Carter, Terry R. 
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7487-5879; Larmagnat, Stéphanie; Sun, Shuo; Letellier, Philippe et Russell, Hazen A. J.
(2023).
Caracterização da porosidade usando tomografias computadorizadas médicas em dois aquíferos paleocársticos profundamente enterrados em carbonatos Silurianos, Sul de Ontário, Canadá.
Hydrogeology Journal
, vol. 31
, nº 7.
pp. 1715-1734.
DOI: 10.1007/s10040-023-02668-9.
Résumé
Le paléokarst et les aquifères paléokarstiques ne sont pas aussi bien documentés que le karst superficiel, et les études sur les pores et les réseaux de pores sont rares. Le paléokarst ne contient pas de conduits ouverts typiques du karst à cause de la compaction, du remplissage et de la recristallisation due à l’enfouissement profond; de fait l’écoulement d’eau souterraine se limite à la porosité de matrice. Dans cette étude, les réseaux de pores de deux aquifères salins développés dans le paléokarst carbonaté de la formation silurienne Guelph et l’unité carbonatée Salina A-1 dans le sud de l’Ontario (Canada) ont été étudiés sur des carottes de forage aux échelles microscopique et macroscopique, en utilisant l’imagerie médicale CT-scan, la pétrographie optique, l’examen macroscopique des carottes et la microscopie électronique à balayage. Les CT scans fournissent une visualisation tridimensionnelle non destructive et une quantification de la distribution des pores, la taille et le volume, les connections entre pores et des estimations de la porosité totale, similaire à la porosimétrie gazeuse. Dans le carbonate A-1, 50% du volume poral comprend des couches de macropores associées à des laminations algaires avec de bonnes connections horizontales. Dans la formation Guelph, les macropores vacuolaires contribuent à l’essentiel du volume poral. Ils sont connectés par des fractures subverticales et des conduits karstiques remplis de débris et par de nombreux petits pores et micropores avec des connections horizontales limitées. Le paléokarst de la formation Guelph représente une période plus longue d’exposition subaérienne mise en évidence par une plus grande épaisseur et extension géographique, d’anciens conduits karstiques et une destruction quasi-totale de la fabrique sédimentaire primaire. Les résultats de l’étude fournissent des exemples concrets pour la construction de modèles d’aquifères paléokarstiques à l’échelle du laboratoire, démontrent la valeur d’une approche multi-échelle des études de porosité et illustrent la valeur des CT scans pour leur capacité unique à visualiser les connections de pores au sein des carottes de forage.
Abstract
Paleokarst and paleokarst aquifers are not as well-documented as shallow karst, and studies of pores and pore networks are rare. Paleokarst lacks the open conduits typical of karst due to compaction, infilling, and diagenetic recrystallization by deep burial, so groundwater movement is through matrix porosity. In this case study, porosity networks in two saline aquifers in carbonate paleokarst of the Silurian Guelph Formation and Salina A-1 Carbonate Unit in southern Ontario (Canada) have been studied in drill cores at microscopic to macroscopic scales, utilizing medical computed tomography (CT) scans, optical petrography, macroscopic core examination, and scanning electron microscopy. The CT scans provided nondestructive three-dimensional visualization and quantification of pore distribution, size and volume, pore connections, and estimates of total porosity, similar to gas porosimetry. In the A-1 Carbonate, 50% of the pore volume comprises layers of macropores associated with algal laminations, with good horizontal connections. In the Guelph Formation, vuggy macropores contribute most of the pore volume. They are connected through subvertical fractures and rubble-filled karst conduits and by abundant small pores and micropores with poor horizontal connections. The Guelph paleokarst represents a longer period of subaerial exposure as evidenced by its greater thickness and geographic extent, former karst conduits, and near-total destruction of primary sedimentary fabrics. The findings provide real-world examples for construction of laboratory scale models of paleokarst aquifers, demonstrate the value of a multi-scale approach to porosity studies, and showcase the value of medical CT scans with its unique ability to visualize pore connections within drill cores.
Resumen
El paleokarst y los acuíferos paleokársticos no están tan bien documentados como el karst somero, y los estudios de poros y redes de poros son escasos. El paleokarst carece de los conductos abiertos típicos del karst debido a la compactación, el relleno y la recristalización diagenética por enterramiento profundo, por lo que el movimiento del agua subterránea se produce a través de la porosidad de la matriz. En este estudio de caso, se han estudiado las redes de porosidad en dos acuíferos salinos en paleokarst carbonatado de la Formación Silúrica Guelph y la Unidad Carbonatada Salina A-1 en el sur de Ontario (Canadá) en testigos de perforación a escala microscópica y macroscópica, utilizando tomografías computarizadas (TC) de medicina, petrografía óptica, examen macroscópico de testigos y microscopía electrónica de barrido. Las tomografías computarizadas proporcionaron una visualización tridimensional no destructiva y la cuantificación de la distribución, el tamaño y el volumen de los poros, las conexiones de los poros y estimaciones de la porosidad total, similares a la porosimetría de gas. En el Carbonato A-1, el 50% del volumen de poros comprende capas de macroporos asociados a laminaciones algales, con buenas conexiones horizontales. En la Formación Guelph, los macroporos vuggy aportan la mayor parte del volumen de poros. Están conectados a través de fracturas subverticales y conductos cársticos rellenos de detritos y por abundantes poros pequeños y microporos con malas conexiones horizontales. El paleokarst de Guelph representa un período más largo de exposición subaérea, como demuestran su mayor espesor y extensión geográfica, los antiguos conductos kársticos y la destrucción casi total de los tejidos sedimentarios primarios. Los resultados proporcionan ejemplos del entorno real para la construcción de modelos a escala de laboratorio de acuíferos paleokársticos, demuestran el valor de un enfoque multiescala para los estudios de porosidad y ponen de manifiesto el valor de las tomografías computarizadas médicas con su capacidad única para visualizar las conexiones de los poros dentro de los testigos de perforación.
| Type de document: | Article |
|---|---|
| Mots-clés libres: | Canada; pore scale study; paleokarst; medical CT scan; carbonate rocks |
| Centre: | Centre Eau Terre Environnement |
| Date de dépôt: | 09 juill. 2024 17:47 |
| Dernière modification: | 09 juill. 2024 17:47 |
| URI: | https://espace.inrs.ca/id/eprint/15454 |
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