Valutazione della connettività tra una falda acquifera sovrastante e una risorsa di gas del giacimento di carbone utilizzando isotopi di metano, carbonio organico disciolto e trizio

Scientific Reports volume 5, numero articolo: 15996 (2015) Citare questo articolo

6313 Accessi

27 citazioni

100 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

La produzione di gas dal giacimento di carbone (CSG) può avere un impatto sulla qualità e quantità delle acque sotterranee nelle falde acquifere adiacenti o sovrastanti. Per valutare questo impatto è necessario determinare la chimica di fondo delle acque sotterranee e mappare i percorsi geologici della connettività idraulica tra le falde acquifere. Nel sud-est del Queensland (Qld), Australia, una provincia di esplorazione e produzione di CSG di importanza mondiale, abbiamo mappato la connettività idraulica tra le Walloon Coal Measures (WCM, la formazione target per la produzione di gas) e la sovrastante falda alluvionale del fiume Condamine (CRAA), utilizzando la concentrazione di metano delle acque sotterranee (CH4) e la composizione isotopica (δ13C-CH4), la concentrazione di trizio delle acque sotterranee (3H) e di carbonio organico disciolto (DOC). Per determinare la firma della sorgente di CH4 derivata dal WCM è stata utilizzata un'indagine mobile continua su CH4 adiacente agli sviluppi CSG. Le tendenze nella concentrazione di δ13C-CH4 delle acque sotterranee rispetto a CH4, in associazione con la concentrazione di DOC e l'analisi 3H, identificano le posizioni in cui il CH4 nelle acque sotterranee del CRAA molto probabilmente proviene dal WCM. La metodologia è ampiamente applicabile nelle regioni di sviluppo del gas non convenzionale in tutto il mondo per fornire un indicatore precoce dei percorsi geologici della connettività idraulica.

La produzione di gas non convenzionale, che è sempre più importante per l’industria energetica globale, è al centro di importanti questioni ambientali. I dibattiti sull’impatto della produzione di gas possono dipendere da affermazioni relative a perdite ed emissioni di CH4, ma le metodologie per individuare le fonti di gas sono ancora deboli. La produzione di gas non convenzionale richiede tipicamente l’estrazione congiunta di grandi quantità di acque sotterranee al giorno, che possono influenzare i livelli delle acque sotterranee nelle falde acquifere vicine1,2. Un'altra preoccupazione ambientale è l'impatto della migrazione del gas sulle risorse idriche sotterranee poco profonde1,2,3,4,5. Studi recenti sui siti di produzione di shale gas negli Stati Uniti riportano livelli elevati di CH4 nelle falde acquifere fino a due chilometri di distanza dai pozzi di produzione6,7. Studi più recenti hanno sostenuto che ciò potrebbe non essere il risultato della produzione di gas di scisto8,9. Sebbene la ricerca sia in gran parte associata agli sviluppi dello shale gas negli USA1,2,3,4,5,6,7,8,9, problemi simili associati alla connettività idraulica delle falde acquifere accompagnano anche gli sviluppi dei CSG in tutto il mondo. È chiaro che è necessario sviluppare una metodologia per quantificare i potenziali impatti della produzione di gas non convenzionale, nonché comprendere i percorsi esistenti di connettività idraulica, prima di una produzione significativa di gas.

Questa ricerca verifica l’ipotesi che il CH4 possa essere utilizzato per mappare le zone e identificare percorsi di connettività idraulica tra un sito di produzione di gas e una falda acquifera di acqua dolce adiacente. I percorsi naturali di connettività possono avvenire attraverso faglie, reti di fratture e formazioni sedimentarie permeabili10. Esistono anche potenziali percorsi di connettività idraulica attraverso pozzi esplorativi abbandonati e rivestimenti di pozzi difettosi11,12.

Precedenti studi condotti negli Stati Uniti in prossimità della produzione di gas di scisto hanno fatto uso di isotopi stabili per identificare fonti di CH4 nelle acque sotterranee poco profonde13,14. Questo studio, per la prima volta, verifica l’idoneità dell’utilizzo congiunto di δ13C-CH4, concentrazione di DOC [DOC] e attività 3H nelle acque sotterranee per valutare la connettività idraulica. Queste tre misurazioni forniscono informazioni considerevoli sui percorsi delle acque sotterranee e sul movimento del gas perché:

- Le attività di 3 ore forniscono informazioni sui tempi di permanenza delle acque sotterranee e sui percorsi di ricarica,

- [DOC] fornisce una misura degli input di carbonio, sia dalla ricarica del fiume che dalla migrazione verso l'alto di CH4 da un letto di carbone, e

- δ13C-CH4 può essere utilizzato per caratterizzare le potenziali sorgenti di CH4 all'interno di una falda acquifera.

L'idoneità dell'utilizzo di 3H, [DOC] e δ13C-CH4 come parametri chiave per identificare i luoghi in cui esiste connettività idraulica tra una falda acquifera di acqua dolce e un sottostante giacimento di gas non convenzionale è descritta in dettaglio di seguito. La metodologia viene applicata a un’indagine sulla connettività idraulica tra il WCM target (su scala internazionale, un grande sviluppo di gas non convenzionale) e il CRAA sovrastante, che fornisce acqua alle regioni agricole irrigate, producendo materie prime per un valore di un miliardo di dollari. Le metodologie qui presentate sono applicabili alle numerose risorse CSG di grandi dimensioni e geologicamente simili in tutto il mondo, comprese quelle provenienti da Stati Uniti, India, Cina e Sud Africa15, perché misuriamo parametri geochimici comuni a tutti i sistemi sedimentari.