Геологическая служба Канзаса: исследования и использование углекислого газа.

Введение

Канзасская геологическая служба (KGS) является исследовательским и сервисным подразделением Канзасского университета, которому законодательно поручено изучение и предоставление информации о геологических ресурсах Канзаса. KGS не обладает полномочиями по регулированию и не выражает позиции по вопросам, касающимся природных ресурсов. Исследования, проводимые в KGS, в основном сосредоточены на энергетике, воде и окружающей среде и направлены на решение проблем, связанных с природными ресурсами штата Канзас. KGS также создает новые данные о геологии штата и разрабатывает инструменты и методы для изучения его поверхности и недр посредством геофизических и картографических программ. Основными пользователями этой информации являются местные, государственные и федеральные органы; компании, занимающиеся разведкой нефти и газа; инженерные компании и геотехнические консультанты, работающие в области строительства, охраны окружающей среды и геологических опасностей; преподаватели; и частные лица, желающие узнать больше о геологии и ресурсах штата. KGS располагается в Лоуренсе, на западном кампусе Канзасского университета, и имеет библиотеку образцов скважин в Уичито. Штат KGS состоит из 74 постоянных сотрудников и около 30 студентов, а ежегодный бюджет, выделяемый штатом, составляет приблизительно 5,9 миллиона долларов. В 2012 финансовом году KGS было выделено еще 11,7 миллиона долларов в виде грантов и контрактов. KGS подчиняется вице-канцлеру по научным исследованиям и аспирантуре Канзасского университета и имеет консультативный совет из 12 членов, который осуществляет экспертизу и предоставляет рекомендации.

Энергия

KGS совместно с промышленными и государственными партнерами продолжает многолетний проект по тестированию безопасности и эффективности хранения углекислого газа (CO2) – получаемого в результате промышленных процессов и из других источников – глубоко под землей, а также его использования для увеличения добычи нефти из пластов, недоступных традиционными методами. CO2 является естественным и необходимым компонентом атмосферы, но также представляет собой парниковый газ – побочный продукт выбросов от сжигания ископаемого топлива транспортными средствами и стационарными источниками, такими как электростанции, цементные заводы, предприятия по производству этанола и удобрений, – который считается одной из причин изменения климата. Проект, возглавляемый KGS, на сегодняшний день получил почти 21,5 млн долларов США в виде финансирования по соглашению о сотрудничестве от Министерства энергетики США. Это финансирование способствовало бурению и оценке скважин в округе Самнер к югу от Уичито, округе Эллис к северу от Хейса и округе Хаскелл к северо-западу от Либерала. Данное соглашение о сотрудничестве является крупнейшим, которое когда-либо получало KGS. Летом 2013 года CO2, транспортируемый с завода Abengoa Bioenergy Corporation, расположенного недалеко от Колвича, будет закачиваться на полигон KGS Wellington в округе Самнер как для увеличения нефтеотдачи, так и для секвестрации в глубоком солевом водоносном горизонте Арбакл. Арбакл – это пористая группа пород, содержащая соленую воду, непригодную для питья в этой части штата, и отделенная от мелководных пресноводных водоносных горизонтов тысячами футов непроницаемых пород. Это будет первый случай, когда CO2, образующийся в результате промышленной деятельности, будет захвачен и закачан под землю для долгосрочного хранения в Канзасе. Секвестрация CO2 в солевых водоносных горизонтах тестируется по всей территории Соединенных Штатов, при этом более масштабные испытания в настоящее время проводятся в Иллинойсе. В ответ на возросший интерес общественности и ускорение горизонтального бурения в Миссисипийском бассейне в южно-центральной части Канзаса, а также на запрос информации о горизонтальных скважинах и гидравлическом разрыве пласта, KGS опубликовала информационный бюллетень о гидравлическом разрыве пласта в Канзасе. KGS также изучает метан угольных пластов (CBM) и другие нетрадиционные источники природного газа. При финансовой поддержке Комиссии по регулированию корпораций Канзаса и Департамента доходов Канзаса, KGS продолжает разработку онлайн-методов для предоставления информации о нефти и газе штату Канзас, а также сотрудничает с Канзасским геологическим обществом для разработки программного обеспечения для отображения цифровых каротажных диаграмм скважин. KGS предоставляет широкий спектр информации, связанной с добычей нефти и газа, через веб-сайт KGS, Библиотеку данных и Библиотеку керна в Лоуренсе, а также Библиотеку образцов скважин в Уичито, которая собирает, архивирует и предоставляет образцы шлама из более чем 130 000 скважин, пробуренных в Канзасе. Данные о добыче нефти и газа в Канзасе доступны на интерактивной карте нефтяных и газовых месторождений KGS. В поддержку проекта по секвестрации и увеличению нефтеотдачи, Библиотека данных добавила большое количество новых записей и данных о нефти и газе в свою онлайн-базу данных, а Библиотека керна пополнила свой ассортимент важными новыми коллекциями.

