Groundwater-driven sedimentary diagenesis and control on aquifer characteristics: Integration of core and downhole geophysical data from the Paleocene Paskapoo Formation, west-central Alberta, Canada

Abstract The Paskapoo Formation is the primary groundwater supply in the province of Alberta, Canada. Fluvial sandstone channels form effective aquifers, although lateral continuity and yield can vary significantly over short distances. Borehole cores and geophysical logs from adjacent non-cored boreholes drilled in the Fox Creek area, at the northern edge of the Paskapoo Formation domain, enabled identification of intervals of friable sandstone with intervening tightly cemented sandstone. The combination of specific geophysical logs reveals the presence of highly cemented sandstone, which acts as a barrier and focuses groundwater circulation within permeable sandstone carrier beds. Multi-stage carbonate diagenesis, involving dissolution and precipitation in the presence of groundwater has generated the main physical properties of the aquifer. The sandstone is composed of quartz with feldspars and fragments of volcanic and carbonate rocks. Two types of porosity are recognized: primary depositional and secondary dissolution. The latter results from significant local dissolution by acidic groundwater of feldspars, volcanic rock fragments and carbonates. Within the secondary pores, various volumes of calcite cement can be present. δ 18 O VPDB and δ 13 C VPDB ratios indicate the cement has precipitated from groundwater with HCO 3 − derived from the dissolution of Paleozoic carbonate particles. The correlation of petrophysical core data with geophysical logs indicates that low permeability calcite cemented beds are characterized by a significant increase in values of resistivity, density and velocity, and elevated reflectivity in acoustic televiewer logs across sub-meter to meter-thick beds. Porosity logs derived from density logs correlate well with measured core porosity and provide complete vertical porosity profiles. , Résumé La Formation de Paskapoo est la ressource en eaux souterraines principale de la Province de l‘Alberta, Canada. Les chenaux de grès fluviaux constituent des aquifères productifs, bien que leur continuité latérale et leur productivité puissent varier de manière importante sur de courtes distances. Les carottes de forage et les diagraphies géophysiques des forages non carottés proches creusés dans la région de Fox Cree, à l’extrémité nord du domaine de la Formation de Paskapoo, ont permis l’identification des passées de grès meubles avec intercalation de grès fortement cimentés. La combinaison des logs géophysiques spécifiques révèle la présence de grès fortement cimentés qui jouent le rôle de barrière et qui orientent la circulation des eaux souterraines vers les lits de transit des grès perméables. La diagenèse multi-phases des carbonates, entraînant une dissolution et une précipitation en présence des eaux souterraines, a déterminé les propriétes physiques principales de l’aquifère. Le grès est composé de quartz avec des feldpath et des fragments de roches volcaniques et carbonatées. Deux sortes de porosité sont reconnues: celle du dépôt primaire, celle de la dissolution secondaire. Cette dernière résulte d’une dissolution importante par les eaux souterraines acides des feldpaths, des fragments de roches volcaniques et des cabonates. A l’intérieur des pores secondaires, des volumes variables de ciment calcitique peuvent être présents. Les indices δ 18 O VPDB etd δ 13 C VPDB indiquent que le ciment a précipité depuis les eaux souterraines avec un HCO 3 - provenant de la dissolution des particules carbonatées du Paléozoïque. La corrélation des données pétrophysiques du carottage et des diagraphies géophysiques indique que les lits de faible perméabilité cimentés par la calcite sont caractérisés par une augmentation importante des valeurs de résistivité, de densité et de vitesse et une réflectivité élevée dans les diagraphies télévisées acoustiques à la traversée des lits d’épaisseur sub-métrique à métrique. Les logs de porosité dérivés des logs de densité se corrèlent bien avec la porosité mesurée sur les carottes et fournissent des profils complets de porosité verticale. , Resumen La Formación Paskapoo es el principal suministro de agua subterránea en la provincia de Alberta, Canadá. Los depósitos de arenisca fluvial forman importantes acuíferos, aunque la continuidad