アパラチア盆地のユティカ/ポイントプレザント頁岩からの産出水の地球化学的および同位体分析

Geochemical and isotope analysis of produced water from the Utica/Point Pleasant Shale, Appalachian Basin.

• T L Tasker
• N R Warner
• W D Burgos

抄録

ユティカ/ポイントプレザント頁岩(UPP)の開発はオハイオ州(米国)で大規模に行われており、ペンシルバニア州とウェストバージニア州でも増加しているが、UPPの井戸からの生成水の化学的性質を報告している研究はほとんどない。これらのデータは、取り扱いや廃棄物処理のための最善の管理方法を開発するために重要な意味を持ち、また、偶発的な流出事故が発生した場合に液体を特定するためにも重要な意味を持っている。ここでは、オハイオ州、ペンシルバニア州、ウェストバージニア州の26の井戸から産出されたUPP産出水の元素および同位体化学を評価し、法医学的研究に使用可能な独自の流体化学組成を決定した。マーセラスと比較して、UPP産出水は総ラジウム（Ra＋Ra）の活性が高く、Ra/Ra比が高い。マーセラス・シェールと同様に、元素比（Sr/Ca）と同位体比（Sr/Sr）は、多くの従来の石油・ガス層との区別を可能にする。Sr/Ca比とSr/Sr比は、淡水に含まれるわずかな割合（約0.1％）のUPP産出水を識別することができる。しかし、マーセラスと UPP 産出水は主要な元素化学（Na、Ca、Cl）が類似しており、Sr/Ca と Sr/Sr の比率が重複しているため、Ra/Ra 比はこれらの産出水を区別するための最良のトレーサーであるかもしれない。

While development of the Utica/Point Pleasant Shale (UPP) is extensive in Ohio (U.S.) and increasing in Pennsylvania and West Virginia, few studies report the chemistry of produced waters from UPP wells. These data have important implications for developing best management practices for handling and waste disposal, or identifying the fluid in the event of accidental spill events. Here, we evaluated the elemental and isotope chemistry of UPP produced waters from 26 wells throughout Ohio, Pennsylvania, and West Virginia to determine any unique fluid chemistries that could be used for forensic studies. Compared to the Marcellus, UPP produced waters contain higher activities of total radium (Ra + Ra) and higher Ra/Ra ratios. As with the Marcellus Shale, elemental ratios (Sr/Ca) and isotope ratios (Sr/Sr) can distinguish UPP produced waters from many conventional oil and gas formations. Sr/Ca and Sr/Sr ratios can fingerprint small fractions (∼0.1%) of UPP produced water in freshwater. However, because Marcellus and UPP produced waters display similar major elemental chemistry (i.e., Na, Ca, and Cl) and overlapping ratios of Sr/Ca and Sr/Sr, Ra/Ra ratios may be the best tracer to distinguish these waters.