The KGS, with industry and government partners, continues a multi year project to test the safety and efficacy of storing carbon dioxide (CO2)—from industrial processes and other sources—deep underground and also using it to squeeze out trapped oil unreachable by traditional recovery methods. CO2 is a natural and essential component of the atmosphere, but it is also a greenhouse gas—a byproduct of fossil fuels emissions from vehicles and such stationary sources as electric, cement, ethanol, and fertilizer plants—that has been considered a cause of climate change. The KGS led project has received to date nearly $21.5 million in cooperative agreement funding from the U. S. Department of Energy. This funding has helped support drilling and evaluation of wells in Sumner County south of Wichita, Ellis County north of Hays, and Haskell County northwest of Liberal. The cooperative agreement is the largest ever received by the KGS. In the summer of 2013, transported from the Abengoa Bioenergy Corporation's ethanol plant near Colwich will be injected at the KGS Wellington field site in Sumner County for both enhanced oil recovery and sequestration in the deep Arbuckle saline aquifer. The Arbuckle is a porous rock group that contains saline water unfit for human consumption in that area of the state and is separated from shallower freshwater aquifers by thousands of feet of impermeable rock. This will be the first time emitted during industrial activities will be captured and injected underground for long term storage in Kansas. Sequestration of in saline aquifers is being tested throughout the United States, with a larger test currently underway in Illinois. In response to demand for information on horizontal wells and hydraulic fracturing following increased public awareness and acceleration of horizontal drilling in the Mississippian play in south central Kansas, the KGS published a circular on hydraulic fracturing in Kansas. The KGS also studies coalbed methane (CBM) and other unconventional sources of natural gas. With funding from the Kansas Corporation Commission and the Kansas Department of Revenue, the KGS continues development of online methods for reporting oil and gas information to the state of Kansas and from the Kansas Geological Society to develop software for the display of digital well logs. The KGS provides a variety of information related to oil and gas production through the KGS website, the Data Resources Library and Drill Core Library in Lawrence, and the Wichita Well Sample Library, which collects, archives, and loans cuttings samples from more than 130,000 wells drilled in Kansas. Data on Kansas oil and gas production are available through the KGS interactive oil and gas field map. In support of the sequestration and enhanced oil recovery project, the Data Resources Library added a large quantity of new oil and gas records and data to its online database, and the Drill Core Library added important new collections to its inventory.

