Оценка связи вышележащего водоносного горизонта с газовыми ресурсами угольного пласта с использованием изотопов метана, растворенного органического углерода и трития

Научные отчеты, том 5, Номер статьи: 15996 (2015) Цитировать эту статью

6313 Доступов

27 цитат

100 Альтметрика

Подробности о метриках

Добыча газа из угольных пластов (CSG) может оказать влияние на качество и количество подземных вод в прилегающих или вышележащих водоносных горизонтах. Чтобы оценить это воздействие, нам необходимо определить фоновый химический состав подземных вод и нанести на карту геологические пути гидравлической связи между водоносными горизонтами. На юго-востоке Квинсленда (Квинсленд), Австралия, всемирно важной провинции разведки и добычи CSG, мы нанесли на карту гидравлическую связь между Валлонскими угольными мерами (WCM, целевым пластом для добычи газа) и вышележащим аллювиальным водоносным горизонтом реки Кондамин (CRAA), с использованием концентрации и изотопного состава метана подземных вод (CH4) (δ13C-CH4), концентрации трития подземных вод (3H) и растворенного органического углерода (DOC). Непрерывное мобильное исследование CH4, примыкающее к разработкам CSG, использовалось для определения сигнатуры источника CH4, полученной из WCM. Тенденции изменения δ13C-CH4 в грунтовых водах в зависимости от концентрации CH4 в сочетании с концентрацией DOC и анализом 3H определяют места, где CH4 в подземных водах CRAA, скорее всего, происходит из WCM. Эта методология широко применима в регионах разработки нетрадиционных газовых месторождений по всему миру для обеспечения раннего индикатора геологических путей гидравлической связи.

Добыча нетрадиционного газа, которая приобретает все большее значение для мировой энергетической отрасли, находится в центре внимания основных экологических вопросов. Споры о влиянии добычи газа могут зависеть от утверждений об утечках и выбросах CH4, но методологии определения источников газа пока еще слабы. Добыча нетрадиционного газа обычно требует совместной добычи очень большого количества подземных вод в день, что может повлиять на уровень подземных вод в соседних водоносных горизонтах1,2. Еще одной экологической проблемой является воздействие миграции газа на неглубокие ресурсы подземных вод1,2,3,4,5. Недавние исследования вокруг объектов добычи сланцевого газа в США показали повышенное содержание CH4 в водоносных горизонтах на расстоянии до двух километров от добывающих скважин6,7. Более поздние исследования показали, что это может быть не результатом добычи сланцевого газа8,9. Хотя исследования в основном связаны с разработкой сланцевого газа в США1,2,3,4,5,6,7,8,9, аналогичные проблемы, связанные с гидравлической связью водоносных горизонтов, также сопровождают разработки CSG по всему миру. Очевидно, что до начала значительной добычи газа необходимо разработать методологию количественной оценки потенциального воздействия добычи нетрадиционного газа, а также понимание существующих путей гидравлической связи.

Это исследование проверяет гипотезу о том, что CH4 можно использовать для картирования зон и определения путей гидравлической связи между местом добычи газа и прилегающим водоносным горизонтом с пресной водой. Естественные пути связи могут проходить через разломы, сети трещин и проницаемые осадочные образования10. Существуют также потенциальные пути гидравлической связи через заброшенные разведочные скважины и неисправные обсадные колонны11,12.

Предыдущие исследования в США, связанные с добычей сланцевого газа, использовали стабильные изотопы для выявления источников CH4 в неглубоких грунтовых водах13,14. В этом исследовании впервые проверяется пригодность совместного использования δ13C-CH4, концентрации DOC [DOC] и активности 3H в подземных водах для оценки гидравлической связи. Эти три измерения дают значительную информацию о путях движения грунтовых вод и газа, потому что:

- Деятельность 3 H предоставляет информацию о времени пребывания подземных вод и путях их пополнения,

- [DOC] обеспечивает измерение поступления углерода либо в результате пополнения реки, либо восходящей миграции CH4 из угольного пласта, и

- δ13C-CH4 можно использовать для характеристики потенциальных источников CH4 в водоносном горизонте.

Пригодность использования 3H, [DOC] и δ13C-CH4 в качестве ключевых параметров для определения мест, где существует гидравлическая связь между пресноводным водоносным горизонтом и нижележащим нетрадиционным газовым резервуаром, подробно описана ниже. Методика применяется для исследования гидравлической связи между целевым WCM (в международном масштабе, крупным месторождением нетрадиционного газа) и вышележащим CRAA, который снабжает водой орошаемые сельскохозяйственные регионы, производя товары на миллиард долларов. Представленные здесь методологии применимы ко многим крупным и геологически сходным ресурсам CSG по всему миру, в том числе из США, Индии, Китая и Южной Африки15, поскольку мы измеряем геохимические параметры, общие для всех осадочных систем.