A conceptual hydrogeological model of ophiolite hard-rock aquifers in Oman based on a multiscale and a multidisciplinary approach

Benoît Dewandel (1, 2) , Patrick Lachassagne (1) , Françoise Boudier (3) , Saïd Al-Hattali , Bernard Ladouche (1) , Jean-Louis Pinault (1) , Zaher Al-Suleimani

1 BRGM - Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM)
2 IFCGR - Indo-French Center for Groundwater Research
3 ISTEEM - Institut des Sciences de la Terre, de l'Environnement et de l'Espace de Montpellier

Ophiolites are found all over the world: from the Alps to the Himalayas, in Cuba, Papua-New Guinea, New Caledonia, Newfoundland, etc. They are composed of hard rocks—basalt, dolerite, gabbro and peridotite, which are formed at the mid-oceanic ridges, with specific ridge-related tectonic fracturing and intense hydrothermal alteration. Their geological and thus their hydrogeological properties differ from those of both granite or “classical” gabbro and “classical” basaltic lava. A conceptual hydrogeological model of these hard-rock aquifers was developed based on the convergent results of a multidisciplinary approach at several spatial scales, from rock-sample (centimetre) to catchment (kilometre), on well-preserved ophiolite rocks in Oman. In ophiolite rocks, groundwater circulation takes place mostly in the fissured near-surface horizon (≈50 m thick), and, to a lesser degree, in the tectonic fractures. Hydrograph analysis (Water Resour Res 34:233–240, 1977), interpretation of numerous pumping tests using both classical Theis and dual porosity models [Water Resour Res 32:2733–2745, 1996; Comput Geosci J (in press)], and mercury porosity and hydraulic conductivity lab-measurements support the aquifer parameter estimates. The hydraulic conductivity K of the fissured horizon is estimated at 10−5 to 10−6 m/s for gabbro and dolerite, and 10−7 m/s for peridotite. The storage coefficient S of the peridotite aquifer is estimated at 10−3 and appears to be controlled mainly by microcracks (20 to 100 μm wide). Tectonic fractures in the ophiolite have similar hydrodynamic properties regardless of lithology (10−1

Les ophiolites se trouvent partout dans le monde : des Alpes à l’Hymalaya, à Cuba, Papouasie Nouvelle-Guinée, Nouvelle Calédonie, etc. Les ophiolites sont composées de roches dures basaltiques, de dolérites, gabbros et péridotites, qui sont formées aux rides mi-océaniques, avec, en relation avec les rides, une fracturation tectonique et une altération hydrothermale intense. Leurs propriétés géologiques et hydrogéologiques diffèrent de celles des granites ou des gabbros “classiques” ou des laves basaltiques “classiques”. Un modèle hydrogéologique conceptuel des aquifères de hard-rock a été développé sur les résultats convergents d’une approche multidisciplinaire à différentes échelles spatiales, de l’échantillon de roche de quelques centimètres à la taille du bassin versant en kilomètres, des ophiolites bien conservées d’Oman. Dans les roches ophiolitiques, la circulation des eaux souterraines est surtout localisée dans les fissures d’un horizon de surface de plus d’une cinquantaine de mètres et à un degré moindre dans les fractures tectoniques. L’analyse des hydrographes (Water Resour Res 34:233–240, 1977), l’interprétation des nombreux essais de pompage utilisant des modèles classiques de Theis et des modèles à double porosité (Water Resour Res 32:2733–2745, 1996; Comput Geosci J (Soumis), la porosité au mercure et la conductivité hydraulique calculée en laboratoire supportent l’estimation des paramètres de l’aquifère. La conductivité hydraulique K de l’horizon fissuré est estimée entre 10−5 et 10−6 m/s pour les gabbros et les dolérites, et 10−7 m/s pour les péridotites. Le coefficient d’emmagasinement S de l’aquifère de péridotite est estimé à 10−3 et semble être contrôlé par les micro-fractures (20 à 100 μm de largeur). Les fractures tectoniques dans les ophiolites possèdent des propriétés hydrodynamiques en regard de la lithologie (10-1

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Les ophiolites se trouvent partout dans le monde : des Alpes à l’Hymalaya, à Cuba, Papouasie Nouvelle-Guinée, Nouvelle Calédonie, etc. Les ophiolites sont composées de roches dures basaltiques, de dolérites, gabbros et péridotites, qui sont formées aux rides mi-océaniques, avec, en relation avec les rides, une fracturation tectonique et une altération hydrothermale intense. Leurs propriétés géologiques et hydrogéologiques diffèrent de celles des granites ou des gabbros “classiques” ou des laves basaltiques “classiques”. Un modèle hydrogéologique conceptuel des aquifères de hard-rock a été développé sur les résultats convergents d’une approche multidisciplinaire à différentes échelles spatiales, de l’échantillon de roche de quelques centimètres à la taille du bassin versant en kilomètres, des ophiolites bien conservées d’Oman. Dans les roches ophiolitiques, la circulation des eaux souterraines est surtout localisée dans les fissures d’un horizon de surface de plus d’une cinquantaine de mètres et à un degré moindre dans les fractures tectoniques. L’analyse des hydrographes (Water Resour Res 34:233–240, 1977), l’interprétation des nombreux essais de pompage utilisant des modèles classiques de Theis et des modèles à double porosité (Water Resour Res 32:2733–2745, 1996; Comput Geosci J (Soumis), la porosité au mercure et la conductivité hydraulique calculée en laboratoire supportent l’estimation des paramètres de l’aquifère. La conductivité hydraulique K de l’horizon fissuré est estimée entre 10−5 et 10−6 m/s pour les gabbros et les dolérites, et 10−7 m/s pour les péridotites. Le coefficient d’emmagasinement S de l’aquifère de péridotite est estimé à 10−3 et semble être contrôlé par les micro-fractures (20 à 100 μm de largeur). Les fractures tectoniques dans les ophiolites possèdent des propriétés hydrodynamiques en regard de la lithologie (10-1

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Benoît Dewandel, Patrick Lachassagne, Françoise Boudier, Saïd Al-Hattali, Bernard Ladouche, et al.. A conceptual hydrogeological model of ophiolite hard-rock aquifers in Oman based on a multiscale and a multidisciplinary approach. Hydrogeology Journal, 2005, 13 (5-6), pp.708-726. ⟨10.1007/s10040-005-0449-2⟩. ⟨hal-03763638⟩