研究将页岩气传统能源开发与地下水污染联系起来

宾夕法尼亚州立大学科学家领导的一个小组表示，在宾夕法尼亚州部分地区，由于能源开采遗留下来的天然气压裂可能会增加地下水污染的风险。

研究人员发现，地下水中氯化物含量升高与页岩气水平钻探和水力压裂与宾夕法尼亚西南部高密度的老旧常规油气井和煤炭开采重叠的区域之间存在潜在联系。在宾夕法尼亚州东北部的样本中没有观察到这种联系，该地区也经历了马塞勒斯页岩热潮，但没有同样悠久的密集能源开采历史。

科学家们说，在位于高密度非常规井附近的几个区域热点发现宾夕法尼亚州西南部的氯化物水平升高。虽然这些水平不超过安全标准，但如果它们是由非常规钻井的泄漏或溢出引起的，那么页岩气废液中也存在的物质，如铊，可能会在最密集的热点地区超过 EPA 的限制。

“我们的结果表明，宾夕法尼亚州西南部非常规井附近地下水氯化物的区域性增加，马塞勒斯页岩区与石油、天然气和煤炭开采的长期遗产重叠，”宾夕法尼亚州立大学研究生、该研究的主要作者 Samuel Shaheen 说。纸。“然而，不是每口井都产生更高的氯化物，这种区域影响可能是由盐水通过泄漏或溢出到达地下水的热点驱动的，或者可能是地下特征或井完整性允许泄漏的地方。”

科学家们表示，需要进一步研究以确定是否对饮用水有潜在影响。然而，这项研究可能会指导未来的工作发生在哪里。

“研究非常规开发造成的地下水污染的挑战之一是我们已经在宾夕法尼亚州钻了 10,000 多口这样的井，”Shaheen 说。“相对于钻井的绝对数量，那些可能污染某人饮用水井的数量相当少。”

该研究题为“地下水污染的地球化学证据和潜在的人类健康风险，其中水力压裂与广泛的传统烃提取重叠”，出现在环境科学与技术中。

该团队将调查重点放在宾夕法尼亚州西南部，该地区可追溯到 1800 年代，经历了广泛的煤炭开采和石油和天然气钻探，最近经历了马塞勒斯页岩的繁荣，包括水平钻井和水力压裂以提取天然气。

页岩气压裂使用大量高压注入的水来打开地下裂缝并暴露被困气体。因此，该过程产生的废水通常含有大量且高度浓缩的深层盐水盐，例如氯化物、钡和锶，以及铊和砷等微量元素。其中一些物质对人类健康存在潜在风险。

研究小组发现，区域热点的氯化物、钡和锶浓度有所增加。这些小但具有统计学意义的增加被发现更接近非常规井，并且在更多非常规井距离水样不到一英里的地区。

沙欣说：“并不是每口气井都在释放盐分，更多的是我们观察到附近浓度不断增加的少数这些问题区域，我们正在整个地区检测到这一点。” “我们认为造成问题的非常规井的数量非常少。”

氯化物可以来自其他来源，例如路盐，该团队使用方法来识别这种影响。该团队数据集中的一些样本是在有关钻井废水储存的规定不那么严格的时期收集的。现在，废水需要储存在水箱中，而不是有衬里的水库。

与氯化物的增加相比，该团队发现宾夕法尼亚州西南部的甲烷污染频率低于该州东北部。甲烷可能从建造不当或损坏的井中泄漏。甲烷本身是无毒的，但在封闭区域高浓度时会造成爆炸危险，并可能导致在水中产生有毒元素(如砷)的条件。

“作为地球化学家，我们已经非常关注甲烷问题，因为它可能引发爆炸或火灾，但在这里我们看到了盐方面潜在的更大问题，”Shaheen 说。

由于煤炭的大量甲烷排放和该地区煤炭开采的高发生率，甲烷污染的频率较低最初令 Shaheen 和团队其他成员感到惊讶。但科学家们说，由于该地区传统能源开采的悠久历史，甲烷可能以前是通过传统钻井提取的，或者通过煤矿或石油和天然气基础设施泄漏到大气中。

“尽管我们认为这会导致更多问题，但这种与传统石油和天然气钻探以及煤炭开采的重叠实际上可能释放了一些通常会导致这些问题的甲烷，并减少了非常规钻探过程中甲烷迁移的频率，”Shaheen说。

该团队使用了一个包含 6,991 个地下水样本的数据集，其中 4,325 个来自国内水井，2,666 个来自泉水。他们还使用机器学习等先进的数据挖掘技术来发现通常在大型数据集中不常见的污染。

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