メタン同位体、溶存有機炭素、トリチウムを使用した、上層帯水層と炭層ガス資源間の接続性の評価

Scientific Reports volume 5、記事番号: 15996 (2015) この記事を引用

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炭層ガス (CSG) の生産は、隣接する帯水層またはその上の帯水層の地下水の質と量に影響を与える可能性があります。 この影響を評価するには、バックグラウンドの地下水の化学的性質を特定し、帯水層間の水理接続の地質学的経路をマッピングする必要があります。 世界的に重要なCSG探査・生産州であるオーストラリアのクイーンズランド州南東部（クイーンズランド州）で、私たちはワロン石炭対策（WCM、ガス生産の目標地層）とその上にあるコンダミン川沖積帯水層（CRAA）の間の水理接続性をマッピングしました。地下水メタン (CH4) 濃度と同位体組成 (δ13C-CH4)、地下水トリチウム (3H) および溶存有機炭素 (DOC) 濃度を使用します。 CSG 開発に隣接した継続的なモバイル CH4 調査が、WCM から得られた CH4 のソース署名を決定するために使用されました。 地下水δ13C-CH4 対 CH4 濃度の傾向は、DOC 濃度および 3H 分析と関連して、CRAA の地下水中の CH4 が WCM に由来する可能性が最も高い場所を特定します。 この方法論は、水力接続の地質学的経路の早期指標を提供するために、世界中の非在来型ガス開発地域に広く適用できます。

世界のエネルギー産業にとって非在来型ガス生産はますます重要になっており、環境に関する主要な問題の焦点となっています。 ガス生産の影響に関する議論は、CH4 の漏洩と放出に関する主張に左右される可能性がありますが、ガス源の指紋を特定する方法論はまだ脆弱です。 非在来型ガスの生産には通常、1 日あたり非常に大量の地下水の共同抽出が必要ですが、これは隣接する帯水層の地下水位に影響を与える可能性があります 1,2。 もう 1 つの環境上の懸念は、ガスの移動が浅い地下水資源に及ぼす影響です1、2、3、4、5。 米国のシェールガス生産現場に関する最近の研究では、生産井から最大 2 キロメートル離れた帯水層で CH4 が上昇していることが報告されています 6,7。 より最近の研究では、これはシェールガス生産の結果ではない可能性があると主張されています8,9。 研究は主に米国のシェールガス開発に関連していますが1、2、3、4、5、6、7、8、9、帯水層の水力接続に関連する同様の問題は世界中のCSG開発にも伴います。 大量のガス生産を行う前に、水力接続の既存経路を理解するだけでなく、非在来型ガス生産の潜在的な影響を定量化する方法論を開発する必要があることは明らかです。

この研究は、CH4 を使用してゾーンをマッピングし、ガス生産現場と隣接する淡水帯水層の間の水力接続経路を特定できるという仮説を検証します。 自然の接続経路は、断層、断層ネットワーク、浸透性の堆積物を経由する可能性があります10。 放棄された探査井や欠陥のある井戸ケーシングを介した水力接続の潜在的な経路も存在します11、12。

シェールガス生産に近い米国でのこれまでの研究では、安定同位体を利用して浅い地下水中の CH4 の発生源を特定しました 13,14。 この研究は、水理接続性を評価するために、地下水中のδ13C-CH4、DOC濃度[DOC]、および3H活性を併用することの適合性を初めてテストする。 これら 3 つの測定値は、次の理由から、地下水とガスの移動経路に関するかなりの洞察を提供します。

- 3 H アクティビティは、地下水の滞留時間と涵養経路に関する情報を提供します。

- [DOC] は、河川の涵養または石炭層からの CH4 の上向き移動のいずれかからの炭素投入量の尺度を提供します。

- δ13C-CH4 は、帯水層内の CH4 の潜在的な発生源を特徴付けるために使用できます。

淡水帯水層とその下にある非在来型ガス貯留層との間に水力学的接続がある場所を特定するための重要なパラメーターとして 3H、[DOC]、δ13C-CH4 を使用することの適切性については、以下で詳細に説明します。 この方法論は、対象となるWCM（国際規模での大規模な非在来型ガス開発）と、その上にあるCRAA（灌漑農業地域に水を供給し、10億ドル相当の商品を生産している）の間の水力接続調査に適用される。 ここで紹介する方法論は、すべての堆積系に共通する地球化学パラメータを測定しているため、米国、インド、中国、南アフリカ産など、世界中の多くの大規模で地質学的に類似した CSG 資源に適用できます15。