Characterization and numerical modeling of the bedrock aquifer in the Fox Creek area, Alberta.

Des préoccupations environnementales liées à l’exploitation des hydrocarbures non conventionnels sont apparues au cours de la dernière décennie. La région de Fox Creek, située dans le centre ouest de l'Alberta, a été l'une des régions les plus actives pour la production d’hydrocarbures au Canada au cours des 50 dernières années, et a donc été choisie comme sujet d’étude. La CGC a débuté un projet dans cette région en 2019, dont l'objectif principal est d'étudier les impacts potentiels des activités pétrolières et gazières sur les aquifères peu profonds. Ce projet multidisciplinaire et multi-institutionnel comprend différents volets. Cette maîtrise de recherche visait spécifiquement à caractériser l'aquifère rocheux fracturé d’un bassin versant d’une superficie de 425 km2 de la région de Fox Creek et à améliorer la compréhension des connexions hydrauliques potentielles entre les unités géologiques profondes et les aquifères superficiels. Dans ce contexte, des modèles numériques avec les logiciels FLONET et CATHY ont été développés pour simuler les écoulements locaux et semi-régionaux sur une section transversale. Pour ce faire, nous avons utilisé des données hydrogéologiques issues des bases de données provinciales, des rapports et des articles, et des données météorologiques. Les modèles 2D ont été calés en utilisant la piézométrie régionale, en essayant de trouver la bonne combinaison de paramètres de conductivité hydraulique et de taux de recharge. Des scénarios ont été développés pour déterminer quelles seraient les conditions nécessaires pour avoir une remontée des fluides à partir de la formation la plus profonde vers la surface. Les résultats de cette maîtrise, en plus des deux modèles numériques, comprennent une revue de littérature exhaustive sur les propriétés des formations rocheuses présentes dans la région et un bilan hydrique pour la région d’étude, qui inclut la définition d’un intervalle pour la recharge de l'aquifère. Les travaux réalisés dans le cadre de cette maîtrise ont montré que la région d'étude est caractérisée par : 1) un système d'écoulement des eaux souterraines contrôlé par la topographie, 2) des propriétés hydrogéologiques très hétérogènes, 3) une recharge à l’aquifère rocheux faible, allant de 0 à 70 mm/an et 4) un écoulement actif concentré dans la partie supérieure de la Formation de Paskapoo, qui est plus fracturée (~100 m). La modélisation des quatre premières formations rocheuses à partir de la surface (Paskapoo, Scollard, Battle et Wapiti) avec FLONET a également démontré qu’un lien hydraulique entre les formations géologiques profondes et celles peu profondes est très improbable.<br /><br />Environmental concerns related to unconventional hydrocarbon exploitation have arisen in the last decade. The Fox Creek area, located in west-central Alberta, has been one of the most active regions for hydrocarbon production in Canada over the last 50 years and was therefore chosen as the subject of this study. The Geological Survey of Canada (GSC) began a project in this region in 2019, with the primary objective of studying the potential impacts of oil and gas activities on shallow aquifers. This multidisciplinary and multi-institutional project includes different components. This MSc research specifically aimed to characterize the fractured bedrock aquifer of a 425 km2 watershed in the Fox Creek area and improve the understanding of potential hydraulic connections between deep geological units and shallow aquifers. In this context, two numerical models with FLONET and CATHY were developed to simulate the local and semi-regional flow over a cross-section. To do so, hydrogeological data from the provincial databases, reports, and papers, as well as meteorological data, were used. The two-dimensional (2D) models were calibrated using the regional piezometry to find the right combination of hydraulic conductivity and recharge rate parameters. Scenarios were developed to determine what conditions would be necessary to have upward flow from the deepest formation towards the surface. The results of this Master's thesis, in addition to the two numerical models, consist of a comprehensive literature review on the properties of the rock formations present in the region and a water budget for the study area, which includes the assessment of a recharge interval. The work carried out as part of this MSc research showed that the study area is characterized by 1) a topography-driven groundwater flow system, 2) highly heterogeneous hydrogeological properties, 3) a low recharge rate to the bedrock aquifer, ranging from 0 to 70 mm/year, and 4) an active flow concentrated in the upper part of the Paskapoo Formation, where more fractures are present. Modeling the four upper bedrock formations (Paskapoo, Scollard, Battle and Wapiti) with FLONET also demonstrated that a hydraulic connection between the deep geological formations and shallow aquifers is very unlikely.

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