ABSTRACT

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 H₂S is not present in significant amounts and CO₂ 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.

RESUME

Les gaz non-hydrocarbures, d'hydrogene sulfure (H₂S), de gaz carbonique (CO₂), d'helium (He) et d'azote (N₂), se presentent partout dans les strates de tous les ages du bassin de l'Alberta. Les patrons d'apparition de ces gaz a l'echelle regionale montrent plusieurs similarites. L'hydrogene sulfure et le CO₂ tend a s'accroitre vers l'ouest et en profondeur dans les strates du Devonien et du Mississippien, ou les concentrations sont plus elevees que dans les unites du Cretace. Dans le Groupe de Mannville du Cretace, le H₂S et le CO₂ tendent a montrer les concentrations les plus elevees le long de la marge de sous-affleurement du Jurassique. Dans le Groupe de Colorado du Cretace, le H₂S n'est pas present en quantite significative et le CO₂ tend a s'accroitre avec la profondeur et vers l'ouest. L'azote, et jusqu'a un certain degre l'helium, tendent a montrer une relation antipathique par rapport a des niveaux eleves de H₂S et de CO₂ dans les strates du Devonien et du Mississippien. L'helium montre des concentrations relativement elevees dans le centre-nord de l'Alberta dans le Devonien, 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 elevees dans les faibles profondeurs.

Les donnees isotopiques, les diagrammes binaires de composition et les tendances observees par rapport a la profondeur et la temperature suggerent toutes que le H₂S et le CO₂ dans les roches du Devonien sont largement les produits de la reduction thermique du sulphate, dont la plus grande partie est probablement derivee de l'anhydrite du Devonien. Dans les strates du Mississippien et du Trias, ces gaz montrent une combinaison d'une origine thermique et de la

End_Page 573------------------------

reduction bacterienne du sulphate. Dans le Groupe de Mannville, le H₂S est le produit de la reduction bacterienne du sulphate. Le processus de la reduction bacterienne est entraine par l'incursion d'eaux meteoriques provenant du sud qui ont cause le melange, a la marge de sous-affleurement du Jurassique, d'eaux provenant des roches carbonatees du Mississippien avec les eaux provenants des roches clastiques du Mannville. Certaines des regions avec un niveau eleve de bicarbonate (et ou on presume un niveau relativement eleve de CO₂) dans le sud de l'Alberta, origine de la methanogenese, d'apres les donnees isotopiques. Le gaz carbonique dans le Groupe de Colorado est probablement forme par l'oxydation de la matiere organique, en presomption par des processus bacteriens. La tendance a des compositions isotopiques moins negatives avec la profondeur suggere que les sources organiques sont melangees avec des sources inorganiques (calcite) de carbone. L'interpretation des donnees isotopiques pour l'helium suggere que l'helium observe dans les unites du Devonien origine de sources crustales profondes, probablement du socle du Precambrien, qui se melangent a des sources atmospheriques. En contraste, les concentrations elevees d'helium et d'azote dans le Mannville sont le resultat de l'entree d'eaux meteoriques. Un patron similaire est observe pour l'azote dans le Groupe de Colorado et les correlations avec les gaz d'hydrocarbures suggerent que le contenu eleve en azote est relie aux accumulations bacteriennes de gaz naturel.

Traduit par Lynn Gagnon