Вода

KGS "Атлас водоносного горизонта Высоких равнин" теперь доступен онлайн. Он содержит более 70 карт, в том числе анимированные и интерактивные. Одна из них предоставляет данные в реальном времени скважин, непрерывно контролируемых KGS, а другая позволяет пользователям отслеживать динамику изменения уровня воды с 1996 года. Водоносный горизонт Высоких равнин, представляющий собой обширную сеть водоносных формаций, залегающих на территории восьми штатов, включает в себя крупный водоносный горизонт Огаллала и является основным источником воды для коммунальных, промышленных и сельскохозяйственных нужд большей части западного и центрального Канзаса. Снижение уровня водоносного горизонта Высоких равнин в западном Канзасе продолжает оставаться приоритетным направлением работы KGS в области водных ресурсов. Для мониторинга состояния водоносного горизонта Высоких равнин KGS и Отдел водных ресурсов (DWR) Департамента сельского хозяйства Канзаса ежегодно в январе, с разрешения землевладельцев, измеряют уровень грунтовых вод примерно в 1400 скважинах, расположенных в 47 округах западного и центрального Канзаса. Результаты измерений доступны онлайн через базу данных WIZARD. KGS также предоставляет Kansas Master Groundwater Well Inventory (MWI) – централизованный репозиторий, объединяющий основные наборы данных о скважинах подземных вод штата, и непрерывно осуществляет мониторинг и сбор данных с трех скважин в западном Канзасе в рамках своей программы индексных скважин. Данные в реальном времени с индексных скважин публикуются через "Атлас водоносного горизонта Высоких равнин". Недавно KGS завершила моделирование водоносного горизонта Высоких равнин на юго-западе Канзаса для территории, входящей в состав GMD 3 – одного из пяти районов управления подземными водами штата. Эта модель используется водными агентствами Канзаса для оценки влияния сокращения откачки воды на доступность грунтовых вод в данной части водоносного горизонта. Министерство энергетики США финансирует еще один проект KGS, посвященный комплексному использованию поверхностного и подповерхностного ядерного магнитного резонанса (NMR) для измерения и картирования насыщенной гидравлической проводимости в трех измерениях. Геологическая служба США оказала поддержку в финансировании исследования KGS, посвященного накоплению и извлечению воды из водоносных горизонтов, расположенных близко к поверхности, посредством разработки нового метода пополнения запасов с использованием недорогих скважин малого диаметра. KGS также продолжает сотрудничество с Университетом штата Мичиган и другими организациями в рамках исследования, финансируемого NSF, по моделированию всего водоносного горизонта Высоких равнин. Разнообразная информация об уровне воды и скважинах доступна на веб-сайте KGS и в Библиотеке ресурсов данных в Лоуренсе. Количество запросов на эти данные возросло в связи с продолжающейся засухой в штате и опасениями по поводу снижения уровня воды в водоносном горизонте Высоких равнин. При поддержке KGS Департамент здравоохранения и окружающей среды Канзаса разработал программу, позволяющую осуществлять онлайн-подачу цифровых записей о бурении скважин.

The KGS "High Plains Aquifer Atlas" is now online. It features more than 70 maps—several animated or interactive. One provides real time data from wells continuously monitored by the KGS and another allows users to watch the progressive change in water levels since 1996. The High Plains aquifer, a massive network of water bearing formations that underlies parts of eight states, includes the extensive Ogallala aquifer and is the primary source of municipal, industrial, and irrigation water for much of western and central Kansas. Declines in the High Plains aquifer of western Kansas continue to dominate much of the KGS work on water. To monitor the condition of the High Plains aquifer, the KGS and the Division of Water Resources (DWR) of the Kansas Department of Agriculture measure groundwater levels, with landowner permission, in about 1,400 wells in 47 western and central Kansas counties every January. The results are available online via the WIZARD database. The KGS also provides a Kansas Master Groundwater Well Inventory (MWI)—a central repository that imports and links together the state's primary groundwater well data sets—and continuously monitors and collects data from three western Kansas wells as part of its index well program. The KGS releases the real time data from the index wells through the High Plains Aquifer Atlas. The KGS recently completed a modeling study of the High Plains aquifer in southwestern Kansas for the area in GMD 3, one of the state's five Groundwater Management Districts. The model is used by Kansas water agencies to assess the impact of pumping reductions on groundwater availability in that portion of the aquifer. The U. S. Department of Energy is funding another KGS project on the integrated use of surface and subsurface nuclear magnetic resonance (NMR) for measuring and mapping saturated hydraulic conductivity in three dimensions. The U. S. Geological Survey helped fund a KGS study on aquifer storage and recovery in near surface aquifers through the development of a new recharge approach using small diameter low cost wells. The KGS also continues work with Michigan State University and others as part of an NSF funded study to model the entire High Plains aquifer. A range of water level and water well information is available through the KGS website and the Data Resources Library in Lawrence. Inquiries for these data have increased due to ongoing drought conditions in the state and concerns over water level declines in the High Plains aquifer. With KGS support, the Kansas Department of Health and Environment released a program that allows online submission of digital water well drilling records.

