| Abstract |
Variability in baseline groundwater methane concentrations and isotopic compositions was assessed while comparing free and dissolved gas sampling approaches for a groundwater monitoring well in Alberta (Canada) over an 8-year period. Methane concentrations in dissolved gas samples (n = 12) were on average 4,380 ± 2,452 μg/L, yielding a coefficient of variation (CV) >50 %. Methane concentrations in free gas samples (n = 12) were on average 228,756 ± 62,498 ppm by volume, yielding a CV of 27 %. Quantification of combined sampling, sample handling and analytical uncertainties was assessed via triplicate sampling (CV of 19 % and 12 % for free gas and dissolved gas methane concentrations, respectively). Free and dissolved gas samples yielded comparable methane concentration patterns and there was evidence that sampling operations and pumping rates had a marked influence on the obtained methane concentrations in free gas. δ$^{13}$C$_{CH4}$ and δ$^{2}$H$_{CH4}$ values of methane were essentially constant (−78.6 ± 1.3 and −300 ± 3 ‰, respectively) throughout the observation period, suggesting that methane was derived from the same biogenic source irrespective of methane concentration variations. The isotopic composition of methane constitutes a robust and highly valuable baseline parameter and increasing δ$^{13}$C$_{CH4}$ and δ$^{2}$H$_{CH4}$ values during repeat sampling may indicate influx of thermogenic methane. Careful sampling and analytical procedures with identical and repeatable approaches are required in baseline-monitoring programs to generate methane concentration and isotope data for groundwater that can be reliably compared to repeat measurements once potential impact from oil and gas development, for example, may occur.La variabilité des concentrations de référence du méthane dans les eaux souterraines et de leur composition isotopique a été évaluée en comparant des approches d’échantillonnage du gaz libre et du gaz dissous d’un puits de surveillance des eaux souterraines en Alberta (Canada) sur une période de 8 ans. Les concentrations en méthane des échantillons de gaz dissous (n = 12) sont en moyenne de 4,380 ± 2,452 μg/L, avec un coefficient de variation (CV) >50 %. Les concentrations en méthane des échantillons de gaz libre (n = 12) sont en moyenne de 228,756 ± 62,498 ppm par volume, avec un CV de 27 %. La quantification des échantillonnages combinés, de la manipulation des échantillons et des incertitudes analytiques a été évaluée au travers de la réalisation de triplicats (CV de 19 et 12 % pour les concentrations de méthane respectivement dans les gaz libres et gaz dissous). Free and dissolved gas samples yielded comparable methane concentration patterns and there was evidence that sampling operations and pumping rates had a marked influence on the obtained methane concentrations in free gas. Les échantillons de gaz libre et de gaz dissous conduisent à un schéma de concentrations en méthane comparable et il en ressort que les opérations d’échantillonnage et les débits pompés ont eu une influence marquée sur les concentrations obtenues de méthane dans les gaz libres. Les valeurs de δ$^{13}$C$_{CH4}$ et δ$^{2}$H$_{CH4}$ du méthane sont globalement constantes (respectivement –78.6 ± 1.3 et –300 ± 3 ‰) durant la période d’observation suggérant que le méthane dérive de la même source biogénique quelles que soient les variations de concentrations en méthane. La composition isotopique du méthane constitue un paramètre de référence robuste et avéré et l’augmentation des teneurs de δ$^{13}$C$_{CH4}$ et δ$^{2}$H$_{CH4}$ durant la répétition des prélèvements peut indiquer un apport de méthane thermogénique. Un échantillonnage précautionneux et des procédures analytiques avec des approches identiques et reproductibles sont nécessaires dans les programmes de suivi de référence pour générer des concentrations en méthane et en teneurs isotopiques des eaux souterraines qui puissent être comparées de manière fiable lors de mesures répétées une fois que l’impact potentiel de l’exploitation du pétrole et du gaz, par exemple, peut apparaître.Se evaluó la variabilidad en la línea de base de las concentraciones de metano y en las composiciones isotópicas de las aguas subterráneas mientras se comparaba el muestreo de gas libre y disuelto para un pozo de monitoreo de agua subterránea en Alberta (Canadá) durante un período de 