : HAL CCSD Elsevier
Résumé : International audience
The Roussillon sedimentary Basin (South France) is a complex multi-layered aquifer, close to the Mediterranean Sea facing seasonally increases of water abstraction and salinization issues. We report geochemical and isotopic vertical variability in this aquifer using groundwater sampled with a Westbay System® at two coastal monitoring sites: Barcarès and Canet. The Westbay sampling allows pointing out and explaining the variation of water quality along vertical profiles, both in productive layers and in the less permeable ones where most of the chemical processes are susceptible to take place.The aquifer layers are not equally impacted by salinization, with electrical conductivity ranging from 460 to 43,000 μS·cm− 1. The δ2H–δ18O signatures show mixing between seawater and freshwater components with long water residence time as evidenced by the lack of contribution from modern water using 3H, 14C and CFCs/SF6. S(SO4) isotopes also evidence seawater contribution but some signatures can be related to oxidation of pyrite and/or organically bounded S. In the upper layers 87Sr/86Sr ratios are close to that of seawater and then increase with depth, reflecting water–rock interaction with argillaceous formations while punctual low values reflect interaction with carbonate. Boron isotopes highlight secondary processes such as adsorption/desorption onto clays in addition to mixings. At the Barcarès site (120 m deep), the high salinity in some layers appear to be related neither to present day seawater intrusion, nor to Salses-Leucate lagoonwater intrusion. Groundwater chemical composition thus highlights binary mixing between fresh groundwater and inherited salty water together with cation exchange processes, water–rock interactions and, locally, sedimentary organic matter mineralisation probably enhanced by pyrite oxidation.Finally, combining the results of this study and those of Caballero and Ladouche (2015), we discuss the possible future evolution of this aquifer system under global change, as well as the potential management strategies needed to preserve quantitatively and qualitatively this water resource.
ISSN: 0048-9697

hal-01685219
https://hal-brgm.archives-ouvertes.fr/hal-01685219
DOI : 10.1016/j.scitotenv.2016.05.016

Éditeur(s) : HAL CCSD Wiley
Résumé : International audience
Most of the Mediterranean coastal porous aquifers are intensively exploited. Because of climatic and anthropogenic effects, understanding the physical and geological controls on groundwater distribution and flow dynamics in such aquifers is crucial. This study presents the results of a structural investigation of a system located along the coastline of the Gulf of Lions (NW Mediterranean). A key aspect of this study relies on an onshore-offshore integrated approach combining outcrops, seismic profiles, and borehole data analysis. This multidisciplinary approach provides constraints on pore-fluid salinity distribution and stratigraphic organization, which are crucial in assessing the modes of groundwater/seawater exchanges. Onshore, Lower Pliocene deposits dip gently seaward. They are unconformably overlain by Holocene clays in the lagoons. Offshore the Pliocene deposits either outcrop at the seabed or are buried below nonconsolidated sands infilling paleo-valleys. Beneath the lido, the groundwater salinity distribution consists of salty pore water, overlying fresher pore water. Active circulation of groundwater masses is inferred from the geophysical results. In particular, offshore outcrops and paleo-valleys may play an important role in salt water intrusion.
ISSN: 0017-467X

halsde-00866825
https://hal.archives-ouvertes.fr/halsde-00866825
DOI : 10.1111/j.1745-6584.2012.01011.x