Geophysical and thermal investigations of ice-rich permafrost were performed in an area of planned hydrocarbon development at Parsons Lake, Northwest Territories. The site is owned by ConocoPhillips Canada (CPC) and ExxonMobil, and is intended to be a primary target for the Mackenzie Valley Gas Project. As a result, the Program of Energy and Research Development (PERD) funded this thesis to acquire more knowledge regarding the current and future state of permafrost at this site. Information on ground temperatures and material properties are available from boreholes extracted during the 2004 CPC drilling program. In this study, the application of ground-penetrating radar (GPR) and capacitively-coupled resistivity (CCR) to map ground ice properties was tested. Since ground ice is an important factor affecting the level of disturbance initiated by thermokarst, improving the use of geophysical tools to map its nature and extent is important. By employing techniques to determine the maximum depth of investigation, optimal smoothing factors used during the inversion of raw resistivity data were computed. Once accomplished, it was found that the observed resistivity of massive ice ranged from 25 000 to 40 000 ohm-m. Conversely, values for massive ice were more widespread and overlapped with other materials like ice-rich peat when incorrect smoothing parameters were selected. The GPR cross-sections were applied to provide more detailed information on structure and contacts between massive ice and gravelly sand deposits. It was found that CCR generates similar outputs for these types of materials. One-dimensional thermal models were constructed at previously undisturbed borehole locations. Thermal outputs were compared with the observed data, and it was found that the error during the thaw season at boreholes with near-surface mineral soils is less than 1 degree celcius at any depth. When these models were used to project maximum active layer thickness changes for the period 2011-2070, subsidence is projected to begin as early as 2058. At disturbed locations, CCR surveys conducted in winter reveal two anomalies characterized by very low resistivities (< 600 ohm-m) beneath the gravel pads. One possible explanation is the development of taliks between 2004 and 2010, and thus, future fieldwork at this site is recommended. Overall, this investigation developed a model that can be used by industry to forecast near-surface thermal regime changes under varying scenarios of climate warming. / Investigations géophysiques et thermiques du pergélisol riche en glace ont été effectués dans une zone de développement des hydrocarbures prévue à Parsons Lake, Territoires du Nord-Ouest. Le site est la propriété de ConocoPhillips Canada et ExxonMobil, et est destiné à être une cible principale pour le projet gazier Mackenzie Valley. En conséquence, le Programme de l'énergie et le développement de la recherche a financé cette thèse, qui améliore les connaissances locales sur l'état actuel et futur du pergélisol. Informations sur les températures du sol et des propriétés des matériaux sont disponibles à partir de forages. Dans cette étude, l'application de géoradar et la résistivité électrique pour détecter les propriétés de glace de sol a été testée. Puisque la glace de sol est un facteur important affectant le niveau de perturbation du terrain, améliorer l'utilisation des outils géophysiques pour cartographier sa nature et son étendue est important. En utilisant des techniques pour déterminer la profondeur maximale de l'enquête, les facteurs de lissage optimal utilisé lors de la transformation des mesures brutes en pseudosections 2D ont été calculés. Une fois réalisé, il a été constaté que la résistivité de glace massive est entre 25 000 et 40 000 ohm-m. Inversement, les valeurs de glace étaient plus répandues et se chevauchent avec d'autres matériaux lorsque les paramètres de lissages incorrects ont été sélectionnés. Le géoradar a été appliqué pour fournir des données détaillées sur la structure de glace et les contacts entre la glace massive et dépôts de sable graveleux. On a constaté que la résistivité génère des valeurs similaires pour les matériaux. Les modèles thermiques unidimensionnels ont été construits à des lieux de forage qui n'ont pas été affectés par les activités humaines. Les résultats ont été comparés avec les données observées, et il a été constaté que l'erreur pendant la saison du dégel aux forages décrits par les sols minéraux près de la surface est inférieure à un degré celsius à n'importe quelle profondeur. Lorsque ces modèles ont été utilisés pour des projets de couches actives à partir de 2011-2070, l'affaissement commence aussi tôt que 2058. Aux endroits perturbés, des enquêtes de résistivité en hiver révèlent deux anomalies caractérisées par des résistivités très faibles (< 600 ohm-m) sous la couche de gravier. Une explication possible est le développement de zones dégelées entre 2004-2010, et donc, plus de recherche à ce site est recommandée. Cette enquête a développé un modèle qui peut être utilisé par l'industrie pour prévoir des changements de régime thermique sous différents scénarios de réchauffement climatique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.106427 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Angelopoulos, Michael |
| Contributors | Wayne H Pollard (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Geography) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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