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TitreThe Upper Ordovician black shales of southern Quebec (Canada) and their significance for naturally occurring hydrocarbons in shallow groundwater
AuteurLavoie, D; Pinet, N; Bordeleau, G; Haeri-Ardakani, O; Ladevèze, P; Duchesne, M J; Mort, A; Brake, V; Sanei, H; Malet, X
SourceInternational Journal of Coal Geology vol. 158, 2016 p. 44-64, https://doi.org/10.1016/j.coal.2016.02.008
Année2016
Séries alt.Secteur des sciences de la Terre, Contribution externe 20150416
ÉditeurElsevier
Documentpublication en série
Lang.anglais
DOIhttps://doi.org/10.1016/j.coal.2016.02.008
Mediapapier; en ligne; numérique
Formatspdf
ProvinceQuébec
SNRC31H
Lat/Long OENS -74.0000 -71.0000 46.7500 45.7500
Sujetscharbon; analyses de charbon; hydrocarbures; capacité de production d'hydrocarbures; schistes; ampélites; eau souterraine; géochimie des eaux souterraines; ressources en eau souterraine; Argile d'Utica ; combustibles fossiles; hydrogéologie; Paléozoïque; Ordovicien
Illustrationslocation maps; photographs; stratigraphic columns; photomicrographs; histograms; plots
ProgrammeGas de schiste - les eaux souterraines, Géosciences de l'environnement
ProgrammeGas de schiste - sismicité, Géosciences de l'environnement
Résumé(disponible en anglais seulement)
Shale gas exploration in the St. Lawrence Platform of southern Quebec (eastern Canada) focussed on the Upper Ordovician Utica Shale from 2006 to 2010 during which 28 wells were drilled, 18 of which were fracked. The St. Lawrence Platform is thus considered as a pristine geological domain where potential environmental effects of fracking can be evaluated relative to the natural baseline conditions of the shallow aquifers. In the SaintÉdouard area southwest of Quebec City, it has been shown that groundwater carries variable and locally high levels of naturally occurring dissolved hydrocarbons in which thermogenic ethane and propane can be found. Fifteen shallow (30–147 m) wells were drilled into bedrock and sampled (cores and cuttings) with the purpose of characterizing the shallow bedrock in a shale gas pre-development context. The shallow bedrock geology is made of three Upper Ordovician clastic formations. The Lotbinière and Les Fonds formations are time- and facies-correlativewith the Utica Shale present at a depth of 1.5 to 2 kmin this area. They are dominated by calcareous black shales with minor siltstone and micrite beds. The Nicolet Formation is the youngest unit of the area and consists of gray to dark gray shales with locally abundant thick siltstone and fine-grained sandstone beds. The organic matter in the Lotbinière and Les Fonds formations is represented by solid bitumenwith subordinate liptinite algae, graptolites and chitinozoans representing normal marine Type II kerogen. Both formations are at the post-peak hydrocarbon generation as indicated by the equivalent random vitrinite reflectance of 0.94 to 1.04%. Rock Eval data support the Type II nature of the kerogen and the late oil window maturation level. Hydrocarbon extracts from the three formations have yielded high to lowconcentrations of C1 to C6. For all units, an upward decrease in total volatiles (C1+C2+C3) together with an increase in the gas dryness ratio (C1/C2+C3) is recorded, the transitions occurring at depths shallower than 50mwhere the shales aremore fractured. The upward increase in the gas dryness ratio results from the more significant reduction of ethane and propane concentrations compared to that of methane. Consistent with the dryness ratio trend, the ?13CVPDB values of methane change from thermogenic values (??50‰) for deeper samples, tomore biogenic (negative) values (b?60‰) at shallow depths. A similar ?2HVSMOWtrend ofmore negative values at shallower depths is noted. The ?13CVPDB and ?2HVSMOWvalues of rock-hostedmethane indicate that samples at shallow depth recorded a microbial influence. It is proposed that diffusion and somemicrobial degradation of hydrocarbons are responsible for the decrease of rock volatiles and the in situ generation of biogenic methane in the shales at shallow depths to mix with the in situ thermogenic methane. The Utica Shale is a very good source rock with high generation potential. However, thermogenic volatiles can also originate fromshallower unitswithmuch shorter migration pathways. Themixed thermogenic and biogenic methane in the groundwater results fromfracture-enhanced diffusion and biodegradation of volatiles at shallow depths.
Résumé(Résumé en langage clair et simple, non publié)
Les basses-terres du Saint-Laurent sont considérées comme une zone vierge et un terrain d'étude pour l'évaluation des risques potentiels pour les eaux souterraines suite au développement du gaz de schiste par fracturation. Dans la région de Saint-Édouard, la géochimie des hydrocarbures dissous dans les eaux souterraines dénote la présence d'un mélange de composants biogénique et thermogénique. Nous présentons les analyses détaillées des schistes de l'Ordovicien supérieur enfouis peu profondément dans la région et contraste leurs caractéristiques géologiques et géochimiques avec celles du Shale d'Utica profondément enfoui. Les unités de schiste peu profondes sont moins riches en matière organique que le Shale d'Utica, mais ils ont atteint les conditions thermiques où les hydrocarbures liquides sont produits, du méthane et d'hydrocarbures à chaînes plus longues sont présents dans ces schistes fournissant une source thermogénique peu profonde pour les hydrocarbures dissous dans les eaux souterraines. En outre, les données isotopiques suggèrent que le méthane biogénique dans les eaux souterraines provient de la diffusion physique et la dégradation bactérienne de l'éthane et du propane dans les schistes. L'étude conclut qu'il n'y a aucune nécessité pour une migration verticale significative des hydrocarbures du Shale d'Utica.
GEOSCAN ID297547