메탄 동위원소, 용존 유기 탄소 및 삼중수소를 사용하여 상부 대수층과 탄층 가스 자원 사이의 연결성 평가

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 15996(2015) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

석탄층 가스(CSG) 생산은 인접 또는 상부 대수층의 지하수 질과 수량에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 영향을 평가하려면 배경 지하수의 화학적 성질을 결정하고 대수층 간 수리적 연결의 지질학적 경로를 매핑해야 합니다. 세계적으로 중요한 CSG 탐사 및 생산 지역인 호주 남동부 퀸즈랜드(Qld)에서 우리는 왈룬 탄층(WCM, 가스 생산 목표 형성)과 위에 있는 콘다민강 충적층(CRAA) 사이의 수력학적 연결성을 매핑했습니다. 지하수 메탄(CH4) 농도와 동위원소 조성(δ13C-CH4), 지하수 삼중수소(3H) 및 용존유기탄소(DOC) 농도를 사용합니다. WCM에서 파생된 CH4의 소스 서명을 결정하기 위해 CSG 개발에 인접한 지속적인 모바일 CH4 조사가 사용되었습니다. DOC 농도 및 3H 분석과 관련된 지하수 δ13C-CH4 대 CH4 농도의 경향은 CRAA 지하수 중 CH4가 WCM에서 유래할 가능성이 가장 높은 위치를 식별합니다. 이 방법론은 유압 연결의 지질 경로에 대한 초기 지표를 제공하기 위해 전 세계적으로 비전통적인 가스 개발 지역에 널리 적용됩니다.

글로벌 에너지 산업에서 점점 더 중요해지고 있는 비전통적 가스 생산은 주요 환경 문제의 초점입니다. 가스 생산의 영향에 대한 논쟁은 CH4 누출 및 배출에 대한 주장에 달려 있지만 가스 출처를 파악하는 방법론은 아직 취약합니다. 비전통적인 가스를 생산하려면 일반적으로 하루에 매우 많은 양의 지하수의 공동 추출이 필요하며, 이는 인근 대수층의 지하수 수준에 영향을 미칠 수 있습니다1,2. 또 다른 환경 문제는 가스 이동이 얕은 지하수 자원에 미치는 영향입니다1,2,3,4,5. 미국의 셰일 가스 생산 현장에 대한 최근 연구에 따르면 생산 유정에서 최대 2km 떨어진 대수층에서 CH4가 증가한 것으로 나타났습니다6,7. 보다 최근의 연구에서는 이것이 셰일 가스 생산의 결과가 아닐 수도 있다고 주장합니다8,9. 연구는 주로 미국의 셰일 가스 개발과 관련되어 있지만1,2,3,4,5,6,7,8,9 대수층 수력 연결성과 관련된 유사한 문제도 전 세계적으로 CSG 개발에 수반됩니다. 상당한 가스 생산에 앞서 기존의 수력학적 연결 경로에 대한 이해뿐만 아니라 비전통적인 가스 생산의 잠재적 영향을 정량화하는 방법론을 개발해야 한다는 것은 분명합니다.

이 연구는 CH4가 구역을 매핑하고 가스 생산 현장과 인접한 담수 대수층 사이의 수리적 연결 경로를 식별하는 데 사용될 수 있다는 가설을 테스트합니다. 자연적인 연결 경로는 단층, 균열 네트워크 및 투과성 퇴적층을 통해 이루어질 수 있습니다10. 버려진 탐사정과 결함이 있는 우물 케이싱을 통한 수력학적 연결의 잠재적인 경로도 있습니다11,12.

셰일 가스 생산 근처의 미국에서 진행된 이전 연구에서는 얕은 지하수에서 CH4의 출처를 확인하기 위해 안정 동위원소를 사용했습니다13,14. 본 연구에서는 처음으로 지하수의 δ13C-CH4, DOC 농도[DOC] 및 3H 활동을 함께 사용하여 수리적 연결성을 평가하는 적합성을 테스트합니다. 이 세 가지 측정은 다음과 같은 이유로 지하수 및 가스 이동 경로에 대한 상당한 통찰력을 제공합니다.

- 3H 활동은 지하수 체류시간 및 재충전 경로에 대한 정보를 제공하며,

- [DOC]는 하천 재충전이나 석탄층에서 CH4의 상향 이동으로 인한 탄소 유입 측정값을 제공합니다.

- δ13C-CH4는 대수층 내 CH4의 잠재적 원천을 특성화하는 데 사용될 수 있습니다.

담수 대수층과 기본 비전통적 가스 저장소 사이의 수력학적 연결이 있는 위치를 식별하기 위한 주요 매개변수로 3H, [DOC] 및 δ13C-CH4를 사용하는 적합성은 아래에 자세히 설명되어 있습니다. 이 방법론은 대상 WCM(국제적 규모, 대규모 비전통적 가스 개발)과 관개 농업 지역에 물을 공급하여 수십억 달러 상당의 상품을 생산하는 상위 CRAA 사이의 수력학적 연결성 조사에 적용됩니다. 여기에 제시된 방법론은 모든 퇴적 시스템에 공통적인 지구화학적 매개변수를 측정하기 때문에 미국, 인도, 중국 및 남아프리카15를 포함하여 전 세계적으로 크고 지질학적으로 유사한 많은 CSG 자원에 적용 가능합니다.

70 years), there is another source of [DOC]. Recorded 3H activities in the groundwater from irrigation boreholes were generally higher in the Condamine River corridor and lower compared to modern rainfall values in the central portion and east of the catchment./p> 0.1 mg/L, [CH4] and δ13C-CH4. We assigned samples to subsets for fitting equation (4) to the data (allowing the background values to float) based on the presence or absence of 3H activity and [DOC]. Only samples 9, 16, 17 and 19 have 3H activity below the quantification limit and [DOC] above the detection limit and these samples were assigned to subset A. The remaining samples have a mixture of 3H activities and detectable [DOC] values and were assigned to subset B./p>70 years to reach these locations. The elevated [DOC] in subset A cannot be attributed to recharge. This is because in the time that it takes for the recharge to reach these boreholes (>70 years), it is reasonable to assume that biological processes would have already consumed the available DOC. Therefore another source is supplying the detected DOC. Upwards migration of CH4 from the WCM would be the most likely source./p>70 years old and the DOC has already been utilised by biological processes./p>