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TitreOrigin, distribution and hydrogeochemical controls on methane occurrences in shallow aquifers, southwestern Ontario, Canada
AuteurMcIntosh, J C; Grasby, S E; Hamilton, S M; Osborn, S G
SourceApplied Geochemistry vol. 50, (2014), 2014 p. 37-52, https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2014.08.001
Année2014
Séries alt.Secteur des sciences de la Terre, Contribution externe 20130429
ÉditeurElsevier
Documentpublication en série
Lang.anglais
DOIhttps://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2014.08.001
Mediapapier; numérique; en ligne
Formatspdf
ProvinceOntario
SNRC30L; 30M; 31D; 40I; 40J; 40O; 40P; 41A; 41H
Lat/Long OENS -83.5000 -79.0000 45.5000 42.0000
Sujetshydrogéochimie; aquifères; méthane; gaz; géochimie isotopique; géochimie; combustibles fossiles
Illustrationslocation maps; tables; plots; ternary diagrams
ProgrammeÉvaluation des ressources pétrolières pour les schistes, Les géosciences pour les nouvelles sources d'énergie
Résumé(disponible en anglais seulement)
Natural gas reservoirs in organic-rich shales in the Appalachian and Michigan basins in the United States are currently being produced via hydraulic fracturing. Stratigraphically-equivalent shales occur in the Canadian portion of the basins in southwestern Ontario with anecdotal evidence of gas shows, yet there has been no commercial shale gas production to date. In case of future hydraulic fracturing and shale gas production, it is prudent to acquire baseline data on water quality and natural gas occurrences in shallow aquifers to evaluate potential contamination issues, such as leakage of natural gas, brine, or hydraulic fracturing fluids. To address this issue, this study utilizes an extensive geochemical database of 862 recently sampled domestic groundwater wells, screened in bedrock and overburden aquifers, throughout southwestern Ontario, in addition to new analyses of select wells for gas molecular and isotopic composition. Results from this study are used to investigate the origin, distribution, and hydrogeochemical controls on natural gas accumulations along the margins of a glaciated sedimentary basin, prior to any shale gas development, which can be applied to other gas-bearing regions.
Dissolved gas samples collected from bedrock and overburden wells were composed primarily of CH4 (29.69-98.61 mole %), N2 (0.8-66.18 mole %), Ar+O2 (0.17-3.43 mole %), and CO2 (0-1.24 mole %). Ethane was detected, but in low concentrations (<0.81 mole %). The highest methane concentrations (up to 414 in situ % saturation; 248 ppm CH4) were found in bedrock wells completed in the Upper Devonian Kettle Point Formation, Middle Devonian Hamilton Group and Dundee Formation, and in surficial aquifers overlying these organic-rich shale-bearing formations, indicating that bedrock geology is the primary control on methane occurrences. One hundred and four out of 1010 water samples contained greater than 28 ppm CH4 (explosion hazard limit). The relatively low d13C values of CH4 (<-57.28¿), covariance of dD values of CH4 and H2O, positive correlation between d13C values of CH4 and CO2, and lack of higher chain hydrocarbons (C3+) in dissolved gas samples indicates the natural gas in the groundwater throughout the study area is microbial in origin. In addition, a comparison of the spatial distribution of CH4 and its isotopic composition between bedrock and overburden wells, suggests that microbial gas was generated within organic-rich bedrock formations and migrated into overlying surficial aquifers. Besides the availability of organic substrates, the presence or absence of alternative electron acceptors appears to be the dominant control on the occurrence of absence of alternative electron acceptors appears to be the dominant control on the occurrence of detectable dissolved oxygen, and had total Fe, NO3, and SO4 concentrations less than 3.13, 0.23, and 41.80 mg/L, respectively. Microbial methane has likely been accumulating in the study area, since at least the Late Pleistocene to the present, as indicated by the dD values of CH4 and associated groundwater (-19 to '9').
Résumé(Résumé en langage clair et simple, non publié)
Plusieurs scientifiques ont collaboré à une étude destinée à examiner la présence de méthane dans la nappe phréatique peu profonde dans le sud de l'Ontario. On trouve dans cette région des shistes riches en matières organiques semblables à ceux qui sont actuellement exploités par fracturation hydraulique aux États Unis. Étant donné qu'il n'y a pas encore d'exploitation commerciale de gaz de shiste dans le sud de l'Ontario, on a la possibilité d'étudier la présence naturelle de méthane avant exploitation dans une région propice à la production de gaz de shiste. On a trouvé du méthane dans des puits à usage domestique creusés dans ces shistes riches en matières organiques ou au dessus. Dans près de 10 % des puits examinés, les concentrations de méthane observées étaient supérieures à la limite établie pour le risque d'explosion. Le méthane résulte en grande partie de la dégradation microbienne des matières organiques présentes dans le shiste. Les résultats de l'étude montrent qu'on trouve couramment et naturellement du méthane en abondance dans les puits. Il est crucial qu'on effectue des évaluations de référence pour caractériser la présence naturelle de méthane dans les puits à usage domestique avant toute exploitation.
GEOSCAN ID293559