8 años. Las concentraciones de metano en muestras de gases disueltos (n = 12) fueron en promedio de 4,380 ± 2,452 μg/L, obteniéndose un coeficiente de variación (CV) > 50 %. Las concentraciones de metano en las muestras de gas libre (n = 12) fueron en promedio 228,756 ± 62,498 ppm por volumen, produciendo un CV de 27 %. Se evaluó la cuantificación del muestreo combinado, la manipulación de la muestra y las incertidumbres analíticas a través de un muestreo triplicado (CV del 19 y 12 % para las concentraciones de metano del gas libre y disuelto, respectivamente). Las muestras de gases libres y disueltos brindaron patrones de concentración de metano comparables y había evidencias de que las operaciones de toma de muestras y de los caudales bombeo tenían una marcada influencia en las concentraciones de metano obtenidos en el gas libre. Los valores de δ$^{13}$C$_{CH4}$ y δ$^{2}$H$_{CH4}$ de metano fueron esencialmente constantes (–78.6 ± 1.3 y –300 ± 3 ‰, respectivamente) durante todo el período de observación sugiriendo que el metano proviene de la misma fuente biogénica independientemente de las variaciones de concentración de metano. La composición isotópica del metano constituye un parámetro robusto y altamente valioso para la línea de base y los valores crecientes de δ$^{13}$C$_{CH4}$ y δ$^{2}$H$_{CH4}$ durante un muestreo repetitivo puede indicar la afluencia de metano termogénico. Se requiere un muestreo cuidadoso y procedimientos analíticos con métodos idénticos y repetibles en los programas de monitoreo de la línea de base para generar datos de concentración de metano y de isótopos de agua subterránea que se puedan ser confiablemente comparados al repetir las mediciones una vez que, por ejemplo, pueda ocurrir el impacto potencial del desarrollo de petróleo y gas.通过对比(加拿大)亚伯达省8年来地下水观测井游离和溶解气体采样方法评价了基线地下水中甲烷含量和同位素组分的变化性。溶解气体样品(n = 12)中的甲烷含量平均为4,380 ± 2,452 μg/L,变化系数为(CV) >50 %。游离气体样品(n = 12)中的甲烷含量按体积计平均为228,756 ± 62,498 ppm,变化系数为27 %。通过一式三份采样定量评价了联合采样样品处理和解析不确定性(游离气体和溶解气体甲烷含量分别为19 % 和 12 %)。游离和溶解气体样品具有可比较的甲烷含量模式,有证据表明,采样操作和抽水速度对游离气体中的获取的甲烷含量有很大的影响。整个观测期间甲烷的δ$^{13}$C$_{CH4}$ 和 δ$^{2}$H$_{CH4}$ 值基本恒定(分别为–78.6 ± 1.3 和 –300 ± 3 ‰),表明甲烷来自于相同的生物成因源,尽管甲烷含量不同。甲烷的同位素组分构成了强有力的、非常有价值的基线参数,重复采样期间δ$^{13}$C$_{CH4}$ 和 δ$^{2}$H$_{CH4}$ 值的增加可能表明有热源甲烷的流入。在基线监测项目中需要用同一和重复的方法仔细采样和解析程序,以便获取甲烷含量和地下水同位素资料, 一旦油气开发用产生潜在影响时,此资料可以进行可靠对比,重复测量。A variabilidade das concentrações de base e a composição isotópica de metano em águas subterrâneas foram avaliadas, comparando-se as técnicas de amostragem de gás livre e dissolvido, durante 8 anos em um poço de monitoramento localizado em Alberta (Canadá). As concentrações de metano em amostras de gás dissolvido (n = 12) apresentaram valores médios de 4,380 ± 2,452 μg/L, com um coeficiente de variação (CV) >50 %. Concentrações de metano em amostras de gás livre (n = 12) foram em média 228,756 ± 62,498 ppm por volume, com um CV de 27 %. A quantificação da combinação das amostragens, manipulação de amostras e incertezas analíticas foram tratadas por meio de amostragem em triplicata (CV de 19 e 12 % para concentração de gás livre e gás metano dissolvido, respectivamente). As concentrações de metano nas amostras de gás livre e dissolvido foram equivalentes, entretanto foram observadas evidências de que as operações de amostragem e taxas de bombeamento possuem influência sobre as concentrações de metano na fase gasosa. Valores de δ$^{13}$C$_{CH4}$ e δ$^{2}$H$_{CH4}$ são essencialmente constantes (–78.6 ± 1.3 e –300 ± 3 ‰, respectivamente) durante todo o período de observação, sugerindo que o metano foi derivado a partir da mesma fonte biogênica, independente das variações na sua concentração. A composição isotópica do metano constitui um importante e valioso parâmetro para as concentrações de base, e o aumento dos valores de δ$^{13}$C$_{CH4}$ e δ$^{2}$H$_{CH4}$ em programas de monitoramento contínuo poderia indicar influxo de metano termogênico. Cuidados com os procedimentos de amostragem e analíticos, envolvendo a utilização de técnicas idênticas e reprodutíveis, são necessários em programas para a determinação das concentrações de base, de maneira a produzir resultados para as concentrações de metano e dados isotópicos nas águas subterrâneas, que possam ser comparados com confiabilidade ao longo das repetições de amostragens, uma vez que, impactos potenciais por exploração de óleo e gás, por exemplo, podem ocorrer. |
