Abstract
AbstractGroundwater total dissolved solids (TDS) distribution was mapped with a three-dimensional (3D) model, and it was found that TDS variability is largely controlled by stratigraphy and geologic structure. General TDS patterns in the San Joaquin Valley of California (USA) are attributed to predominantly connate water composition and large-scale recharge from the adjacent Sierra Nevada. However, in smaller areas, stratigraphy and faulting play an important role in controlling TDS. Here, the relationship of stratigraphy and structure to TDS concentration was examined at Poso Creek Oil Field, Kern County, California. The TDS model was constructed using produced water TDS samples and borehole geophysics. The model was used to predict TDS concentration at discrete locations in 3D space and used a Gaussian process to interpolate TDS over a volume. In the overlying aquifer, TDS is typically <1,000 mg/L and increases with depth to ~1,200–3,500 mg/L in the hydrocarbon zone below the Macoma claystone—a regionally extensive, fine-grained unit—and reaches ~7,000 mg/L in isolated places. The Macoma claystone creates a vertical TDS gradient in the west where it is thickest, but control decreases to the east where it pinches out and allows freshwater recharge. Previously mapped normal faults were found to exhibit inconsistent control on TDS. In one case, high-density faulting appears to prevent recharge from flushing higher-TDS connate water. Elsewhere, the high-throw segments of a normal fault exhibit variable behavior, in places blocking lower-TDS recharge and in other cases allowing flushing. Importantly, faults apparently have differential control on oil and groundwater.
RésuméLa distribution de la teneur en solides dissous totaux (TDS) des eaux souterraines a été cartographiée à l’aide d’un modèle tridimensionnel (3D); il a été montré que la variabilité en TDS est largement contrôlée par la structure géologique et stratigraphique. Généralement les schémas de TDS dans la vallée de San Joaquim en Californie (EUA) sont attribués à la prédominance d’eau connée et à la recharge à grande échelle depuis la proche Sierra Nevada. Toutefois, dans de petits secteurs, la stratigraphie et failles jouent un rôle important dans le contrôle du TDS. Dans ce contexte, la relation entre la stratigraphie et la structure des concentrations en TDS est examinée pour le champ pétrolier de Poso Creek, Comté de Kern, Californie. Le modèle de TDS a été construit en utilisant des mesures de TDS d’échantillons d’eaux et de la géophysique sur les forages. Le modèle a été utilisé pour prédire les concentrations en TDS d’autres localisations dans un espace 3D au moyen d’une processus Gaussien pour interpoler le TDS sur un volume. Dans l’aquifère sus-jacent, le TDS est généralement <1,000 mg/L et augmente avec la profondeur de ~1,200–3,500 mg/L dans la zone d’hydrocarbures sous les argilites de Macoma—une unité à fine granulométrie, régionalement étendue—et atteint dans quelques secteurs isolés ~7,000 mg/L. L’argilite de Macoma crée un gradient vertical de TDS à l’ouest, où les épaisseurs sont les plus importantes, mais contrôle des baisses à l’est où il y a un amincissement permettant une recharge par des eaux douces. Le failles normales précédemment cartographiées mettent en évidence une inconsistance dans le contrôle du TDS. Dans un cas, la forte densité de failles parait prévenir une recharge par la circulation d’eau connée à fort TDS. Ailleurs, les segments à forte inclinaison d’une faille normale présentent un comportement variable, bloquant par endroits la recharge par des eaux à faible TDS, et permettant dans d’autres cas cette circulation. Il est important de noter que les failles ont apparemment un contrôle différent pour le pétrole et l’eau souterraine.
