Pore water geochemistry for the Lachenaie clay deposit, Québec

François Duhaime, El Mehdi Benabdallah, Robert P. Chapuis

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Isotope Tracing II

ABSTRACT: This paper presents some new data regarding the major ions and the carbon isotopes of the Lachenaie clay pore water. The major ion data indicate that the slow dilution of Champlain Sea water has lowered the ratio of monovalent to divalent cations in the massive part of the clay deposit. The HCO3- and SO42- concentrations in the pore water are respectively very high and very low compared to what would be expected from diluted sea water. The 13C/12C ratio and the activity of 14C present the signature of biogenic methane production from an old carbon source in the bedrock. Some sites show a well defined active zone enriched in 14C with respect to the intact clay deposit. With depth, the pore water is progressively enriched in 13C and depleted in 14C. This carbon isotope distribution cannot be easily modelled with a simple advection-diffusion model. Consequently, it is hypothesized that the organic carbon present in the clay acts as a buffer for the isotopic signature of pore water carbon. Overall, the carbon isotopes and the major ions show that the pore water geochemistry is not simply controlled by dilution, but by several concurrent mechanisms.

RÉSUMÉ: Cet article présente la géochimie des ions majeurs et des isotopes du carbone pour l'eau interstitielle du dépôt d'argile de Lachenaie. Les données relatives aux ions majeurs indiquent que la lente dilution de l'eau de la mer Champlain a mené à une diminution de la concentration des ions monovalents par rapport aux ions divalents dans la partie massive du dépôt d'argile. Les concentrations de HCO3- et SO42- dans l'eau interstitielle sont respectivement très élevées et très faibles par rapport à celles qui seraient attendues d'une eau marine diluée. Le rapport 13C/12C et l'activité du 14C présentent la signature d'une production biologique de méthane à partir d'une vieille source de carbone située dans le socle rocheux. Certains sites montrent une zone active bien définie qui est enrichie en 14C par rapport à la portion intacte du dépôt. Avec la profondeur, l'eau est progressivement enrichie en 13C et appauvrie en 14C. Cette distribution des isotopes du carbone peut difficilement être modélisée avec un simple modèle d'advection-diffusion. Par conséquent, on émet l'hypothèse que le carbone organique présent dans l'argile tamponne la signature isotopique du carbone de l'eau interstitielle. Globalement, les isotopes du carbone et les ions majeurs montrent que la chimie de l'eau interstitielle n'est pas simplement contrôlée par une dilution, mais par plusieurs mécanismes concomitants.

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