Avaliação da conectividade entre um aquífero sobrejacente e um recurso de gás de camada de carvão usando isótopos de metano, carbono orgânico dissolvido e trítio

Scientific Reports volume 5, Artigo número: 15996 (2015) Citar este artigo

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A produção de gás de veios de carvão (CSG) pode ter um impacto na qualidade e quantidade das águas subterrâneas em aquíferos adjacentes ou sobrejacentes. Para avaliar este impacto, precisamos de determinar a química de fundo das águas subterrâneas e mapear os caminhos geológicos da conectividade hidráulica entre os aquíferos. No sudeste de Queensland (Qld), Austrália, uma província de exploração e produção de CSG de importância global, mapeamos a conectividade hidráulica entre as Medidas de Carvão da Valônia (WCM, a formação alvo para a produção de gás) e o Aquífero Aluvial do Rio Condamine (CRAA) sobrejacente. usando concentração de metano (CH4) em águas subterrâneas e composição isotópica (δ13C-CH4), concentração de trítio (3H) em águas subterrâneas e carbono orgânico dissolvido (DOC). Uma pesquisa móvel contínua de CH4 adjacente aos desenvolvimentos do CSG foi usada para determinar a assinatura da fonte de CH4 derivada do WCM. Tendências na concentração de δ13C-CH4 nas águas subterrâneas versus concentração de CH4, em associação com a concentração de DOC e análise de 3H, identificam locais onde o CH4 nas águas subterrâneas do CRAA provavelmente se origina do WCM. A metodologia é amplamente aplicável em regiões de desenvolvimento de gás não convencional em todo o mundo, por fornecer um indicador precoce de caminhos geológicos de conectividade hidráulica.

A produção de gás não convencional, que é cada vez mais importante para a indústria energética global, é o foco de grandes questões ambientais. Os debates sobre o impacto da produção de gás podem depender de alegações sobre fugas e emissões de CH4, mas as metodologias para identificar fontes de gás ainda são fracas. A produção de gás não convencional requer normalmente a extracção conjunta de grandes quantidades de água subterrânea por dia, o que pode afectar os níveis das águas subterrâneas em aquíferos vizinhos1,2. Outra preocupação ambiental é o impacto da migração de gás nos recursos hídricos subterrâneos superficiais1,2,3,4,5. Estudos recentes em locais de produção de gás de xisto nos EUA relatam níveis elevados de CH4 em aquíferos até dois quilómetros de distância dos poços de produção6,7. Estudos mais recentes argumentam que isto pode não ser resultado da produção de gás de xisto8,9. Embora a investigação esteja largamente associada aos desenvolvimentos de gás de xisto nos EUA1,2,3,4,5,6,7,8,9, questões semelhantes associadas à conectividade hidráulica dos aquíferos também acompanham os desenvolvimentos do CSG em todo o mundo. É claro que é necessário desenvolver uma metodologia para quantificar os potenciais impactos da produção de gás não convencional, bem como uma compreensão dos caminhos existentes de conectividade hidráulica, antes da produção significativa de gás.

Esta pesquisa testa a hipótese de que o CH4 pode ser usado para mapear zonas e identificar caminhos de conectividade hidráulica entre um local de produção de gás e um aquífero de água doce adjacente. As vias naturais de conectividade podem ser através de falhas, redes de fraturas e formações sedimentares permeáveis10. Existem também caminhos potenciais de conectividade hidráulica através de poços de exploração abandonados e revestimentos de poços defeituosos11,12.

Estudos anteriores realizados nos EUA, perto da produção de gás de xisto, utilizaram isótopos estáveis ​​para identificar fontes de CH4 em águas subterrâneas pouco profundas13,14. Este estudo, pela primeira vez, testa a adequação do uso conjunto de δ13C-CH4, concentração de DOC [DOC] e atividade de 3H nas águas subterrâneas para avaliar a conectividade hidráulica. Estas três medições fornecem informações consideráveis ​​sobre os caminhos do movimento das águas subterrâneas e do gás porque:

- As atividades 3H fornecem informações sobre os tempos de residência das águas subterrâneas e as vias de recarga,

- [DOC] fornece uma medida das entradas de carbono, seja da recarga do rio ou da migração ascendente de CH4 de um leito de carvão, e

- δ13C-CH4 pode ser usado para caracterizar as fontes potenciais de CH4 dentro de um aquífero.

A adequação do uso de 3H, [DOC] e δ13C-CH4 como parâmetros-chave para identificar locais onde há conectividade hidráulica entre um aquífero de água doce e um reservatório de gás não convencional subjacente é descrita em detalhes abaixo. A metodologia é aplicada a uma investigação de conectividade hidráulica entre o WCM alvo (à escala internacional, um grande desenvolvimento de gás não convencional) e o CRAA adjacente, que fornece água para regiões agrícolas irrigadas, produzindo produtos no valor de mil milhões de dólares. As metodologias aqui apresentadas são aplicáveis ​​a muitos recursos CSG grandes e geologicamente semelhantes em todo o mundo, incluindo os dos EUA, Índia, China e África do Sul15, porque medimos parâmetros geoquímicos que são comuns a todos os sistemas sedimentares.