Ученые из Техасского университета в Остине обнаружили, что высокий уровень метана в колодезной воде в двух округах недалеко от Форт-Уэрта, вероятно, связан с неглубокими залежами природного газа, а не с утечками природного газа, вызванными операциями гидроразрыва пласта в нижележащем пласте Барнетт. Сланец.
Исследование, опубликованное в журнале Groundwater, основано на предыдущих исследованиях качества колодезной воды в сланцах Барнетт и использует химические и географические данные, чтобы связать повышенный уровень метана в некоторых колодцах с метаном в естественных неглубоких отложениях. Исследованием руководил Дж. П. Никот, научный сотрудник Бюро экономической геологии Школы наук о Земле Джексона при Техасском университете. В число сотрудников входят исследователи из Департамента геологических наук Школы Джексона и Мичиганского университета.
Метан является основным компонентом природного газа. Гидравлический разрыв пласта или фрекинг - это метод искусственного создания трещин в скважинах глубиной в тысячи футов для достижения залежей природного газа в сланцевых породах. Метан также встречается в гораздо более мелких и мелких отложениях, расположенных на глубине сотен футов под землей. Эти отложения образовались, когда метан из более глубоких источников перемещался к поверхности в течение миллионов лет. Неглубокие резервуары в исследуемой области находятся в геологической формации, называемой Соломенной группой.
«За геологическое время метан аккумулировался в этих более мелких резервуарах», - объяснил Никот. «Эти колодцы с пресной водой находятся очень близко к этим более мелким резервуарам и могут быть источником метана».
Сланцевое месторождение Барнетт, расположенное в районе Форт-Уэрта, является одним из крупнейших и наиболее продуктивных месторождений природного газа в Соединенных Штатах. К концу 2015 года в регионе насчитывалось около 20 000 скважин. По мере того, как добыча росла, поднимались вопросы о связи между гидроразрывом пласта и потенциально опасными уровнями метана в некоторых колодцах, особенно в колодцах в районе Сильверадо в округе Паркер за пределами Форт-Уэрта..
Чтобы изучить источник и количество метана в колодцах, исследователи проанализировали образцы из более чем 450 колодцев в 12 округах в западной части сланцевого месторождения Барнетт. Подавляющее большинство проб - 85 процентов - показали очень низкий уровень метана в грунтовых водах - менее 0,1 миллиграмма метана на литр воды. Однако в группе из 11 колодцев в округах Паркер и Худ уровень метана превышал 10 миллиграммов на литр воды, что может вызвать вентиляцию систем колодезной воды, чтобы горючий газ не стал опасным.
Район Сильверадо находился в эпицентре скопления скважин с высоким содержанием метана. Они находятся в районе примерно 6 на 8 миль, где также есть скважины с низким уровнем содержания метана.
Это открытие побудило исследователей более внимательно изучить кластер. Начав с центра скопления и продвигаясь дальше, пока в воде не перестанет обнаруживаться метан, они взяли пробы из 58 мест и проанализировали их, чтобы выяснить, откуда взялся газ.
«Что мы хотели сделать, так это понять, сколько метана существует, и определить размер горячей точки с высоким содержанием метана», - сказал Никот.
Метан получают двумя способами: термогенным путем разложения органического материала при повышенной температуре и давлении; и биогенно, микробной активностью. Биогенный метан обычно образуется на небольшой глубине. Термогенный метан всегда образуется на глубине, хотя иногда газ может мигрировать в течение геологического времени на более мелкие участки.
Исследователи использовали изотопный анализ углерода, чтобы определить, что метан был термогенным, что исключило биогенные источники, но не определили, откуда исходил газ: из более глубокого Барнетта или из более мелкого Строуна. Дополнительный анализ образцов благородных газов, проведенный членами той же исследовательской группы под руководством исследователей Мичиганского университета, связал метан с неглубокими месторождениями природного газа Строуна. Результаты были дополнены другим исследованием группы в 2015 году, в котором были обнаружены изотопы азота, связанные с Строуном.
«Сочетание алканов, инертных газов и азота, а также соотношение изотопов позволило нам отличить природный газ, полученный из глубоководных сланцев Барнетт, от неглубокой группы Строун», - объяснил Тоти Ларсон, исследователь из Департамента геологических наук Школы Джексона..
В дополнение к химическим доказательствам, исследователи обнаружили сильную корреляцию между близостью водяных колодцев к Соломенной группе и высоким уровнем метана. Между высокометановыми скважинами и расстоянием до ближайших скважин с ГРП отсутствует корреляция. Исследователи также отмечают, что в округах Паркер и Худ имеется относительно небольшое количество скважин для гидроразрыва пласта по сравнению с другими округами в сланцах Барнетт, такими как Дентон, где есть скважины с водой с низким уровнем метана.
Хотя результаты показывают, что метан из Strawn Group является наиболее вероятным источником метана в колодцах в округах Паркер и Худ, исследователи заявили, что они не могут полностью исключить, что часть метана могла попасть от утечек, вызванных операциями гидроразрыва пласта. На самом деле, исследователи предполагают, что утечки из глубоких резервуаров могут помочь объяснить некоторые случаи, зарегистрированные другими исследованиями, когда уровни метана в колодцах со временем увеличиваются, и случаи, когда метан присутствует в колодцах, где раньше он отсутствовал.
Для скважин, где происхождение метана все еще вызывает сомнения, исследователи предлагают провести более масштабную кампанию по отбору и анализу проб.