thesis

Les eaux souterraines du sultanat d'Oman : origine, temps de circulation, mode de recharge et paléoclimatologie : approches hydrochimiques et isotopiques

Defense date:

Jan. 1, 1987

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Institution:

Paris 11

Disciplines:

Abstract EN:

This thesis comprises a study commissioned by the Council for Conservation of Environment and Water Resources to compliment ongoing exploration and evaluation of groundwater resources in Oman. Isotopic and geochemical methods are employed to determine groundwater mean circulation times and their recharge sources. Complementary investigations, carried out at the University of Paris-Sud, reconstruct the dominant late Pleistocene and Holocene paleoclimates’ in the region. Stable isotopes in rain and groundwater (¹⁸O, ²H), in dissolved carbonate, carbonate minerals and CO2 (¹³C, ¹⁸O) and in sulphate (¹⁸O, ³⁴S) are applied in identifying groundwater origins and recharge mechanisms. Mean groundwater circulation times are estimated through tritium (³H) and radiocarbon (¹⁴C) modelling. Chlorine-36 is used to provide estimates of rates of recharge. Groundwater flow systems within eighteen integral study areas are investigated individually, followed by a regional synthesis. In northern Oman, the most significant groundwater resources are shallow, associated with unconsolidated wadi and coastal alluvium, recharged by summer convective rainfall systems or in fractured bedrock aquifers, recharged at altitude by infrequent low pressure systems from the northwest. Tritium shows rapid circulation in less than 5 to 10 years. Deeper ground waters, in lower permeability aquifers, are considerably older (10 years). In southern Oman, deep confined ground waters in the interior (Najd) have mean residence times in excess of 10,000 years, probably recharged during the Holocene pluvial. The uppermost (phreatic) aquifers receive modern recharge from infrequent storms passing into the interior. Modern precipitation (monsoon) at altitude in the aquifer outcrop area is shown to recharge the coastal aquifers, with no evidence of flow to the Najd. Palaeoclimatic investigations are based on a new approach using travertines deposited by hyperalkaline ground waters (Ca +-OH-; pH > 11. 5). Variations in texture and stable isotope, signatures are shown to record the humid and arid climatic phases within the time scale of C dating (the past 33,000 years). Unusual isotope depletions (¹³CCaCO₃ = -33. 6 ‰ formed by atmospheric CO₂) associated with such travertine formation are investigated in a series of laboratory experiments, showing a combination of diffusion effects and reaction kinetics to be responsible.

Abstract FR:

Cette thèse a pour origine, une étude sur les eaux souterraines en Oman, développée et financée par "Council for Conservation of Environment and Water Resources" du Sultanat d'Oman. Son but était de recenser et d'évaluer les ressources en eau d'Oman. Les temps de résidence et les modes de recharge des aquifères ont été étudiés à l'aide des ''outils" chimiques et isotopiques. À partir de ces études une approche paléoclimatique est développée. Cette dernière a été menée au Laboratoire à d'Hydrologie et Géochimie Isotopique, Université de Paris-Sud, Orsay. Dans le nord du Sultanat d’Oman, les ressources en eau sont principalement localisées dans des aquifères superficiels, associes au réseau hydrographique de surface (wadis). Les teneurs en ³H stipulent que la recharge des aquifères est très liée au régime pluviométrique actuel. Les aquifères profonds, localisés dans des formations à faible perméabilité présentent en revanche des eaux anciennes. Les aquifères côtiers se révèlent être très sensibles aux intrusions marines, provoquées par une surexploitation des ressources en eau. A l'intérieur des terres (région du Najd) au sud du Sultanat, les eaux souterraines sont majoritairement localisées dans des formations carbonatées qui affleurent en altitude (1000m) vers la côte. Ces formations contiennent des aquifères captifs (eaux très anciennes), surmontés d'un aquifère libre réalimenté directement par des eaux récentes. Les pluies de mousson, importantes sur les reliefs, ne participent pas à la recharge des aquifères du Nadj. Seuls les aquifères côtiers sont alimentés par les pluies de mousson. Les études paléoclimatiques ont été effectuées à partir des dépôts de travertin qui se produisent autour des sources hyperalcalines (pH supérieur à 11,5), situées au nord d’Oman. Il est montré que les travertins présentent des teneurs en isotopes stables différentes selon la pluviosité des paléoclimats. Le carbone est d’origine atmosphérique ou biogénique, les âges fournis par le ¹⁴C sont donc voisins des âges réels et précisent ainsi les variations climatiques depuis 30 000 ans B. P.