Hydrogeochemistry of a deep gas-storage cavern, Czech Republic

Abstract

Groundwater was occasionally found during the construction of a deep gas-storage cavern at approximately 1 km below land surface near Pribram, Czech Republic. The individual groundwater seeps, with a discharge not exceeding 0.01 l/s and T = 23°C, were usually a strongly alkali natural solution with maximum pH values of 9.9 and TDS concentrations from 0.2 to 0.86 g/l; Na⁺, ${\text{HCO}}^{ - }_{3}$, and Cl⁻ ions were the major dissolved chemical constituents. Two main groundwater quality groups were defined: Na–Cl and Na–HCO₃. Based on the stable isotope (¹⁸O/¹⁶O, D/H), tritium and radiocarbon analyses, some groundwater originated from rainwater infiltrating during the Upper Pleistocene Epoch. Strontium in the groundwater of the crystalline aquifer was isotopically homogenous and equilibrates with strontium in the granite and granodiorite of the gas-storage cavern. Based on the information, the deep groundwater seeps were associated with slow or ‘stagnant’ groundwater circulation, without direct relation to the recent groundwater of faster circulation near the surface, which is periodically recharged by precipitation. The results of the water-quality monitoring of the deep groundwater seeps have been used in estimating the insulating properties of the neighboring rocks near the gas-storage cavern. This information will be important in the safe operation of the gas-storage cavern.

Résumé

A l’occasion de la construction d’une cavité profonde de stockage de gaz à proximité de Pribram (République Tchèque), de l’eau souterraine a été trouvée fortuitement, environ 1 km sous la surface. Chaque suintement produisait un débit inférieur à 0.01 l/s, à une température de 23°C au maximum, et les solutions présentaient une alcalinité élevée, avec un pH de 9.9 et des concentrations en solides dissous comprises entre 0.2 et 0.86 g/l. Les constituants dissous majoritaires étaient les ions Na⁺, ${\text{HCO}}^{ - }_{3}$, et Cl⁻. Deux groupes basés sur la qualité des eaux furent définis: eaux chlorurées sodiques et eaux bicarbonatées sodiques. D’après les analyses des isotopes stables (¹⁸O/¹⁶O, D/H), du tritium et du ¹⁴C, certaines eaux souterraines sont issues de l’infiltration d’eau de pluie au cours du Pléistocène supérieur. Le strontium présent dans les eaux des aquifères cristallins montrait une grande homogénéité isotopique, en équilibre avec le strontium présent dans les granites et granodiorites de la cavité de stockage de gaz. D’après ces informations, les suintements ont été associés à des circulations lentes voire “stagnantes”, sans relation directe avec les circulations rapides d’eaux souterraines à proximité de la surface, qui sont réalimentées périodiquement par les précipitations. Les résultats du suivi qualitatif de l’eau des suintements profonds ont été utilisés pour estimer les propriétés isolantes des roches voisines de la cavité considérée. Cette information sera importante pour le bon fonctionnement du stockage.

Resumen

Se encontró agua subterránea ocasionalmente durante la construcción de una caverna profunda de almacenamiento de gas, a aproximadamente 1 km debajo de la superficie de la tierra, cerca de Pribram, República Checa. Las filtraciones individuales de agua subterránea, con una descarga menor a 0.01 l/s y T=23°C, normalmente eran una solución natural fuertemente alcalina, con valores máximos de pH de 9.9 y concentraciones de SDT desde 0.2 a 0.86 g/l; los iones Na⁺, ${\text{HCO}}^{ - }_{3}$, y Cl⁻ eran los mayores constituyentes químicos disueltos. Se definieron dos grupos principales de calidad de agua subterránea: Na–Cl y Na–HCO₃. Con base en los isótopos estables (¹⁸O/¹⁶O, D/H), análisis de tritio y radiocarbon, se estableció que alguna agua subterránea se originó a partir de agua lluvia infiltrada durante la Ëpoca del Pleistoceno Superior. El estroncio en el agua subterránea del acuífero cristalino, era isotópicamente homogéneo y se equilibria con el estroncio en el granito y la granodiorita de la caverna para almacenamiento de gas. Con base en la información, las filtraciones de agua subterránea profunda fueron asociadas con circulación lenta de agua subterránea o ‘estancada’, sin una relación directa con el agua subterránea reciente, de circulación más rápida cerca de la superficie, que se recarga periódicamente por la precipitación. Los resultados del monitoreo de la calidad de agua de las filtraciones profundas de agua subterránea, han sido usadas para estimar las propiedades aislantes de las rocas vecinas cerca de la caverna de almacenamiento del gas. Esta información será importante en el funcionamiento seguro de la caverna de almacenamiento de gas.