Comparison of isotopic compositions of hydrocarbon gas in shallow groundwater and a deep oil and natural gas reservoir in southeastern New Brunswick, Canada

Abstract

Isotopic analyses of natural gas from the Stoney Creek oil field in New Brunswick indicate carbon (δ13C) and hydrogen (δ2H) values in methane (C1) of -42.4 ± 0.7‰ VPDB and -220.9 ± 3.2‰ VSMOW, respectively. Isotopic data and a gas molecular ratio of 12 ± 1 indicate a wet thermogenic gas formed with oil near the onset of the oil-gas transition zone. The isotopic profiles of the C1–C5 hydrocarbon gases are consistent with kinetic isotope effect models. The Albert Formation of the Horton Group hosts the Stoney Creek oil field (SCOF) and the McCully gas field (MCGF) the only other gas-producing field in the province. Both are thermogenic in origin; however, the SCOF gas has a lower thermal maturity than the MCGS. Hydrocarbon gas composition in shallow aquifers across southeastern New Brunswick was also evaluated. Gas source interpretations based on δ13C and δ2H values are uncertain; oxidation and biogenic overprinting are common and complicate interpretation. The effect of oxidation on δ13C and δ2H values was apparent when C1 concentrations were ≤1 mg/L. In some samples with C1 concentrations >5 mg/L, isotopic discrimination methods point to a biogenic origin. However, the molecular ratios C3 fractions, indicate a thermogenic origin. This suggests a thermogenic isotopic signature has been overprinted by biological activity.

Résumé

Les analyses isotopiques du gaz naturel en provenance du champ pétrolifère de Stoney Creek au Nouveau-Brunswick révèlent des concentrations de carbone (δ13C) et d’hydrogène (δ2H) dans le méthane (C1) de -42,4 ± 0,7 ‰ de VPDB (bélemnites de Pee Dee de Vienne) et de -220,9 ± 3,2 ‰ de VSMOW (eau océanique moyenne normalisée de Vienne), respectivement. Les données isotopiques et un coefficient moléculaire du gaz naturel de 12 ± 1 signalent qu’un gaz thermogénique humide s’est formé en association avec du pétrole près du commencement de la zone de transition entre le pétrole et le gaz naturel. Les profils isotopiques des gaz d’hydrocarbures C1–C5 correspondent aux modèles de l’effet isotopique cinétique. La Formation d’Albert du groupe de Horton abrite le champ pétrolifère de Stoney Creek (CPSC) et le champ pétrolifère McCully (CPMC), seul autre champ producteur de gaz naturel dans la province. Les deux sont d’origine thermogénique, mais le gaz du CPSC a une maturité thermale inférieure au CPMC. La composition en gaz d’hydrocarbures des formations aquifères peu profondes dans le sud-est du Nouveau-Brunswick a elle aussi été évaluée. Les interprétations des sources de gaz naturel basées sur les concentrations de δ13C et de δ2H sont incertaines. L’oxydation et la surimpression biogénique sont courantes et compliquent l’interprétation. L’effet de l’oxydation sur les concentrations de δ13C et de δ2H était visible lorsque les concentrations de C1 étaient ≤1 mg/L. Dans un certain échantillon comportant des concentrations de C1 de >5 mg/L, les méthodes de discrimination isotopique indiquent une origine biogénique. Les coefficients moléculaires de <75 et la présence de fractions de >C3 révèlent toutefois une origine thermogénique. Cela laisse supposer qu’une signature isotopique thermogénique s’est superposée dans le cadre d’une activité biologique.