Геология

KGS продолжает обновлять и создавать новые геологические карты округов, что во многом поддерживается проектом STATEMAP Геологической службы США. Новые геологические карты теперь доступны для округа Салин в центральном Канзасе и округа Кирни на юго-западе штата. Подробное исследование KGS, посвященное стратиграфическому строению аквифера Высоких равнин, финансируется грантом Национального научного фонда (NSF). В частности, KGS использовал возможности сонобурения для отбора нескрепленного керна из формации Огаллала в округе Хаскелл. Геоархеологические исследования KGS включают полевые работы, финансируемые программой археологических исследований Odyssey при Канзасском университете, на локалитете Канорадо на северо-западе Канзаса, на участке Коффи на северо-востоке Канзаса и в других местах, где предположительно обнаружены культурные отложения, предшествующие культуре Кловис, возраст которых может превышать 11 500 лет до настоящего времени. Геоархеология охватывает изучение и интерпретацию отложений, почв и форм рельефа для выявления потенциальных археологических памятников, датировки находок и оценки условий окружающей среды в доисторический период. Другие исследовательские проекты KGS в геологическом отделе сосредоточены на стратиграфии мелового и неогенового периодов, а также на палеоклиматологии Великих равнин.

Геофизика

Программа сейсмического отражения KGS решает инженерные задачи и проблемы, связанные с осадкой грунта, в Канзасе и других регионах. Используя методы сейсмического отражения, исследователи KGS создают вибрацию – с помощью взрыва или специально оборудованного грузовика – которая посылает сейсмические (звуковые) волны в землю. Отраженная энергия, которая по-разному отражается от различных горных пород, затем измеряется для создания изображений подземных слоев. Инженерный корпус армии США выделил KGS грант на продвижение исследований и разработку автоматизированной системы обнаружения подземных аномалий с использованием технологий активной сейсмической визуализации (ASI) для обнаружения, классификации и оценки скрытых туннелей. KGS также получил финансирование от Корпуса для изучения рыхлых отложений на полигоне Юма в Аризоне; финансирование от Министерства внутренних дел США и Бюро мелиорации для проведения сейсмических исследований на плотине А. В. Уоткинса в Юте; и финансирование от Геологической службы США для изучения разработки геофизических методов для характеристики приповерхностных слоев.

