Assessment of well design and sustainability in hard-rock formations in northern Ghana

Some of the main problems in well construction are associated with installation of casing, especially in the overburden. A total of 1,485 lined and open wells, drilled in the hard rocks of the Precambrian basement complex and Palaeozoic sedimentary (Voltaian) formations in northern Ghana were studied. Of these, 500 were directly monitored. It was observed that the surfaces within the production zones of open wells had weathered, leading to silting and reductions in depth and yield, posing physical water-quality challenges. Also, the average life span of the open wells is about 15 years. The fully lined wells, on the other hand, perform very well with time, lasting for over 40 years on average, with a more sustainable physical water quality over their life span. The comparative cost of constructing an open well was found to be about 26% less than that of a lined well due to less construction material requirements. Although open wells may be relatively cheaper than lined wells to construct in hard rocks, the life span is shorter and should not be encouraged for groundwater exploitation especially in community or rural water supply schemes.     

结晶岩地区深地震数据采集关键技术与方法

深反射地震是了解深部地质结构的主要手段,获取高品质的数据是给出合理地质解释的基础.在结晶岩地区,由于地层成层性差、非均质性严重,地震散射效应明显,导致地震波场复杂,同时结晶岩为非理想弹性体,不利于地震波能量转换,有效反射能量弱,信噪比低.加之深反射地震的目标层较深且受环境噪声干扰严重,高频信号衰减快,地震资料主频较低.这些因素使得在结晶岩区难以获得高品质的地震资料,为探索提高该类地区深反射地震资料质量的方法和技术,本文依托长江中下游成矿带2009—2014年深反射地震数据采集工作,在精细设计、严格施工的基础上,从激发和接收入手,开展了"轴向不耦合激发"、"宽频接收"和"宽线观测"等技术方法试验研究.结果表明,这些方法技术措施提高了下传弹性波能量,展宽了接收地震信号的频带,提高了覆盖次数和信噪比,有效改善了地震原始资料的品质和成像效果.研究结果对今后结晶岩地区深地震反射数据采集工作具有重要的实用价值和参考意义.     

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

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 m wide). Tectonic fractures in the ophiolite have similar hydrodynamic properties regardless of lithology (10^–1<T<10^–4 m²/s and 10^–1<S<10^–3) though the probability of obtaining productive wells is two to three times greater in gabbro and dolerite than in peridotite. Some of the tectonic fractures produce small hydrothermal, hyperalkaline springs in the peridotite. The water budget and hydrochemistry of the Oman ophiolite are characterized and support the conceptual hydrogeological model. Despite low annual rainfall, a relatively low hydraulic conductivity and a significant storage coefficient explain why most of the streams in peridotite are perennial.

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Résumé Les ophiolites se trouvent partout dans le monde : des Alpes à lHymalaya, 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 dune approche multidisciplinaire à différentes échelles spatiales, de léchantillon de roche de quelques centimètres à la taille du bassin versant en kilomètres, des ophiolites bien conservées dOman. Dans les roches ophiolitiques, la circulation des eaux souterraines est surtout localisée dans les fissures dun horizon de surface de plus dune cinquantaine de mètres et à un degré moindre dans les fractures tectoniques. Lanalyse des hydrographes (Water Resour Res 34:233–240, 1977), linterprétation 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 lestimation des paramètres de laquifère. La conductivité hydraulique K de lhorizon 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 demmagasinement S de laquifère de péridotite est estimé à 10^–3 et semble être contrôlé par les micro-fractures (20 à 100 m de largeur). Les fractures tectoniques dans les ophiolites possèdent des propriétés hydrodynamiques en regard de la lithologie (10-1<T<10-4 m²/s et 10-1/S/10-3) bien que la probabilité dobtenir des puits productifs est trois plus grand dans le grabbro et la dolérite que la péridétite. Quelques unes des fractures tectoniques produisent de petites sources hydrothermales hyperalcalines dans la péridotite. Le bilan hydrologique et hydrochimique de lophiolite dOman caractérise le modèle hydrogéologique conceptuel. Malgré des faibles précipitations annuelles, une relativement basse conductivité hydraulique et un coefficient demmagasinement significatif expliquent pourquoi la plus part des cours deau sur les péridotites ne sont jamais taris.

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Resumen Las rocas ofiolitas se encuentran en muchas partes del mundo desde los Alpes a los Himilaya, Newfoundland, Nueva Caledonia etc. Son rocas duras compuestas de basalto, dolerita, gabro y peridotita que son formadas por los cordones medio-oceánicos y por fracturación relacionada con los cordones tectónicos específicos y alteración hidrotermal intensa. La geología y los propiedades hidrogeológicas varian entre las de granito y gabro clásico y lava de basalto clásico. Se desarrolló un modelo conceptual de los acuíferos de las rocas duras Basado en los resultados convergentes de un enfoce multidisciplinario a varias escalas a partir de muestras de roca (centímetro) a cuenca kilómetro) enfocado en las rocas ofilíticas bien preservados en Oman. En las rocas ofiolíticas la circulación de agua ocurre principalmente en el horizonte de fisuras cercanas a la superficie (>50 m de espesor) y en un grado menos importante en fracturas tectónicas. Los estimados de los parámetros de estos acuíferos se basan en análisis de hidrógrafos (Water Resour Res 34:233–240, 1977), en la interpretación de pruebas de bombeo usando los modelos clásicos de Theis y de porosidad doble (Hamm y Bidaux 1996; Lods y Gouze, [en prensa]), y porosidad de mecurio y conductividad hidraúlica medida en el laboratorio. La conductividad hidraúlica K del horizonte fisurado se estima en 10E-5 a 10E-6 m-s para gabro y dolerita y 10E-7 para peridotita. El coeficiente de abastecimiento S del acuífero peridotita se estima en 10–3 y parece ser controlado principalmente por microfracturas (20 to 100 m de ancho). Las fracturas tectónicas en la ofiolita tienen propiedades hidrodinámicas similares independientes de la litología (10–1<T<10–4 m²/s and 10–1<S<10–3) pero la probabilidad de obtener pozos productivos es dos o tres veces mayor en gabro que en dolerita o peridotita. Algunas de las fracturas tectónicas producen pequeñas descargas de agua hidrotermal hiperalcalina en la peridotita. El presupuesto e hidroquímica de las ofilitas de Omán se caracteriza y apoya en el modelo conceptual hidrogeológico. La baja lluvia anual, una conductividad hidraúlica relativamente baja y un coeficiente de abastecimiento importante explican porqué la mejoría de los drenajes en peridotita es peremne.