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TitreA local test study distinguishes natural from anthropogenic groundwater contaminants near an Athabasca Oil Sands mining operation
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AuteurSavard, M M; Ahad, J M E; Gammon, P; Calderhead, A I; Rivera, A; Martel, R; Klebek, M; Lefebvre, R; Headley, J V; Welsh, B; Smirnoff, A; Pakdel, H; Benoit, N; Liao, S; Jautzy, J; Gagnon, C; Vaive, J; Girard, I; Peru, K
SourceCommission géologique du Canada, Dossier public 7195, 2012, 140 pages, https://doi.org/10.4095/292074
Année2012
ÉditeurRessources naturelles Canada
Documentdossier public
Lang.anglais; anglais
DOIhttps://doi.org/10.4095/292074
Mediaen ligne; numérique
Formatspdf
ProvinceAlberta
SNRC74D/13; 74D/14; 74E/03; 74E/04
Lat/Long OENS-112.0000 -111.2500 57.2500 56.7500
Sujetseau souterraine; écoulement de la nappe d'eau souterraine; ressources en eau souterraine; géochimie des eaux souterraines; pollution de l'eau souterraine; pollution par le pétrole; résidus; contamination des métaux lourds; aquifères; débits d'alimentation en eau; acidité; hydrogéologie; combustibles fossiles
Illustrationslocation maps; photographs; plots; tables; schematic diagrams; histograms; ternary diagrams
Consultation
Endroit
 
Bibliothèque de Ressources naturelles Canada - Ottawa (Sciences de la Terre)
 
ProgrammeDéveloppement durable des sables bitumineux, Géosciences de l'environnement
Diffusé2012 12 07 (15:20)
RésuméContexte
La littérature scientifique récente souligne l'unanimité des intervenants du domaine des sables bitumineux quant au besoin de distinguer la contamination reliée aux activités minières de celle d'origine naturelle dans la région de la Basse Athabasca, où l'extraction du bitume et l'érosion naturelle d'unités géologiques peuvent toutes les deux rejeter des contaminants dans les eaux souterraines et la rivière. Le présent rapport discute de deux nouvelles approches isotopiques développées afin de faire ce type de distinction pour les contaminants organiques et les métaux.
Objectifs
Ce projet d'essai examine un système aquifère situé près du bassin de rétention d'une mine de sables bitumineux, situé à environ 3 km de la rivière Athabasca. Pour éclairer la prise de décision relative à la protection de l'environnement, les buts spécifiques de l'étude sont: (i) de développer deux nouvelles approches permettant de distinguer les charges naturelles de celles produites par
les activités minières pour les acides organiques et les métaux des eaux souterraines; et (ii) d'estimer, à l'échelle locale, les quantités de contaminants de sources naturelles et minières dans les eaux du système aquifère glaciofluvial sélectionné.
Méthodologie
Un modèle conceptuel en deux dimensions a été développé pour simuler l'écoulement souterrain et le transport de masse par l'eau souterraine en utilisant les données hydrogéologiques de deux alignements de puits parallèles à l'écoulement souterrain entre le bassin de rétention et la rivière Athabasca. Deux nouvelles méthodes d'identification isotopique ont été développées pour distinguer les constituants dissous et spécifiquement discerner les sources 'd'acides naphténiques' (AN) présents dans l'eau souterraine, ainsi que le zinc (Zn) et le plomb (Pb) de diverses phases du système aquifère local. Les organiques extractibles à l'acide (OEA) contenant les AN d'appellation commune constituent une classe variée de composés organiques qui sont très difficiles à caractériser chimiquement. Ces acides sont présents naturellement dans le bitume et ils deviennent concentrés dans l'eau de procédé des bassins de rétention des mines de bitume. Dans cette étude, la nouvelle méthode d'analyse du carbone isotopique (???C) intramoléculaire des groupes carboxyles (-COOH) des OEA est développée afin de distinguer les contaminants miniers de la teneur ambiante naturelle. Notamment, avant leur analyse isotopique, les OEA de l'eau de procédé sont séparés des groupes de composés naturels appartenant à la matière organique qui peuvent interférer lors de l'analyse. De la même manière, le développement de nouvelles méthodes d'analyse des isotopes du Zn et du Pb pour des protocoles de mise en solution partielle et leur application ont été réalisés dans le contexte de l'extraction des sables bitumineux afin de discerner les charges naturelles de métaux de celles d'origine minière. De plus, la modélisation thermodynamique réactive a été effectuée en utilisant l'hydrogéochimie des ions majeurs, les observations pétrographiques et l'analyse spectrale par rayon X de matériaux de l'aquifère.
