Controls on the distribution of non-hydrocarbon gases in the Alberta Basin

The occurrence of the non-hydrocarbon gases hydrogen sulphide (H₂S), carbon dioxide (CO₂), helium (He) and nitrogen (N₂) is ubiquitous in strata of all ages in the Alberta Basin. The patterns of occurrence at a regional scale show many similarities. Hydrogen sulfide and CO₂ tend to increase to the west and with depth in Devonian and Mississippian strata, and concentrations are higher than in Cretaceous units. In the Cretaceous Mannville Group, H₂S and CO₂ tend to be highest in concentration along the Jurassic subcrop edge. In the Cretaceous Colorado Group H₂ S is not present in significant amounts and CO ₂ tends to increase with depth to the west. Nitrogen, and to some degree helium, tend to show an antipathetic relationship with high H₂S and CO₂ in Devonian and Mississippian strata. Helium shows relatively high concentrations in north central Alberta in the Devonian, and in southern Alberta in the Mannville. Nitrogen in southern Alberta in the Mannville and the Colorado groups is higher at shallow depths.

Isotopic data, cross-plots of compositions, and trends with depth and temperature all suggest that H₂S and CO₂ in Devonian rocks is largely the product of thermal reduction of sulphate, most of which is probably derived from Devonian anhydrite. In Mississippian and Triassic strata these gases show a combination of both a thermal origin and bacterial reduction of sulphate. In the Mannville Group, H₂S is the product of bacterial reduction of sulphate. The bacterial reduction process is driven by incursion of meteoric water from the south that causes mixing, at the Jurassic subcrop edge, of waters from Mississippian carbonate rocks and waters from Mannville clastic rocks. Some areas of high bicarbonate (and presumably relatively high CO₂) in southern Alberta, on the basis of isotopic data, apparently originate from methanogenesis. Carbon dioxide in the Colorado Group is probably formed by oxidation of organic matter, presumably by bacterial processes. The trend to less negative isotopic compositions with depth suggests that organic sources are mixed with inorganic sources (calcite) of carbon. Interpretation of isotopic data for helium suggests that the helium observed in Devonian units originates from deep crustal sources, probably the Precambrian basement, that mix with atmospheric sources. In contrast, high helium and nitrogen concentrations in the Mannville are the result of entry of meteoric water. A similar pattern is observed for nitrogen in the Colorado Group and correlations with hydrocarbon gases suggest the high nitrogen content is related to bacterial accumulations of natural gas.

Les gaz non-hydrocarbures, d’hydrogène sulfuré (H₂S), de gaz carbonique (CO₂), d’hélium (He) et d’azote (N₂), se présentent partout dans les strates de tous les âges du bassin de l’Alberta. Les patrons d’apparition de ces gaz à l’échelle régionale montrent plusieurs similarités. L’hydrogène sulfuré et le CO₂ tend à s’accroître vers l’ouest et en profondeur dans les strates du Dévonien et du Mississippien, où les concentrations sont plus élevées que dans les unités du Crétacé. Dans le Groupe de Mannville du Crétacé, le H₂S et le CO₂ tendent à montrer les concentrations les plus élevées le long de la marge de sous-affleurement du Jurassique. Dans le Groupe de Colorado du Crétacé, le H₂S n’est pas présent en quantité significative et le CO₂ tend à s’accroître avec la profondeur et vers l’ouest. L’azote, et jusqu’à un certain degré l’hélium, tendent à montrer une relation antipathique par rapport à des niveaux élevés de H₂S et de CO₂ dans les strates du Dévonien et du Mississippien. L’hélium montre des concentrations relativement élevées dans le centre-nord de l’Alberta dans le Dévonien, et dans le Manville dans le sud de l’Alberta. L’azote du sud de l’Alberta dans les groupes de Mannville et de Colorado est en teneurs plus élevées dans les faibles profondeurs.

Les données isotopiques, les diagrammes binaires de composition et les tendances observées par rapport à la profondeur et la température suggèrent toutes que le H₂S et le CO₂ dans les roches du Dévonien sont largement les produits de la réduction thermique du sulphate, dont la plus grande partie est probablement dérivée de l’anhydrite du Dévonien. Dans les strates du Mississippien et du Trias, ces gaz montrent une combinaison d’une origine thermique et de la réduction bactérienne du sulphate. Dans le Groupe de Mannville, le H₂S est le produit de la réduction bactérienne du sulphate. Le processus de la réduction bactérienne est entraîné par l’incursion d’eaux météoriques provenant du sud qui ont causé le mélange, à la marge de sous-affleurement du Jurassique, d’eaux provenant des roches carbonatées du Mississippien avec les eaux provenants des roches clastiques du Mannville. Certaines des régions avec un niveau élevé de bicarbonate (et où on présume un niveau relativement élevé de CO₂) dans le sud de l’Alberta, origine de la méthanogenèse, d’après les données isotopiques. Le gaz carbonique dans le Groupe de Colorado est probablement formé par l’oxydation de la matière organique, en présomption par des processus bactériens. La tendance à des compositions isotopiques moins négatives avec la profondeur suggère que les sources organiques sont mélangées avec des sources inorganiques (calcite) de carbone. L’interprétation des données isotopiques pour l’hélium suggère que l’hélium observé dans les unités du Dévonien origine de sources crustales profondes, probablement du socle du Précambrien, qui se mélangent à des sources atmosphériques. En contraste, les concentrations élevées d’hélium et d’azote dans le Mannville sont le résultat de l’entrée d’eaux météoriques. Un patron similaire est observé pour l’azote dans le Groupe de Colorado et les corrélations avec les gaz d’hydrocarbures suggèrent que le contenu élevé en azote est relié aux accumulations bactériennes de gaz naturel.

Traduit par Lynn Gagnon