ResumenLa distribución de sólidos disueltos totales (TDS) en las aguas subterráneas se mapeó con un modelo tridimensional (3D); se comprobó que la variabilidad de los TDS está controlada en gran medida por la estratigrafía y la estructura geológica. Los patrones generales de TDS en el Valle de San Joaquín de California (EE.UU.) se atribuyen a la composición predominante del agua connata y a la recarga a gran escala de la adyacente Sierra Nevada. Sin embargo, en áreas más pequeñas, la estratigrafía y las fallas juegan un papel importante en el control de los TDS. Aquí se analizó la relación de la estratigrafía y la estructura con la concentración de TDS en el campo petrolífero de Poso Creek, en Kern County, California. El modelo de TDS se construyó utilizando muestras de TDS de agua de producción y geofísica de pozos. El modelo se utilizó para predecir la concentración de TDS en ubicaciones discretas en el espacio tridimensional y se empleó un proceso gaussiano para interpolar los TDS en un determinado volumen. En el acuífero suprayacente, los TDS son típicamente <1,000 mg/L y aumentan con la profundidad hasta ~1,200-3,500 mg/L en la zona de hidrocarburos por debajo de la arcilla de Macoma—una unidad de grano fino regionalmente extensa—y alcanzan ~7,000 mg/L en sitios aislados. La arcilla de Macoma crea un gradiente vertical de TDS en el oeste, donde es más gruesa, pero el control disminuye hacia el este, donde se estrecha y permite la recarga de agua dulce. Se encontró que las fallas normales previamente mapeadas mostraban un control poco consistente sobre los TDS. En un caso, las fallas de alta densidad parecen impedir la recarga de agua connata de mayor TDS. En otros lugares, los segmentos de alta densidad de una falla normal muestran un comportamiento variable, en algunos lugares bloqueando la recarga de TDS más bajos y en otros casos permitiendo el lavado. Es importante destacar que las fallas parecen tener un control diferencial sobre el petróleo y el agua subterránea.
摘要采用三维 (3D) 模型绘制了地下水总溶解固体 (TDS) 分布。其结果表明TDS 的变异性在很大程度上受地层和地质结构的控制。加利福尼亚州(美国)San Joaquin河谷的TDS分布通常是由于原生水成分和邻近内华达山脉的大规模补给。然而, 在较小的区域, 地层和断层在控制 TDS 方面起着重要作用。在加利福尼亚州Kern县的 Poso Creek 油田研究了地层和结构与 TDS 浓度的关系。 TDS 模型是使用抽出水的 TDS 样本和钻孔地球物理学构建的。该模型用于预测 3D 空间中离散位置的 TDS 浓度, 并使用高斯方法在整个空间进行插值。在上覆含水层中, TDS 通常 <1,000 mg/L, 并在 Macoma 粘土岩(区域性广泛存在的细颗粒体)下方的碳氢化合物带随深度增加至约 1,200–3,500 mg/L, 在局部孤立地区达到约 7,000 mg/L。Macoma 粘土岩在西部最厚处形成垂直 TDS 梯度, 但控制力向东逐渐减弱并接收淡水补给。发现先前绘制的正断层对 TDS表现出不一致的控制作用。一方面, 高密度断层似乎会阻止补给冲刷 TDS 较高的原生水。另一方面, 正断层的高抛段表现出不同的行为, 一些地方阻止低 TDS 补给和其他地方允许冲洗。重要的是, 断层对石油和地下水有着不同的控制作用。.
ResumoA distribuição de sólidos totais dissolvidos (STD) na água subterrânea foi mapeada em um modelo tridimensional (3D); verificou-se que a variação de STD é amplamente controlada pela estratigrafia e estruturas geológicas. O padrão geral de no Vale de São Joaquim na Califórnia (EUA) é atribuído à composição da água conata e à recarga em larga escala da adjacente Sierra Nevada. Entretanto, em áreas menores, a estratigrafia e as falhas têm um papel importante no controle de STD. Aqui, a relação entre estratigrafia e estruturas com a concentração de STD foi examinada no Campo de Óleo de Poso Creek, Condado de Kern, Califórnia. O modelo de STD foi construído usando dados de STD de amostras de água de produção e perfilagem geofísica de poços. O modelo foi usado para predizer a concentração de STD em pontos discretos no espaço 3D, e utilizou um processo Gaussiano para interpolação de STD sobre um volume. No aquífero sobrejacente, o valor de STD é tipicamente <1,000 mg/L e aumenta em profundidade, até ~1,200-3,500 mg/L na zona de hidrocarboneto abaixo do argilito Macoma—uma unidade de granulação fina e extensão regional—e atinge ~7,000 mg/L em pontos isolados. O argilito Macoma cria um gradiente vertical de STD a oeste, onde a unidade é mais espessa, mas o controle diminui para leste, onde ele afunila e permite a recarga de água doce. Falhas normais mapeadas anteriormente exibiram controle inconsistente em relação ao STD. Em um caso, a alta densidade de falhamento parece prevenir a água de recarga de escoar a água conata com elevado teor de STD. Nos demais locais, sedimentos de rejeito elevado de falhas normais exibem comportamento variado, ora bloqueando a recarga de água com baixo STD, ora permitindo a descarga. É importante ressaltar que as falhas aparentam ter controle diferencial sobre o óleo e a água subterrânea.