Wetenschappers van de Universiteit van Texas in Austin hebben ontdekt dat hoge niveaus van methaan in bronwater uit twee provincies in de buurt van Fort Worth waarschijnlijk afkomstig zijn van ondiepe aardgasvoorraden, geen aardgaslekken veroorzaakt door hydrofracturering in de onderliggende Barnett Shale.

Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift grondwater , bouwt voort op eerdere studies over de kwaliteit van het bronwater in de Barnett Shale en gebruikt chemisch en geografisch bewijs om het verhoogde methaangehalte in bepaalde waterputten te koppelen aan methaan in natuurlijke ondiepe afzettingen. JP Nicot, een onderzoeker bij het Bureau of Economic Geology, een eenheid van de UT Jackson School of Geosciences, leidde het onderzoek. Medewerkers zijn onder meer onderzoekers van de Jackson School's Department of Geological Sciences en de University of Michigan.

Methaan is het hoofdbestanddeel van aardgas. hydraulisch breken, of fracken, is een methode om kunstmatig breuken te veroorzaken in putten van duizenden meters diep om aardgasafzettingen in schaliegesteente te bereiken. Methaan wordt ook gevonden in veel ondiepere en kleinere afzettingen die honderden meters onder de grond liggen. Deze afzettingen ontstonden toen methaan uit diepere bronnen in de loop van miljoenen jaren naar de oppervlakte trok. De ondiepe reservoirs in het studiegebied bevinden zich in een geologische formatie die de Strawn Group wordt genoemd.

"In de geologische tijd, methaan heeft zich opgehoopt in deze ondiepere reservoirs, Nicot legde uit. "Deze zoetwaterbronnen liggen heel dicht bij deze ondiepere reservoirs en kunnen de bron van het methaan zijn."

De Barnett-schalie, gelegen in de regio Fort Worth, is een van de grootste en meest productieve aardgasvelden in de Verenigde Staten. Tegen eind 2015 het waren er ongeveer 20, 000 putten in de regio. Nu de productie is gestegen, er zijn vragen gerezen over het verband tussen hydrofracturering en potentieel gevaarlijke niveaus van methaan in sommige waterputten, met name putten in de wijk Silverado in Parker County buiten Fort Worth.

Om de bron en omvang van methaan in waterputten te onderzoeken, de onderzoekers analyseerden monsters uit meer dan 450 putten in 12 provincies in de westelijke Barnett Shale. De overgrote meerderheid van de monsters - 85 procent - vertoonde zeer lage methaangehalten in het grondwater van minder dan 0,1 milligram methaan per liter water. Echter, een cluster van 11 putten in Parker County en Hood County had een methaangehalte van meer dan 10 milligram per liter water, een niveau dat het ontluchten van bronwatersystemen kan veroorzaken om ervoor te zorgen dat het ontvlambare gas niet gevaarlijk wordt.

De wijk Silverado bevond zich in het epicentrum van de cluster van putten met een hoog methaangehalte. Ze zijn te vinden in een gebied van ongeveer 6 bij 8 mijl dat ook putten met een laag methaangehalte omvat.

Deze bevinding was voor de onderzoekers aanleiding om het cluster nader te bekijken. Beginnend in het midden van het cluster en naar buiten werkend totdat er geen methaan meer in het water werd gedetecteerd, ze namen monsters van 58 locaties en analyseerden die om te zien waar het gas vandaan kwam.

"Wat we wilden doen, was begrijpen hoeveel methaan er is en de grootte van de hoge methaanhotspot bepalen, ' zei Nicot.

Methaan wordt op twee manieren geproduceerd:thermogeen, van de afbraak van organisch materiaal onder verhoogde temperatuur en druk; en biogeen, door microbiële activiteit. Biogeen methaan wordt over het algemeen gegenereerd op ondiepe diepte. Thermogeen methaan wordt altijd op diepte geproduceerd, hoewel het gas soms in de loop van de geologische tijd naar ondiepere gebieden kan migreren.

Onderzoekers gebruikten koolstofisotoopanalyse om te bepalen dat het methaan thermogeen was, die biogene bronnen uitsloot, maar niet vaststelde of het gas uit de diepere Barnett of de ondiepere Strawn kwam. Aanvullende analyse van de edelgassen van de monsters, uitgevoerd door leden van hetzelfde onderzoeksteam en geleid door onderzoekers van de Universiteit van Michigan, koppelden het methaan aan de ondiepe aardgasafzettingen van de Strawn. De resultaten werden aangevuld met een ander onderzoek van het team in 2015 waarin stikstofisotopen werden gevonden die verband houden met de Strawn.

"Het combineren van alkaan, edelgas- en stikstofsamenstellingen en isotopenverhoudingen stelden ons in staat om aardgas uit de diepe Barnett Shale te onderscheiden van de ondiepe Strawn Group, " legde Toti Larson uit, een onderzoeker aan de afdeling Geologische Wetenschappen van de Jackson School.

Naast chemisch bewijs, de onderzoekers vonden een sterke correlatie tussen de nabijheid van waterbronnen bij de Strawn Group en hoge methaanniveaus. Er is geen correlatie tussen putten met een hoog methaangehalte en de afstand tot de dichtstbijzijnde hydraulisch gebroken putten. De onderzoekers merken ook op dat de provincies Parker en Hood een relatief laag aantal hydraulische breekputten hebben in vergelijking met andere provincies in de Barnett Shale, zoals Denton, met waterbronnen met een laag methaangehalte.

Hoewel de bevindingen suggereren dat methaan van de Strawn Group de meest waarschijnlijke bron is voor het methaan in waterputten in de provincies Parker en Hood, de onderzoekers zeiden dat ze niet volledig kunnen uitsluiten dat een deel van het methaan afkomstig kan zijn van lekken veroorzaakt door hydrofracturering. In feite, de onderzoekers suggereren dat lekken uit diepe reservoirs kunnen helpen bij het verklaren van bepaalde gevallen die zijn geregistreerd door andere onderzoeken waarin methaanniveaus in waterputten in de loop van de tijd toenemen en gevallen waarin methaan aanwezig is in waterputten waar het vroeger afwezig was.

Voor putten waar de methaanoorsprong nog twijfelachtig is, de onderzoekers stellen een uitgebreidere bemonsterings- en analysecampagne voor.