Dissolved noble gases and stable isotopes as tracers of preferential fluid flow along faults in the Lower Rhine Embayment, Germany.

Groundwater in shallow unconsolidated sedimentary aquifers close to the Bornheim fault in the Lower Rhine Embayment (LRE), Germany, has relatively low δH and δO values in comparison to regional modern groundwater recharge, and He concentrations up to 1.7 × 10 cm (STP) g ± 2.2 % which is approximately four orders of magnitude higher than expected due to solubility equilibrium with the atmosphere. Groundwater age dating based on estimated in situ production and terrigenic flux of helium provides a groundwater residence time of ∼10 years. Although fluid exchange between the deep basal aquifer system and the upper aquifer layers is generally impeded by confining clay layers and lignite, this study's geochemical data suggest, for the first time, that deep circulating fluids penetrate shallow aquifers in the locality of fault zones, implying that sub-vertical fluid flow occurs along faults in the LRE. However, large hydraulic-head gradients observed across many faults suggest that they act as barriers to lateral groundwater flow. Therefore, the geochemical data reported here also substantiate a conduit-barrier model of fault-zone hydrogeology in unconsolidated sedimentary deposits, as well as corroborating the concept that faults in unconsolidated aquifer systems can act as loci for hydraulic connectivity between deep and shallow aquifers. The implications of fluid flow along faults in sedimentary basins worldwide are far reaching and of particular concern for carbon capture and storage (CCS) programmes, impacts of deep shale gas recovery for shallow groundwater aquifers, and nuclear waste storage sites where fault zones could act as potential leakage pathways for hazardous fluids. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

El agua subterránea en los acuíferos sedimentarios no consolidados poco profundos cercanos a la falla Bornheim en Lower Rhine Embayment (LRE), Alemania, tiene valores relativamente bajos de δH y δO en comparación con la recarga regional del agua subterránea moderna, y las concentraciones de He hasta 1.7 × 10 cm (STP) g ± 2.2 % (aproximadamente cuatro órdenes de magnitud mayor que lo esperado debido al equilibrio de solubilidad con la atmósfera). La edad del agua subterránea basado en la producción estimada in situ y en el flujo terrígeno de helio proporciona un tiempo de residencia del agua subterránea de ∼10 años. Aunque el intercambio de fluido entre el sistema acuífero basal profundo y las capas acuíferas superiores está generalmente impedido por capas confinantes de arcilla y lignito, estos datos geoquímicos estudiados sugieren, por primera vez, que fluidos circulantes profundos penetran a los acuíferos someros en la ubicación de las zonas de fallas y que un flujo sub-vertical de los fluidos ocurre a lo largo de fallas en el LRE. Los grandes gradientes hidráulicos observados a través de muchas fallas sugieren que actúan como barreras al flujo lateral de agua subterránea. Por lo tanto, los datos geoquímicos informados aquí también apoyan el modelo previamente propuesto de barreras sin conducción para la hidrogeología de la zona de falla en depósitos sedimentarios no consolidados, así como que corrobora el concepto de que las fallas en los sistemas acuíferos no consolidados pueden actuar como sitio para la conectividad hidráulica entre los acuíferos profundos y someros. Las implicancias del flujo del fluido a lo largo de las fallas en las cuencas sedimentarias en el mundo son de largo alcance y de particular preocupación para los programas de captura y almacenamiento de carbono (CCS), los impactos de la recuperación de gas shale profundo para los acuíferos subterráneos someros, y los sitios para el almacenamiento de residuos nucleares donde las zonas de fallas podrían actuar como potenciales vías de fuga de fluidos peligrosos. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