Публикации, образование и распространение информации

KGS издает печатные и онлайн-информационные циркуляры (PIC) и другие ресурсы – технические и образовательные – о исследованиях KGS, геологии и природных ресурсах штата. Недавние технические бюллетени KGS опубликованы онлайн в рецензируемом журнале Midcontinent Research. В октябре 2019 года этот журнал заменил предыдущий журнал Канзасской геологической службы Current Research in Earth Sciences, в котором были опубликованы работы о фузулинидах из известнякового члена Хоу на северо-востоке Канзаса, авторства Грегори П. Уоллмана и Рональда Р. Уэста, а также о последовательной стратиграфической архитектуре формации Дакота в Канзасе, Небраске и Айове, авторства Грега А. Людвигсона и др. Раздел GeoKansas на веб-сайте KGS содержит онлайн-образовательную информацию о породах, минералах, окаменелостях и других природных ресурсах Канзаса, а также сведения о живописных и геологических достопримечательностях по всему штату. Онлайн-фотобиблиотека KGS предоставляет сотни фотографий природных ресурсов штата, сгруппированных по округам. Центр доступа к данным и поддержки (DASC), расположенный в KGS и работающий под руководством Совета по геоинформационным системам (ГИС) Канзаса и директора ГИС Канзаса, является центром распространения геопространственных данных для штата Канзас. База данных DASC включает данные ГИС Канзаса о водных, энергетических и экологических ресурсах. Законопроект 2175, принятый законодательным собранием в 2012 году, предусматривает продолжение финансирования DASC через KGS. Хотя DASC располагается в KGS с момента своего основания в 1989 году, этот законопроект является первым законодательным признанием DASC и его местоположения в KGS. KGS ежегодно проводит Канзасскую полевую конференцию, которая проводится с 1995 года, чтобы предоставить законодателям штата, сотрудникам государственных учреждений, представителям органов местного самоуправления, предпринимателям и другим лицам, принимающим решения, возможность посетить различные регионы штата и ознакомиться с его природными ресурсами. Темы поездки в 2019 году в южно-центральный Канзас включали управление водно-болотными угодьями в районе дикой природы Шайенн-Боттомс и Национальном заповеднике дикой природы Кивира, нефтепереработку, проект по накоплению и восстановлению подземных вод города Уичита, переработку хлопка, подземное захоронение отходов, добычу соли и управление дикой природой. Соорганизаторами конференции были KGS, Департамент дикой природы, парков и туризма Канзаса, Управление водных ресурсов Канзаса, Департамент транспорта Канзаса, Департамент сельского хозяйства Канзаса и Департамент здравоохранения и окружающей среды Канзаса. Руководства по Канзасской полевой конференции доступны онлайн.

The KGS produces printed and online Public Information Circulars (PICs) and other resources, both technical and educational, about KGS research and the state's geology and natural resources. Recent technical KGS bulletins, published online under the peer reviewed journal Midcontinent Research. In October 2019, the journal replaced the previous Kansas Geological Survey journal, Current Research in Earth Sciences, which included a work on fusulinids from the Howe Limestone Member in northeastern Kansas by Gregory P. Wahlman and Ronald R. West and another on sequence stratigraphic architecture of the Dakota Formation in Kansas, Nebraska, and Iowa by Greg A. Ludvigson et al. GeoKansas on the KGS website features online educational information on the rocks, minerals, fossils, and other natural resources in Kansas as well as the location of scenic and geologic places of interest throughout the state. The KGS online photo library provides hundreds of county by county photographs of the state's natural resources. The KGS Data Access and Support Center (DASC) located at the KGS and operating under the direction of the Kansas GIS Policy Board and Kansas GIS Director—serves as the geospatial data clearinghouse for the state of Kansas. The DASC database includes Kansas GIS data on water, energy, and environmental resources. House Bill 2175, passed by the legislature in 2012, directs continued funding to DASC through the KGS. While DASC has been located at the KGS since its inception in 1989, this bill is the first statutory recognition of DASC and its location at the KGS. The KGS conducts an annual Kansas Field Conference, undertaken since 1995, to provide state legislators, state agency staff, local government officials, business people, and other decision makers an opportunity to visit different parts of the state and learn about natural resources. Topics on the 2019 trip to south central Kansas included wetland management at Cheyenne Bottoms Wildlife Area and Quivira National Wildlife Refuge, oil refining operations, the city of Wichita's Aquifer Storage and Recovery project, cotton ginning, underground waste disposal, salt mining, and wildlife management. Co sponsors were the KGS; Kansas Department of Wildlife, Parks, and Tourism; Kansas Water Office; Kansas Department of Transportation; Kansas Department of Agriculture; and Kansas Department of Health and Environment. Kansas Field Conference guidebooks are available online.