Résultats et interprétations
La modélisation hydrogéologique indique que, dans les conditions actuelles, si les espèces dissoutes provenant des installations minières transitaient par la zone de l'aquifère la plus conductrice, depuis le bassin de rétention jusqu'à une zone de résurgence suggérée par la modélisation, il leur faudrait un temps de transport d'environ 19 ans. S'ils transitaient à l'extérieur de cette zone d'écoulement préférentiel, il leur faudrait entre 156 et 230 ans. Ces estimations suggèrent que les OEA atteignent possiblement la rivière, mais seulement en infimes quantités (non-détectables). D'autre part, les résultats isotopiques et les concentrations indiquent que les métaux d'origine minière sont retenus au long du parcours de l'eau souterraine et que leur rejet est pratiquement nul dans la rivière Athabasca, à l'échelle de ce projet d'essai. Les concentrations d'OEA d'origine minière entre 7,3 and 14,1 mg/L dans l'eau souterraine à une distance d'environ 1,6 km depuis la bordure du bassin de rétention sont relativement élevées par rapport à la teneur ambiante de moins de 1 mg/L dans l'eau souterraine de l'aquifère fluvioglaciaire de la zone d'étude. Cette observation suggère, qu'à l'échelle locale, la contamination de l'eau souterraine par les OEA miniers peut constituer un problème. Les proportions d'OEA d'origine minière dans l'eau souterraine, déterminées par spectrométrie de masse à haute résolution et par analyses ???C intramoléculaires montrent toutes les deux d'importantes tendances à la baisse avec la distance depuis le bassin de rétention. Ces tendances s'harmonisent avec les quantités de 14C des OEA totaux qui indiquent que les acides organiques contiennent une importante proportion de carbone moderne (c.-à-d. origine naturelle, non-reliée au bitume) dans les puits les plus à l'est des alignements étudiés. À noter aussi que la charge d'OEA de la rivière est dominée par le type naturel. Ces tendances dans les échantillons d'eau souterraine reflètent clairement le mélange d'OEA fossiles (sans carbone radioactif), dérivés des activités minières, avec des OEA plus jeunes, de type naturel. La distribution d'ions majeurs et de métaux traces, les observations pétrographiques et la modélisation thermodynamique indiquent que les concentrations métalliques de l'eau souterraine
montrent une atténuation considérable après avoir quitté le bassin de rétention. Spécifiquement, la modélisation indique que l'eau souterraine est sursaturée en hydroxydes de fer et de manganèse. Les principales implications de cette saturation sont que: 1) les métaux traces sont adsorbés sur les solides et conséquemment retirés de l'eau souterraine; et 2) un réservoir de métaux s'est possiblement accumulé dans l'aquifère entre le bassin de rétention et les premiers puits de monitoring. Ce qui est encore plus important, c'est que des champs isotopiques distinctifs existent pour le Pb ou le Zn des échantillons de la Formation de McMurray et de la rivière Athabasca, indiquant que ces isotopes permettent de discerner l'origine minière ou naturelle du Pb et du Zn. Les signatures isotopiques du Pb au bassin de rétention permettent d'estimer, de façon préliminaire, la proportion des deux plus importantes composantes utilisées au cours du procédé industriel, et suggèrent ainsi que le Pb provient à hauteur de 60 à 70% de la Formation de McMurray, et de 30 à 40%, de l'eau de la rivière Athabasca.
Recommandations pour de futurs travaux
Sur la base des résultats scientifiques de ce projet d'essai, trois recommandations en R&D sont faites afin de mieux appuyer la gestion environnementale dans la région des sables bitumineux de l'Athabasca.
(1) L'application combinée des nouvelles approches isotopiques des organiques et des métaux et de la modélisation du transport de masse devrait élargir l'ensemble actuel des indicateurs isotopiques et s'étendre au-delà de l'échelle de cette étude locale.
(2) Des études subséquentes devraient s'intéresser aux processus qui contrôlent possiblement la distribution des acides organiques dans les systèmes aquifères.
(3) D'autres travaux de recherche devraient caractériser les conditions thermodynamiques qui contrôlent la distribution de nouvelles phases minérales et l'accumulation potentielle de métaux à l'intérieur des systèmes aquifères.
Puisque les taux d'extraction et l'étendue régionale des mines de bitume s'accroîtront dans un futur rapproché, les efforts de collaboration visant à comprendre les systèmes d'écoulement souterrain et distinguer les contaminants organiques et métalliques de sources naturelles et minières pourraient être déterminants pour assurer la pérennité de la qualité de l'eau et des écosystèmes aquatiques dans le district canadien des sables bitumineux.
GEOSCAN ID292074