L'eau souterraine des aquifères sédimentaires meubles superficiels proches de la faille de Bornheim dans le graben du Bas-Rhin (GBR), Allemagne, présente des valeurs de δH et δO relativement basses en comparaison de celles de la recharge régionale actuelle des eaux souterraines et des concentrations en He atteignant 1.7 × 10 cm (STP) g ± 2.2 % (environ 4 ordres de grandeur plus élevée que prévu en raison de l'équilibre de solubilité avec l'atmosphère). La datation des eaux souterraines basée sur l'estimation de la production in situ et du flux terrigène d'hélium indique un temps de résidence des eaux souterraines d'environ 10 années. Bien que l'échange de fluide entre la base du système aquifère profond et les couches supérieures de l'aquifère soit généralement empêché par des couches d'argile imperméable et de lignite, les données géochimiques de cette étude suggèrent, dans un premier temps, que les fluides circulant en profondeur pénètrent les aquifères superficiels dans la zone proche des zones de faille et que cet écoulement sub-vertical du fluide se produit le long des failles du GBR. Les forts gradients hydrauliques observés le long de nombreuses failles suggèrent qu'elles agissent comme des obstacles à l'écoulement souterrain latéral. Par conséquent, les données géochimiques rapportées ici viennent également à l'appui du modèle de conduit-barrière proposé précédemment pour l'hydrogéologie d'une zone de failles dans des dépôts sédimentaires meubles, de même qu'elles corroborent le concept que dans les systèmes aquifères meubles les failles peuvent agir comme le lieu de la connectivité hydraulique entre les aquifères profonds et les aquifères superficiels. Les implications de l'écoulement d'un fluide le long de failles dans des bassins sédimentaires à travers le monde sont d'une grande portée, et d'un intérêt particulier pour les programmes de capture et de stockage du carbone (CSC), pour les impacts de la récupération des gaz de schistes profonds sur les aquifères superficiels, et pour les sites de stockage des déchets nucléaires où les zones de failles pourraient agir comme des voies potentielles de transfert des fluides à risques. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

As águas subterrâneas em aquíferos sedimentares rasos inconsolidados, nas proximidades das falhas de Bornheim no Recôncavo do Baixo Reno (RBR), Alemanha, possuem valores relativamente baixos de δH and δO em comparação com a recarga regional de águas subterrâneas recentes, e concentrações de He de até 1.7 × 10 cm (STP) g ± 2.2 % (aproximadamente quatro ordens de magnitude acima do esperado devido a solubilidade desse gás na água, em condições de equilíbrio com a atmosfera). A datação das águas subterrâneas, com base na estimativa da produção local e do fluxo terrígeno do hélio, fornece um tempo de residência para as águas subterrâneas da ordem de ∼10 anos. Embora a troca de fluídos entre o sistema aquífero basal profundo e as camadas superiores do aquífero sejam geralmente impedida pela existência de camadas confinantes de argila e linhita, os dados geoquímicos deste estudo sugerem, pela primeira vez, que a circulação de fluídos profundos penetra nas camadas mais superficiais do aquífero nas zonas de falhas, e que o fluxo subvertical de fluidos ocorre ao longo das falhas no RBR. Gradientes hidráulicos elevados são observados ao longo de diversas falhas, sugerindo que elas atuam como barreiras ao fluxo lateral das águas subterrâneas. Portanto, os dados geoquímicos aqui apresentados suportam o modelo hidrogeológico previamente proposto, de conduto-barreira, para as zonas de falha que atravessam os depósitos sedimentares inconsolidados, bem como corrobora o fato dessas falhas atuarem como condutos locais, responsáveis pela conexão hidráulica entre aquíferos rasos e profundos. As implicações globais do fluxo de fluídos ao longo falhas em bacias sedimentares, são de longo alcance, particularmente no que diz respeito aos programas de captura e armazenagem geológica de carbono, impactos causados pela extração de gás de folhelhos em aquíferos rasos e na seleção de locais para o armazenamento de resíduos nucleares, onde falhas podem atuar como caminhos preferenciais em caso de vazamentos de fluídos perigosos. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

德国莱茵河下游河湾Bornheim断层附近,浅层松散沉积含水层地下水中, δH 和 δO的值与区域现在地下水补给相比相对较低, He含量达到1.7 × 10 cm (STP) g ± 2.2 %(由于与大气的溶解度平衡,比预想的大约高出4个数量级)。根据估算的现场氦产生量和陆源通量进行的地下水测年提供了地下水的存留时间,大约为10年。尽管深层基底含水层系统和上部含水层之间通常受到承压粘土层和褐煤层的阻碍,但本研究中的地球化学资料首次显示,深层循环液体在断层带穿过浅层含水层,沿莱茵河下游河湾断层出现亚垂直液体流.很多断层观测到的大的水头坡度表明,他们充当着侧向地下水六的屏障。因此,这里列出的地球化学资料也证实了先前提出的松散沉积层中断层带水文地质条件通道-屏障模型,以及证实了另一个模型,即松散含水层系统中断层可以充当深层含水层和浅层含水层之间水力连接点。沿沉积盆地断层的液体流的启示对于碳捕集和碳储存计划、深层页岩气恢复对浅层地下水含水层的影响以及对于断层可成为危险液体潜在泄露通道的核废料储存地来说,其影响是深远的,并且受到特别的关注。 [ABSTRACT FROM AUTHOR]