lateral y el rendimiento pueden variar significativamente en distancias cortas. Los testigos de sondeo y los registros geofísicos de sondeos adyacentes no perforados en la zona de Fox Creek, en el extremo norte del dominio de la Formación Paskapoo, permitieron identificar intervalos de arenisca friable con arenisca intercalada fuertemente cementada. La combinación de registros geofísicos específicos revela la presencia de arenisca muy cementada, que actúa como barrera y concentra la circulación de aguas subterráneas dentro de capas portadoras de arenisca permeable. La diagénesis multietapa del carbonato, que implica disolución y precipitación en presencia de agua subterránea, ha generado las principales propiedades físicas del acuífero. La arenisca está compuesta de cuarzo con feldespatos y fragmentos de rocas volcánicas y carbonatadas. Se reconocen dos tipos de porosidad: deposicional primaria y de disolución secundaria. Esta última es el resultado de una importante disolución local de feldespatos, fragmentos de rocas volcánicas y carbonatos por aguas subterráneas ácidas. Dentro de los poros secundarios, pueden estar presentes varios volúmenes de cemento de calcita. Las proporciones δ 18 O VPDB y δ 13 C VPDB indican que el cemento ha precipitado de aguas subterráneas con HCO 3 - derivado de la disolución de partículas de carbonato paleozoico. La correlación de los datos petrofísicos de los testigos con los registros geofísicos indica que los yacimientos cementados con calcita de baja permeabilidad se caracterizan por un aumento significativo de los valores de resistividad, densidad y velocidad, y una reflectividad elevada en los registros del visor acústico a través de yacimientos de espesor submétrico a métrico. Los registros de porosidad derivados de los registros de densidad se correlacionan bien con la porosidad medida en el testigo y proporcionan perfiles verticales completos de porosidad. , 摘要 Paskapoo组是加拿大阿尔伯塔省的主要地下水供应来源。尽管河流砂岩河道形成了有效的含水层，但其横向连续性和产水量在短距离内可能显著变化。在Paskapoo组区域北缘的Fox Creek地区，通过钻取的岩心及相邻未取芯钻孔的地球物理测井数据，识别出了松散砂岩与紧密胶结砂岩交替的层段。特定地球物理测井数据的结合揭示了高度胶结砂岩的存在，其作为屏障将地下水循环集中在渗透性砂岩输水层中。多阶段的碳酸盐成岩作用，包括在地下水作用下的溶解和沉淀，形成了含水层的主要物理特性。砂岩由石英、长石以及火山岩和碳酸盐岩碎片组成。孔隙度分为两类：原生沉积孔隙和次生溶解孔隙。后者是由酸性地下水对长石、火山岩碎片和碳酸盐岩的局部显著溶解形成的。在次生孔隙中，可能存在不同体积的方解石胶结物。δ 18 O VPDB 和δ 13 C VPDB 比值表明，胶结物是由地下水沉淀形成的，其HCO 3 - 源自古生代碳酸盐颗粒的溶解。岩心岩石物理数据与地球物理测井数据的相关性表明，低渗透性的方解石胶结层具有电阻率、密度和速度值的显著增加，并且在声波电视测井中显示出亚米至米厚层段的高反射率。基于密度测井得出的孔隙度测井数据与实测岩心孔隙度高度相关，并提供了完整的垂向孔隙度剖面。 , Resumo A Formação Paskapoo é o principal suprimento de água subterrânea na província de Alberta, Canadá. Canais fluviais de arenito formam aquíferos efetivos, embora a continuidade lateral e a produção possam variar significativamente em curtas distâncias. Testemunhos de sondagens e perfis geofísicos de sondagens adjacentes sem testemunho, perfuradas na área de Fox Creek, na borda norte do domínio da Formação Paskapoo, permitiram a identificação de intervalos de arenito friável com arenito fortemente cimentado intercalado. A combinação de perfis geofísicos específicos revela a presença de arenito altamente cimentado, que atua como uma barreira e concentra a circulação da água subterrânea em leitos de arenito permeáveis. A diagênese carbonática em múltiplos estágios, envolvendo dissolução e precipitação na presença de água subterrânea, gerou as principais propriedades físicas do aquífero. O arenito é composto de quartzo com feldspatos e fragmentos de rochas vulcânicas e carbonáticas. Dois tipos de porosidade são reconhecidos: deposição primária e dissolução secundária. Esta última resulta da dissolução local significativa de feldspatos, fragmentos de rochas vulcânicas e carbonatos por águas subterrâneas ácidas. Dentro dos poros secundários, vários volumes de cimento de calcita podem estar presentes. As razões δ 18 O VPDB e δ 13 C VPDB indicam que o cimento precipitou da água subterrânea com HCO 3 - derivado da dissolução de partículas de carbonato paleozóico. A correlação de dados de testemunhos petrofísicos com perfis geofísicos indica que leitos cimentados de calcita de baixa permeabilidade são caracterizados por um aumento significativo nos valores de resistividade, densidade e velocidade, e refletividade elevada em registros de televisores acústicos em leitos de espessura submétrica a métrica. Os registros de porosidade derivados de registros de densidade correlacionam-se bem com a porosidade medida do núcleo e fornecem perfis de porosidade verticais completos.